基于温度应力试验的同条件模拟养护试验方法及反演模拟养护试验方法及系统

摘要

本发明公开了一种温度应力试验的同条件模拟养护试验方法，其包括以下步骤：(1)设置一温度应力试验机及一环境模拟养护试验箱；(2)按预定的混凝土配方制作温度应力试验试件a并放入温度应力试验机中；（3）按与（2）相同的配方制作混凝土同步养护试件并放入环境模拟养护试验箱中；（4）将环境模拟养护试验箱输入端的外置温度传感器置入温度应力试验试件的芯部，启动温度应力试验机的温度应力试验；（5）环境模拟养护试验箱利用外置温度传感器采集到的实时温度数据引导环境模拟养护试验箱进行养护；（6）温度应力试验结束，同时关闭环境模拟养护试验箱，并测试各试件的性能数据。本发明为研究混凝土热力学性能提供了具体的方法和思路。

说明书

技术领域

本发明为主要针对温度与龄期对混凝土成熟度的影响开发的，与温度应力试 验配套的新型混凝土养护试验方法，可应用于研究或评价混凝土材料的性能，通 过利用混凝土环境模拟养护箱对混凝土试件进行温度应力试验的同条件模拟养 护，综合温度应力试验，可得到同条件养护下混凝土温度、应力、应变、弹性模 量、线膨胀系数、抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、体积变形等性能。

背景技术

自1983年温度应力试验机首次应用于奥地利Zillergrundl大坝混凝土开裂 性能研究以来，随着高效减水剂、测控技术和机械加工技术的不断发展，目前国 外使用该项技术评价混凝土开裂敏感性已相对成熟，该技术的研究主要集中在以 下几个方面：1）高强、高性能混凝土开裂敏感性研究；2）混凝土自生体积变形 研究；3）早期热学性能单项指标测试等。美国AASHTO及欧洲RILEM等权威机构 根据研究成果制定了一套新的试验方法，并加以推广。

温度应力试验机提供了多种试验模式，主要包括：1）近似绝热温升模式， 即混凝土自由水化，温控模板内的循环介质跟踪混凝土芯部温度，当到达温峰后， 保温一段时间，然后以特定速率降温，直至试件断裂；2）存档数据模式，即预 先设定混凝土温度变化曲线，温控模板中的循环介质依据该曲线控制混凝土试件 的环境温度；3）恒温模式，即保证混凝土在恒定温度下水化；4）绝热温升引导 模式，即温控模板内的循环介质跟踪外加绝热温升试件的芯部温度，控制温度应 力试验机主、辅试件的温度。在上述试验过程中，均可在0～100%范围内对主试 件约束度进行设定。

温度应力试验机能够从混凝土入模时就开始测量各项性能参数，具有其他设 备无可比拟的优势，这些参数主要包括：入模温度、温升时间、出现应力时间、 第1零应力温度、第1零应力温度出现时间、最大压应力、温峰出现时间、最大 温升、第2零应力温度、第2零应力温度出现时间、室温应力、开裂温度、开裂 应力、应力储备等等。此外，温度应力试验机还能测定混凝土在水化早期多种热 学、力学及体积稳定性指标如弹性模量、线膨胀系数、自身体积收缩等等。

但是，通过温度应力试验仅能得到混凝土试件在不同温度历程下的开裂敏感 性、体积变形和早期热学性能单项指标测试等，尚无法做到测试在同样温度历程 下混凝土相关力学性能，如抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量等等。 因此，对温度应力试验机进行功能扩展，研发与温度应力试验机配套的混凝土环 境模拟养护箱，并利用混凝土环境模拟养护箱在温度应力试验基础上重点开展针 对温度与龄期对混凝土性能影响的研究，有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于温度应力试验的混凝土同条件模拟养护试 验系统及方法，可以在利用温度应力试验测试混凝土材料抗裂性能的同时，测试 在同样温度历程下混凝土的力学性能。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：温度应力试验的同条 件模拟养护试验方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)设置一温度应力试验机，设置一环境模拟养护试验箱；

