【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水泥混凝土工程，具体涉及了一种模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置及试验方法。
技术介绍
1、混凝土早期收缩包括塑性阶段的塑性收缩，硬化阶段的自收缩、干燥收缩和温度收缩。其中，自收缩发生在早期水化反应阶段，是在不受外力和约束的恒温恒重条件下，由自身物理和化学反应而导致的体积缩减，其与环境温湿度变化、外部荷载或约束而引起的体积形变无关。混凝土的温度收缩是由于内外温度差异而导致的体积减小，发生在水化衰减期的降温阶段。温度收缩是大体积混凝土的主要收缩形式，而超高性能混凝土的自收缩变形更显著。
2、塑性收缩发生在水泥基材料凝结硬化前，是由塑性阶段水分蒸发、水化反应导致的体积变小、重力作用引起的下沉以及气泡排出和破裂等综合组成，宏观表现为竖直方向体积的缩减。学者们提出了“毛细管应力机理”和“塑性沉降机理”来解释塑性收缩的形成原因，其中毛细管负压被广泛认为是引起混凝土塑性收缩的最主要原因。塑性收缩发展与水分蒸发及孔隙负压显著相关。具体来说，温度、湿度、风速等影响水分蒸发的外部环境，水灰比、水泥及矿物掺合料、化学外加剂等影响孔隙负压的材料因素，都会对混凝土的塑性收缩产生影响。
3、干燥收缩是由于水泥基材料内部相对湿度高于外界环境，在湿度差异下内部水分持续散失而引发的收缩变形，混凝土内部与环境的湿度差异是干燥收缩发展的首要驱动力。基于力学和热力学原理的毛细管压力被认为是混凝土干燥收缩最主要的形成机制。影响水泥基材料干燥收缩的因素有很多，包括配合比组成、矿物掺合料等材料参数，养护温度、相对湿度等外部环境因素，
4、基于上述研究可知，影响混凝土收缩性能的因素有很多，在确定混凝土组成、矿物掺合料类型和外加剂掺量后，控制水分蒸发的外部环境(如温度、湿度、风速等)成为主要的影响因素。但是，现有研究仅考虑了单一环境因素的变化，忽略了温度、湿度和大风等外部因素的耦合效应对水泥混凝土收缩变形的影响。因此，室内试验结果与实际环境中的收缩变形差异较大。另一方面，混凝土的收缩机理比较复杂，很难通过单一机理来解释清楚。通常认为，混凝土收缩是由多种原因重叠交错造成的，主要源于内部水分迁移和自身物理化学变化，不同情况下不同机制分别起着主导作用。因此，现有的收缩变形测试技术难以区分自收缩、干燥收缩等。此外，当相对湿度下降时，学者们建立了收缩变形与相对湿度的数学模型，能够很好的通过混凝土内部相对湿度预测收缩变形发展趋势。但是，当在内部相对湿度较高时，毛细张力学说占据主导地位，此时现有的收缩的预测模型不准确。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术提供了一种模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置及试验方法为解决现有测试装置不能模拟实际蒸发环境，准确测量水泥基材料的自收缩和干燥收缩。
2、技术方案：本专利技术提出的一种模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置包括环境箱、设置在所述环境箱底部的底座、设置在所述底座上的电子称、设置在所述电子称上的混凝土试件容置装置、位于所述混凝土试件容置装置上方的外部传感器、设置在环境箱内部的加湿器和温度控制系统、数据采集器、计算机、测量系统；所述混凝土试件容置装置包括固定板、活动板、侧模板，所述固定板两侧和侧模板固定连接，所述活动板与侧模板连接，所述试件模具固定在混凝土试件容置装置内；所述测量系统包括外部传感器、设置在所述环境箱内侧上的垂直位移传感器、若干设置在试件模具上的水平位移传感器、内部传感器和毛细管负压传感器；所述垂直位移传感器可垂直移动，所述内部传感器与毛细管负压传感器一端插入混凝土中；所述温度控制系统包括风扇和温度调控器，所述温度调控器与数据采集器和计算机连接；所述测量系统与数据采集器连接，所述加湿器和数据采集器与计算机连接。
3、优选地，所述环境箱其中一侧侧壁为铰链连接，所述环境箱四壁和上盖为可透视玻璃。
4、优选地，所述混凝土试件容置装置还包括卡扣和隔板，所述卡扣设置在所述固定板和活动板上，所述隔板与所述卡扣配合。
5、优选地，所述风扇设置于所述环境箱内壁上。
6、优选地，所述风扇外接空气压缩机，所述空气压缩机通过管道与所述环境箱连通。
7、优选地，所述加湿器外接水箱。
8、优选地，所述垂直位移传感器通过拉链式传动装置固定在所述侧模板上。
9、优选地，所述内部传感器与毛细管负压传感器插入混凝土一端设有刻度。
10、一种模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置的试验方法，包括如下步骤：
11、(1)获取所需模拟的地区24h内环境特征参数曲线，包括温度、湿度和风速曲线；
12、(2)将空气压缩机管道、加湿器管道和水箱阀门关闭，将温度调控器的电源关闭；
13、(3)关闭环境箱侧玻璃门，打开计算机，打开温度调控器的电源，打开空气压缩机管道、加湿器管道和水箱阀门，在计算机内设定相应的环境温度、相对湿度和风速；
14、(4)观察测量系统内通过外部传感器实际采集到的温度、湿度和风速数据，当实际环境数据与输入环境参数一致时，记录时间，使得环境箱提前1h以上处于试验蒸发条件；
15、(5)将混凝土原材料按相应配比搅拌，浇入混凝土试件模具内，按规范要求振捣密实，用整平混凝土表面后，立即放入试件容置装置内，固定活动板，使得试件模具固定；
16、(6)将内部传感器插入混凝土内部规定深度；将毛细管压力传感器插入混凝土表面规定深度；连接水平位移传感器的电源；将垂直位移传感器放置到混凝土表面，并通过拉链式传动装置(61)固定；
17、(7)然后在设定的蒸发环境箱进行如下试验步骤：包括毛细管负压监测、内部温湿度检测、水分蒸发损失量的测量、收缩变形测量、变形的分离。
