一种受热过程中混凝土内部热应力分布的测定方法技术

本发明专利技术公开了一种受热过程中混凝土内部热应力分布的测定方法，具体做法是通过在浇筑混凝土过程中等间距埋设微型土压力盒及温度传感器，测定混凝土受热自由膨胀过程中热应力的分布情况，解决了复杂应力状况下，材料内部因受热产生的热应力无法测定的难题，为岩体工程中的热应力测定提供了一种方法，结合温度场反演程序计算并绘制混凝土内部具体时刻温度场分布情况，并可根据温度场计算混凝土内部热应力值和结合CT成像技术观测混凝土内部裂隙情况可知材料的热破坏主要发生在砂浆的胶结处等弱面。

A method for measuring the distribution of thermal stress in concrete during heating

The invention discloses a method for measuring the internal thermal stress distribution of concrete in the process of heating. The specific method is to measure the distribution of thermal stress in the process of free expansion of concrete by embedding a micro earth pressure box and a temperature sensor at a medium distance in the process of pouring concrete, so as to solve the problem that the internal thermal stress of material can not be measured under complex stress conditions due to heating This paper provides a method for the measurement of thermal stress in rock engineering. Combining with the inversion program of temperature field, it can calculate and draw the distribution of temperature field in concrete at specific time. According to the calculation of temperature field, the value of thermal stress in concrete and the observation of cracks in concrete with CT imaging technology, it can be known that the thermal failure of materials mainly occurs in the weak plane such as the bond of mortar.

【技术实现步骤摘要】
一种受热过程中混凝土内部热应力分布的测定方法
本专利技术涉及高温岩石力学领域，特别涉及一种受热过程中混凝土内部热应力分布的测定方法。
技术介绍
随着工业和科学技术的发展，混凝土、岩石、陶瓷、玻璃等脆性材料被广泛应用到生活中，对脆性材料而言，其应变大于3％时，材料就会破坏，而达到破坏点的应力又是与应变成正比的，所以脆性材料极易受温度影响产生热应力且大于胶结力，导致材料局部破坏。特别是地壳深部施工常常面临高温高压问题，因此研究热应力的确定对热破坏理论的丰富和发展极为重要。脆性材料的热破坏理论分为四大类：临界应力破坏学说、剪切破坏学说、热冲击阻抗学说、破坏概率学说。临界应力破坏学说的提出者，Lidman和Bobrowsky认为材料的热破坏受材料拉伸强度控制，当由于温度影响在材料内部产生的拉伸热应力p不超过材料的拉伸强度P时，材料就不会破坏，拉伸热应力P的表达式：现有的实验设备及手段可以测量高温高压下岩石或混凝土内部的应力状态，但几乎没有能够测定受热过程中材料内部热应力分布大小的试验方法，本专利技术旨在提供一种受热过程中混凝土内部热应力分布的测定方法。
技术实现思路
本专利技术旨在解决复杂应力状态下材料受热过程中难以测定材料内部热应力分布情况的难题，通过线性叠加原理可知材料处于自由状态下受热膨胀所产生的热应力与外力作用下相同的热处理过程所产生的热应力是等效的这一思想来提供一种受热过程中混凝土内部热应力分布测定方法。一种受热过程中混凝土内部热应力分布的测定方法，通过在浇筑混凝土过程中埋设温度传感器，将凝固的混凝土进行恒温加热，使之自由膨胀，通过采集仪采集温度传感器的数据可知道测点处温度大小，通过计算混凝土内部温度的分布情况并绘制任意时刻混凝土内部温度场，且根据计算热应力以及绘制热应力云图；其具体实施步骤如下：1)根据临界应力破坏学说理论，可知拉伸热应力P的计算公式为：式中：α——材料的线胀系数，E——材料的弹性模量，——材料表面上的温度梯度；2)将水泥、碎石、砂粒和水按一定的比例调配成水泥砂浆；3)在事先准备好的长宽高分别为L、B、H的长方体压模模具内壁涂上一层润滑油；4)将水泥砂浆一层一层的压密实铺在模具内，铺实水泥砂浆过程中在指定测点处埋设温度传感器且引出接线，直至混凝土凝固后拆除模具取出混凝土；指定测点在混凝土内水平方向和垂直方向均匀分布；5)将凝固后的混凝土阴干，将温度传感器引出线与数显测温仪连接，并调试确保正常工作；6)在岩石热冲击破裂试验台中加入适量工作液(油浴或水浴)，将混凝土下方没入岩石热冲击破裂试验台内工作液液面以下，调整底座并保证工作液液面不超过混凝土试件最下面一排传感器的位置，然后取出混凝土试件；7)加热管通电加热工作液直至目标温度并保持恒温状态，将混凝土试件放入岩石热冲击破裂试验台内工作液中的底座上，试件最下面一排传感器在工作液面上方；8)使用数显测温仪实时采集温度传感器的数据；9)根据实验实测测点温度结果并利用已有的温度场反演程序计算整个混凝土试件热传导过程中具体时刻的温度梯度分布，并根据公式计算混凝土内部各处热应力以及绘制应力云图。上述一种受热过程中混凝土内部热应力分布的测定方法，在指定测点处同时埋设微型土压力盒且引出接线，微型压力盒引出线与压力采集仪连接，压力采集仪实时采集微型土压力盒的数据，根据各测点采集的应力验证计算得到的热应力。上述的一种受热过程中混凝土内部热应力分布的测定方法，为便于埋设微型土压力盒及温度传感器，指定测点的选取需满足水平间距L1>D1+D2，垂直高度H1>2H2，其中，D1、D2和H2分别为温度传感器直径、微型土压力盒直径、微型土压力盒高度，水平方向测点不少于3个，垂直方向测点不低于4个，同时埋设微型土压力盒和温度传感器应保证与试件壁面垂直，确保同一排的测点均在同一水平面。并确定好各测点的空间坐标。上述的一种受热过程中混凝土内部热应力分布测定方法，工作液体积保证远大于混凝土试件体积，在1000倍以上，保证工作液温度不受水岩间的热交换影响出现波动，并采用耐高温泵带动工作液内循环，保证工作液温度均匀。本专利技术一种受热过程中混凝土内部热应力分布的测定方法，其优点在于根据线性叠加原理可知混凝土在复杂应力状态下受热产生的热应力值应等于自由状态下经历相同热处理过程产生的热应力的值这一等效思想来提供一种受热过程中混凝土内部热应力分布测定方法，通过在测点处埋设温度传感器和微型土压力盒来真实记录受热自由膨胀后混凝土内部热应力和温度的值，并利用编制的已有温度场反演程序计算混凝土内部温度场分布，以及计算混凝土内部热应力分布，并根据CT图像细观裂纹的空间分布形态证实材料的热破坏受拉伸强度控制，且裂隙主要沿骨料跟水泥的胶结处扩展。附图说明图1为混凝土内部热应力及温度测定装置图。图2为传感器测点布置平面图。图3为图2的侧视图。图中：1-测点，2-微型土压力盒，3-温度传感器，4-压力采集仪，5-数显测温仪，6-热冲击破裂试验台，7-工作液，8-加热管，9-循环泵。具体实施方式下面结合图1，图2，图3对本专利技术做进一步说明测试某种工况下混凝土在200℃高温下受热自由膨胀内部热应力分布情况，并结合CT成像技术证实热诱导裂纹受材料拉伸强度控制。1)根据临界应力破坏学说理论，可知拉伸热应力P的计算公式为：式中：α——材料的线胀系数，E——材料的弹性模量，——材料表面上的温度梯度。2)将水泥、碎石、砂粒和水按一定的比例调配成水泥砂浆。3)在事先准备好的长宽高分别为L＝200mm、B＝100mm、H＝200mm的长方体压模模具内壁涂上一层润滑油。4)将水泥砂浆一层一层的压密实铺在模具内，铺实水泥砂浆过程中在指定测点(1)处同时埋设微型土压力盒(2)和温度传感器(3)且引出接线，直至混凝土凝固后拆除模具取出混凝土，其中，测点(1)等间距布置，水平间距L1＝50mm，垂直间距H2＝40mm，温度传感器直径D1＝1mm，微型土压力盒直径D2＝15mm，高度H2＝6mm，共12个测点(1),埋设的微型土压力盒(2)和温度传感器(3)应和试件壁面垂直，确保同一排的测点(1)均在同一水平面。5)将凝固后的混凝土阴干20天，将微型压力盒(2)引出线与压力采集仪(4)连接，温度传感器(3)引出线与数显测温仪(5)连接，并调试确保两者正常工作。6)在岩石热冲击破裂试验台(6)中加入适量工作液(7)，将混凝土下方没入岩石热冲击破裂试验台(6)内工作液(7)液面以下，调整底座并保证工作液(7)液面不超过混凝土试件最下面一排传感器的位置，然后取出混凝土试件，其中，岩石热冲击破裂试验台(6)内工作液(7)体积应远大于试件体积，一般在1000倍以上，保证工作液(7)温度不受水岩间的热交换影响出现波动。7)加热管(8)通电加热工作液(7)直至目标温度并保持恒温状态，将混凝土试件按正确方向快速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种受热过程中混凝土内部热应力分布测定方法，其特征在于：通过在浇筑混凝土过程中埋设温度传感器，将凝固的混凝土进行恒温加热，使之自由膨胀，通过采集仪采集温度传感器的数据可知道测点处温度大小，通过计算混凝土内部温度的分布情况并绘制任意时刻混凝土内部温度场，且根据