(2)按预定的混凝土配方制作温度应力试验试件a,并将温度应力试验试件a 放入所述温度应力试验机中,所述温度应力试验试件a用于测试温度应力试验中 混凝土试件的温度历程、应力与应变发展情况；

（3）按与（2）相同的配方制作混凝土同步养护试件a1，a2，,,,ar，并将 混凝土同步养护试件a1，a2，,,,ar放入所述环境模拟养护试验箱中，a1， a2，,,,ar分别用于测试混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性 模量力学性能；

（4）所述环境模拟养护试验箱选择温度采集模式并将混凝土环境模拟养护 试验箱输入端的外置温度传感器置入温度应力试验试件的芯部，同时启动温度应 力试验机的温度应力试验；

（5）所述环境模拟养护试验箱利用所述外置温度传感器采集到的实时温度 数据引导环境模拟养护试验箱进行养护，养护中默认箱体内气氛相对湿度范围为 90±5%；

（6）所述温度应力试验结束，同时关闭环境模拟养护试验箱，并测试各试 件a及a1，a2，,,,ar的性能数据,

其中，r为大于等于2的自然数。

为了实现上述发明目的，本发明采用了第二种技术方案：温度应力数据反演 模拟养护试验方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)设置一温度应力试验机，设置一环境模拟养护试验箱；

(2)按预定的混凝土配方制作温度应力试验试件a,并将温度应力试验试件a 放入所述温度应力试验机中,所述温度应力试验试件a分别用于测试温度应力试 验中混凝土试件的温度历程、应力与应变发展情况；

（3）启动温度应力试验机的温度应力试验，温度应力试验结束后，在温度 应力试验机中得到温度应力试验试件a的温度历程数据并将其储存起来；

（4）按与（2）相同的混凝土配方制作混凝土同步养护试件a1，a2，,,,ar， 并将混凝土同步养护试件a1，a2，,,,ar放入所述环境模拟养护试验箱中混凝土 同步养护试件a1，a2，,,,ar分别用于测试混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度、 抗折强度、弹性模量力学性能；

（5）将步骤3所获得的温度历程数据导入环境模拟养护试验箱的控制系统， 控制系统引导环境模拟养护箱对混凝土同步养护试件a1，a2，,,,ar进行养护， 养护中默认箱体内气氛相对湿度范围为90±5%；

（6）模拟养护试验结束，关闭环境模拟养护试验箱，并测试各试件a1， a2，,,,ar的性能数据，

其中，r为大于等于2的自然数。

本发明的另一目的在于，提供一种基于温度应力试验的同条件模拟养护试验 或反演模拟试验系统，其包括以下装置：

一温度应力试验机，所述温度应力试验机中设置有一温度应力试验试件a， 所述温度应力试验机中还设置有用于测试所述温度应力试验试件的温度历程、应 力与应变发展情况的装置；

一环境模拟养护试验箱；所述环境模拟养护试验箱中具有一工作室以容纳若 干混凝土同步养护试件a1，a2，,,,ar，r为大于等于2的自然数，所述环境模 拟养护试验箱设置有：

-监测系统，用于测量工作室内的温度及湿度，

-控制系统，用于温湿度编程控制、安全报警，

-循环系统，提供风循环和水循环，

-加热系统及制冷系统，用于改变工作室内部温度，

-加湿系统及除湿系统，用于改变工作室内部湿度，

所述控制系统接收测试得到的温度应力试验试件的温度历程数据作为预设 温度值，并预设一湿度值，将预设温度值及预设湿度值与所述监测系统测得的温 度及湿度值作比较，当预设值与监测系统测试值不符时，所述控制系统向循环系 统、加热系统及制冷系统、加湿系统及除湿系统发出工作指令，改变工作室内的 温度和湿度，使环境模拟养护试验箱的工作室与温度应力试验机具有同步的温度 变化历程。

