一种考虑高原气压影响的混凝土试验箱及其试验方法

摘要

一种考虑高原气压影响的混凝土试验箱及其试验方法，本发明涉及混凝土试验箱。本发明为了解决现有技术未考虑到气压的影响导致收缩开裂的问题。本发明包括：试验箱体、盖板、密封圈、制冷机、加湿机、除湿机、真空泵、控制面板、制冷管、加热管、温湿度及压强传感器、多个监控摄像头和保温板；试验箱体内壁的上半部分设置监控摄像头和制冷管，制冷管通过连接管连通试验箱体外部的制冷机；试验箱体内壁的下半部分设置温湿度及压强传感器和加热管；加湿机、除湿机和真空泵分别通过连接管连通试验箱体的下半部分；试验箱体的外壁表面设置保温板，保温板上设置控制面板；试验箱体上设置盖板，盖板与试验箱体间设置密封圈。本发明用于工程设计领域。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土试验箱及其试验方法。

背景技术

在混凝土工程中，材料耐久性问题仍然没有得到很好的解决，而多数耐久性问题的起因是开裂问题，工程实践表明：80％的混凝土结构裂缝是因为混凝土材料在环境变化的影响下产生的非荷载应力引起的。目前，西部建设是目前我国建设的热点之一，但调研发现，在我国西部大部分区域典型的低气压、低湿度和大温差气候环境下，混凝土的开裂现象更为严重。在混凝土工程中，如水工结构、大型设备基础、高层建筑和大型桥梁的基础工程中，混凝土结构会在自身的约束条件下受到较大的拉应力，当这种应力超出同龄期的混凝土抗拉强度时，会造成混凝土的开裂，且这种破坏多发生在表层，混凝土的开裂如果在此时不加以保护，有可能发展成贯穿性裂缝，从而会对混凝土结构整体造成更大的危害，甚至会引起更大的耐久性问题。综合国内外研究现状，对于温度、湿度和气压及三者耦合的环境条件下的混凝土性能与耐久性的研究较少，但混凝土工程是西部建设中不可或缺的重要部分，所以混凝土结构或建筑在高原气候环境中的性能与耐久性就显得尤为重要。

然而，目前针对混凝土试验的模拟试验箱，多以控制温度和湿度为主，从未考虑过高原气压条件对混凝土性能和耐久性的影响，在本发明以此为技术背景，制作了一个试验系统来模拟高原典型气候环境条件，为研究混凝土在高原气候环境条件下的性能与耐久性奠定基础。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的混凝土试验过程均没有考虑气压的影响导致的混凝土在实际应用中存在容易收缩开裂的问题，而提出一种考虑高原气压影响的混凝土试验箱及其试验方法。

一种考虑高原气压影响的混凝土试验箱包括：

试验箱体、盖板、密封圈、制冷机、加湿机、除湿机、真空泵、控制面板、制冷管、加热管、温湿度及压强传感器、多个监控摄像头和保温板；

试验箱体内壁的上半部分设置监控摄像头和制冷管，制冷管通过连接管连通试验箱体外部的制冷机；试验箱体内壁的下半部分设置温湿度及压强传感器和加热管；

加热管和制冷管置于试验箱体内壁。

加湿机、除湿机和真空泵分别通过连接管连通试验箱体的下半部分；

试验箱体的外壁表面设置保温板，保温板上设置控制面板；控制面板与制冷机、加湿机、除湿机、真空泵、加热管、温湿度及压强传感器和监控摄像头信号连接；

试验箱体上设置盖板，盖板与试验箱体之间设置密封圈。

一种考虑高原气压影响的混凝土试验箱的试验方法的具体步骤为：

步骤一：将需要测试的混凝土试件放入试验箱体中，垫上密封圈后，盖上密封圈；

步骤二：在控制面板上设置目标温度、目标湿度和目标气压，使试验箱体内的温度、湿度和气压达到设置的目标温度、目标湿度和目标气压时，开始试验；

当目标温度低于当前温度时，制冷机工作，打开制冷机连通管上的电磁阀；其余电磁阀关闭，加湿机、除湿机、加热管和真空泵停止工作；

当目标温度高于当前温度时，加热管工作；所有电磁阀均关闭，加湿机、除湿机、制冷机、制冷管和真空泵停止工作；

当目标湿度低于当前湿度时，除湿机工作，打开除湿机连通管上的电磁阀；其余电磁阀关闭，加湿机、加热管、制冷机、制冷管和真空泵停止工作；

当目标湿度高于当前湿度时，加湿机工作，打开加湿机连通管上的电磁阀；其余电磁阀关闭，除湿机、加热管、制冷机、制冷管和真空泵停止工作；

当目标气压高于当前气压时，真空泵工作，打开真空泵连通管上的电磁阀；其余电磁阀关闭，加湿机、除湿机、加热管、制冷机和制冷管停止工作；

步骤三：当试验结束时，打开真空泵连通管上的电磁阀，制冷管、加热管、制冷机、加湿机、和除湿机真空泵停止工作，待试验箱体的气压与大气压力相等时，打开有机玻璃封封盖，取出试验试件。

一种考虑高原气压影响的混凝土试验箱包括：

第一箱体、第二箱体、真空泵、压缩机、仪器架、加热器、除湿机、加湿机、第一风扇、第二风扇、控制面板、真空表、盖板、密封圈、第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管、第五连接管和温湿度传感器；

第二箱体的一侧设置第一箱体，另一侧设置真空泵和压缩机；第一箱体通过第一连接管和第二连接管与第二箱体连通；真空泵通过第三连接管连通第二箱体，压缩机通过第四连接管和第五连接管连通第二箱体；