18、优选地，步骤(7)中，变形分析计算过程为测试混凝土试件总的收缩变形εt，混凝土湿度应变由下式计算：
19、εw＝εt-εt (1)
20、其中，εw为混凝土湿度应变，εt为混凝土的总应变，εt为由温度应变。
21、根据下式计算混凝土的温度应变。
22、
23、式中：t0为混凝土起算温度，α(t)为热膨胀系数，采用下式计算。
24、α(t)＝β·exp(-γ·teq)+α(0) (3)
25、式中：β、γ和α(0)是常数；teq为混凝土等效龄期，以h计。
26、有益效果：本专利技术采用环境箱，能够模拟不同蒸发环境，全面了解混凝土从浇筑到硬化全过程的收缩变形发展规律，同时分析混凝土内部温度、相对湿度和毛细管负压的发展情况；本专利技术试验装置和方法，改进了试件容置装置，使得混凝土试件可以通过两侧侧模滑入环境箱内部，节省体力，便于操作；本专利技术试验装置和方法，实时跟踪记录数据，采样时间间隔可自由设置；本专利技术试验装置和方法，实现对温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，包括环境箱(1)、设置在所述环境箱底部的底座(2)、设置在所述底座上的电子称(4)、设置在所述电子称上的混凝土试件容置装置(3)、位于所述混凝土试件容置装置上方的外部传感器(5)、设置在环境箱内部的加湿器(7)和温度控制系统、数据采集器(11)、计算机(12)、测量系统；所述混凝土试件容置装置包括固定板(31)、活动板(32)、侧模板(33)，所述固定板(31)两侧和侧模板(33)固定连接，所述活动板(32)与侧模板(33)连接，所述试件模具(34)固定在混凝土试件容置装置(3)内；所述测量系统包括外部传感器(5)、设置在所述环境箱(1)内侧上的垂直位移传感器(6)、若干设置在试件模具(34)上的水平位移传感器(35)、内部传感器(36)和毛细管负压传感器(37)；所述垂直位移传感器(6)可垂直移动，所述内部传感器(35)与毛细管负压传感器(37)一端插入混凝土中；所述温度控制系统包括风扇(9)和温度调控器(8)，所述温度调控器(8)与数据采集器(11)和计算机(12)连接；所述测量系统与数据采集器(11)连接，所述加湿器
2.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，所述环境箱(1)其中一侧侧壁为铰链连接，所述环境箱(1)四壁和上盖为可透视玻璃。
3.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，所述混凝土试件容置装置(3)还包括卡扣(38)和隔板(39)，所述卡扣(38)设置在所述固定板(31)和活动板(32)上，所述隔板(39)与所述卡扣(38)配合。
4.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，所述风扇(9)设置于所述环境箱(1)内壁上。
5.根据权利要求4所述的模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，所述风扇(9)外接空气压缩机(10)，所述空气压缩机(10)通过管道与所述环境箱(1)连通。
6.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，所述加湿器(7)外接水箱。
7.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，所述垂直位移传感器(6)通过拉链式传动装置(61)固定在所述侧模板(33)上。
8.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，所述内部传感器(35)与毛细管负压传感器(37)插入混凝土一端设有刻度。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置的试验方法，其特征在于，步骤(5)中，变形分析计算过程为测试混凝土试件总的收缩变形εT，混凝土湿度应变由下式计算：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，包括环境箱(1)、设置在所述环境箱底部的底座(2)、设置在所述底座上的电子称(4)、设置在所述电子称上的混凝土试件容置装置(3)、位于所述混凝土试件容置装置上方的外部传感器(5)、设置在环境箱内部的加湿器(7)和温度控制系统、数据采集器(11)、计算机(12)、测量系统；所述混凝土试件容置装置包括固定板(31)、活动板(32)、侧模板(33)，所述固定板(31)两侧和侧模板(33)固定连接，所述活动板(32)与侧模板(33)连接，所述试件模具(34)固定在混凝土试件容置装置(3)内；所述测量系统包括外部传感器(5)、设置在所述环境箱(1)内侧上的垂直位移传感器(6)、若干设置在试件模具(34)上的水平位移传感器(35)、内部传感器(36)和毛细管负压传感器(37)；所述垂直位移传感器(6)可垂直移动，所述内部传感器(35)与毛细管负压传感器(37)一端插入混凝土中；所述温度控制系统包括风扇(9)和温度调控器(8)，所述温度调控器(8)与数据采集器(11)和计算机(12)连接；所述测量系统与数据采集器(11)连接，所述加湿器(7)和数据采集器(11)与计算机(12)连接。
2.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土收缩变形测试装置，其特征在于，所述环境箱(1)其中一侧侧壁为铰链连接，所述环境箱(1)四壁和上盖为可透视玻璃。
3.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文真，周娟兰，司启，邵越风，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：
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