进一步地，所述环境模拟养护试验箱还包括一外置温度传感器，设置于温度 应力试验试件的芯部，用于实时测量温度应力试验试件的温度变化历程。

本发明能够在温度应力试验的基础上得到与温度应力试验同等温度历程养 护下的其他混凝土力学性能数据，如抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性 模量等等，这种同条件养护方法作为混凝土温度应力试验的重要补充，有着重要 的意义，通过温度应力试验及同条件养护试验，可重点开展具体温度与龄期对混 凝土性能影响的研究，为研究基于成熟度的混凝土热力学性能提供了具体的方法 和思路。

附图说明

图1是环境模拟养护箱原理图。

图2是基于温度应力试验的混凝土同条件养护试验方法的逻辑关系图。

图3是基于温度应力试验的混凝土反演模拟养护试验方法及系统图。

具体实施方式

实施例1

本例为温度应力试验同条件养护试验例，其具体流程可见图2。

（1）本例的基于温度应力试验的同条件养护试验所采用的系统包括了温度 应力试验机及环境模拟养护试验箱两大装置。

温度应力试验机采用北京航源平洋科技发展有限公司的HYPY-II型温度应 力试验机，其试验模式包括近似绝热温升、恒温控制、存档数据匹配等几种模式。

环境模拟养护试验箱如图2所示，其具有一工作室，该工作室可以容纳多个 混凝土同步养护试件a1，a2，,,,ar，r为大于等于2的自然数，除此之外，该 环境模拟养护试验箱还设置有：

-监测系统，用于测量工作室内的温度及湿度，

-控制系统，用于温湿度编程控制、安全报警，

-循环系统，提供风循环和水循环，

-加热系统及制冷系统，用于改变工作室内部温度，

-加湿系统及除湿系统，用于改变工作室内部湿度，

环境模拟养护试验箱还设置有一外置温度传感器，该外置温度传感器置于温 度应力试验试件的芯部，用于测量温度应力试验试件的温度变化历程。

所述控制系统根据所述外置温度传感器所测得的温度应力试验试件的温度 及预设的湿度值与所述监测系统测得的温度及湿度值作比较，向循环系统、加热 系统及制冷系统、加湿系统及除湿系统发出控制指令，改变工作室内的温度和湿 度，使环境模拟养护试验箱与温度应力试验机具有同步的温度变化历程。

(2)按预定的配方制作混凝土拌合物，浇筑至所述温度应力试验机的模具中， 制得温度应力试验试件a,并将该温度应力试验试件a放入所述温度应力试验机 中,所述温度应力试验试件a分别用于测试温度应力试验中混凝土试件的温度历 程、应力与应变发展情况。

（3）按与（2）相同的配方制作混凝土，浇筑至混凝土标准试模中制得同步 养护试验试件a1，a2，,,,ar，并将a1，a2，,,,ar放入所述环境模拟养护试验 箱中，a1，a2，,,,ar分别用于测试混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折 强度、弹性模量力学性能,r为大于等于2的自然数。

（4）所述环境模拟养护试验箱选择温度采集模式,并将混凝土环境模拟养护 试验箱输入端的外置温度传感器置入所述温度应力试验试件a的芯部，同时启动 温度应力试验机的温度应力试验；

（5）所述环境模拟养护试验箱将利用所述外置温度传感器采集到的实时温 度数据引导环境模拟养护试验箱进行实时同步养护，养护中默认箱体内气氛相对 湿度范围为90±5%；

（6）所述温度应力试验结束，同时关闭环境模拟养护试验箱，并测试各试 件a1,a2,,,ar的性能数据。

温度应力试验可得到混凝土试件的抗裂性能，及早龄期的体积变形、徐变、 应力松弛、温度敏感性等性能；通过同条件养护的环境模拟养护试验可测得在相 同温度历程下，混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量等等 力学性能。