【技术特征摘要】
1.一种受热过程中混凝土内部热应力分布测定方法，其特征在于：通过在浇筑混凝土过程中埋设温度传感器，将凝固的混凝土进行恒温加热，使之自由膨胀，通过采集仪采集温度传感器的数据可知道测点处温度大小，通过计算混凝土内部温度的分布情况并绘制任意时刻混凝土内部温度场，且根据计算热应力以及绘制热应力云图；
其具体实施步骤如下：
1)根据临界应力破坏学说理论，可知拉伸热应力P的计算公式为：式中：α——材料的线胀系数，E——材料的弹性模量，——材料表面上的温度梯度；
2)将水泥、碎石、砂粒和水按一定的比例调配成水泥砂浆；
3)在事先准备好的长宽高分别为L、B、H的长方体压模模具内壁涂上一层润滑油；
4)将水泥砂浆一层一层的压密实铺在模具内，铺实水泥砂浆过程中在指定测点(1)处埋设温度传感器(3)且引出接线，直至混凝土凝固后拆除模具取出混凝土；指定测点(1)在混凝土内水平方向和垂直方向均匀分布；
5)将凝固后的混凝土阴干，将温度传感器(3)引出线与数显测温仪(5)连接，并调试确保正常工作；
6)在岩石热冲击破裂试验台(6)中加入适量工作液(7)，将混凝土下方没入岩石热冲击破裂试验台(6)内工作液(7)液面以下，调整底座并保证工作液(7)液面不超过混凝土试件最下面一排传感器的位置，然后取出混凝土试件；
7)加热管(8)通电加热工作液(7)直至目标温度并保持恒温状态，将混凝土试件放入岩石热冲击破裂试验台(6)内工作液(7)中的底座上，试...

【专利技术属性】
技术研发人员：郤保平，吴阳春，何水鑫，成泽鹏，李晓雪，赵阳升，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14