实施例2

本例为温度应力数据反演模拟试验例，其具体流程可见图3。

（1）本例的基于温度应力试验的温度应力数据反演模拟养护试验采用的系 统包括了温度应力试验机及环境模拟养护试验箱两大部分。

温度应力试验机采用北京航源平洋科技发展有限公司的HYPY-II型温度应 力试验机，其试验模式包括近似绝热温升、恒温控制、存档数据匹配等几种模式。

环境模拟养护试验箱如图2所示，其具有一工作室，该工作室可以容纳多个 混凝土同步养护试件a1，a2，,,,ar，r为大于等于2的自然数，除此之外，该 环境模拟养护试验箱还设置有：

-监测系统，用于测量工作室内的温度及湿度，

-控制系统，用于温湿度编程控制、安全报警，

-循环系统，提供风循环和水循环，

-加热系统及制冷系统，用于改变工作室内部温度，

-加湿系统及除湿系统，用于改变工作室内部湿度，

环境模拟养护试验箱还设置有一外置温度传感器，该外置温度传感器置于温 度应力试验试件的芯部，用于测量温度应力试验试件的温度变化历程。

所述控制系统根据所述外置温度传感器所测得的温度应力试验试件的温度 及预设的湿度值与所述监测系统测得的温度及湿度值作比较，向循环系统、加热 系统及制冷系统、加湿系统及除湿系统发出控制指令，改变工作室内的温度和湿 度，使环境模拟养护试验箱与温度应力试验机具有相同的温度变化历程。

(2)按预定的配方制作混凝土拌合物，浇筑至所述温度应力试验机的模具中， 制得温度应力试验试件a,并将温度应力试验试件a放入所述温度应力试验机中, 所述温度应力试验试件a分别用于测试温度应力试验中混凝土试件的温度历程、 应力与应变发展情况；

（3）启动温度应力试验机的温度应力试验，温度应力试验结束后，在温度 应力试验机中得到温度应力试验试件a的温度历程数据并将其储存起来；

（4）按与（2）相同的配方制作混凝土配方，浇筑至混凝土标准试模中制得 同步养护试验试件a1，a2，,,,ar，并将a1，a2，,,,ar放入所述环境模拟养护 试验箱中，a1，a2，,,,ar分别用于测试混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度、 抗折强度、弹性模量力学性能；

（5）将步骤3所获得的温度历程数据导入环境模拟养护试验箱的控制系统 中，控制系统根据该混凝土温度历程数据，引导环境模拟养护箱进行养护，养护 中默认箱体内气氛相对湿度范围为90±5%；

（6）模拟养护试验结束，关闭环境模拟养护试验箱，并测试各试件n1， n2，,,,nr的性能数据，

其中，t,r为大于等于2的自然数。

温度应力试验可得到混凝土试件的抗裂性能，及早龄期的体积变形、徐变、 应力松弛、温度敏感性等性能；通过同条件养护的环境模拟养护试验可测得在相 同温度历程下混凝土试件抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、弹性模量等等力 学性能。

实施例3

测试某浇筑好的混凝土桥墩的同等温度历程下的温度应力试验数据及混凝 土力学性能数据。

该混凝土桥墩为已正常使用的混凝土桥墩，在其混凝土实体构件内部埋设温 度感应器。测试其温度历程数据并存储该数据。

设置如实施例2所示的系统，将实测得到的温度历程数据分别导入温度应力 试验机及同步模拟养护试验箱中，在温度应力试验机中得到混凝土试件的抗裂性 能，及早龄期的体积变形、徐变、应力松弛、温度敏感性等性能参数；在同条件 养护的环境模拟养护试验可测得在相同温度历程下混凝土试件抗压强度、劈裂抗 拉强度、抗折强度、弹性模量等等力学性能。