第二箱体的内部设置仪器架，仪器架包括底座、第一层板和第二层板；第二层板上设置加热器；第一层板上靠近第一箱体的一侧设置第一风扇，靠近真空泵的一侧设置除湿机；底座上靠近第一箱体的一侧设置第二风扇，靠近压缩机的一侧设置除湿机；第二箱体的外壁表面设置控制面板；控制面板与真空泵、压缩机、加热器、除湿机、加湿机和温湿度传感器信号连接；

第一箱体的外壁表面设置真空表，第一箱体的内壁上设置温湿度传感器；

第一箱体和第二箱体上分别设置盖板第一箱体、第二箱体与各自设置的盖板之间分别设置密封圈；

所述第一连接管、第二连接管、第三连接管、第四连接管和第五连接管上均设有开关；

所述第一风扇设置在对应第一连接管的位置，第二风扇设置在对应第二连接管的位置，除湿机设置在对应第三连接管的位置，加湿机设置在对应第四连接管的位置。

本发明的有益效果为：

1.本专利设计出高原气候环境模拟箱，实现对箱体内环境的温度、湿度和气压的自动控制，弥补了现有的未考虑气压对混凝土性能影响的空白，为研究高原气候条件下混凝土性能奠定基础。

2.通过在高原气候环境模拟箱中进行的收缩试验，得到气压和湿度对混凝土收缩的影响规律，为研究混凝土开裂提供基础理论支持。

3.通过研究高原气候条件对混凝土力学性能、耐久性能等各项性能指标的影响规律，提出了混凝土的寿命预测模型。

本发明提出了一种可控条件为温度(0℃-60℃)、气压(0.5atm-1atm)、相对湿度(20％-100％)的高原气候环境模拟箱，目的为研究模拟高原气候环境条件下混凝土的性能与耐久性等各项性能指标。

附图说明

图1为本发明试验箱的结构1图；

图2为混凝土收缩随时间的变化规律；

图3为本发明试验箱的结构2图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示一种考虑高原气压影响的混凝土试验箱，所述考虑高原气压影响的混凝土试验箱包括：

试验箱体1、盖板2、密封圈3、制冷机4、加湿机5、除湿机6、真空泵7、控制面板8、制冷管9、加热管10、温湿度及压强传感器11、多个监控摄像头12和保温板13；

试验箱体1内壁的上半部分设置监控摄像头12和制冷管9，制冷管9通过连接管连通试验箱体1外部的制冷机4；试验箱体1内壁的下半部分设置温湿度及压强传感器11和加热管10；

加湿机5、除湿机6和真空泵7分别通过连接管连通试验箱体1的下半部分；

试验箱体1的外壁表面设置保温板13，保温板13上设置控制面板8；控制面板8与制冷机4、加湿机5、除湿机6、真空泵7、加热管10、温湿度及压强传感器11和监控摄像头12信号连接；

试验箱体1上设置盖板2，盖板2与试验箱体1之间设置密封圈3。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述制冷机4通过两个连接管连通制冷管9，加湿机5通过两个连接管连通试验箱体1的下半部分，除湿机6通过两个连接管连通试验箱体1的下半部分，真空泵7通过1个连接管连通试验箱体1的下半部分。其中，加湿机和除湿机需要通过两个连接管与试验箱体项链，其作用为使得干空气与湿空气快速交换，提高加湿和除湿的工作效率。

其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述连接管上均设有电磁阀。

其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述盖板4的材质为玻璃，穹顶形，底面圆直径为1m，高为15cm，厚度为3mm。

其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述箱体试验箱体1为不锈钢材质，形状为圆柱形，直径为1m，高为150cm，壁厚为2mm。

其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述密封圈3的材质为硅胶，密封垫3的内径为0.95m、外径为1.05m、厚度为0.5cm。

其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述多个监控摄像头12为6个。

其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：一种基于混凝土用高原气候环境模拟箱的试验方法包括以下步骤：

步骤一：将需要测试的混凝土试件放入试验箱体1中，垫上密封圈14后，盖上密封圈3；

步骤二：在控制面板上设置目标温度、目标湿度和目标气压，使试验箱体1内的温度、湿度和气压达到设置的目标温度、目标湿度和目标气压时，开始试验；

当目标温度低于当前温度时，制冷机4工作，打开制冷机4连通管上的电磁阀；其余电磁阀关闭，加湿机5、除湿机6、加热管10和真空泵7停止工作；通过制冷机4和制冷管9工作降低桶内温度以达到目标温度。

当目标温度高于当前温度时，加热管10工作；所有电磁阀均关闭，加湿机5、除湿机6、制冷机4、制冷管9和真空泵7停止工作；通过加热管10工作提高桶内温度以达到目标温度。

当目标湿度低于当前湿度时，除湿机6工作，打开除湿机6连通管上的电磁阀；其余电磁阀关闭，加湿机5、加热管10、制冷机4、制冷管9和真空泵7停止工作；通过除湿机6工作降低桶内湿度以达到目标湿度。

当目标湿度高于当前湿度时，加湿机5工作，打开加湿机5连通管上的电磁阀；其余电磁阀关闭，除湿机6、加热管10、制冷机4、制冷管9和真空泵7停止工作；通过加湿机5工作提高桶内湿度以达到目标湿度。

当目标气压高于当前气压时，真空泵7工作，打开真空泵7连通管上的电磁阀；其余电磁阀关闭，加湿机5、除湿机6、加热管10、制冷机4和制冷管9停止工作；通过真空泵7工作提高桶内湿度以达到目标湿度。

通过以上方式，组成了一个可控制温度、湿度、气压的环境控制系统。

以上所有的控制温度、湿度和气压的仪器，均通过面板操作系统控制，电磁阀受面板操作系统控制，且在控制环境达到平衡后，温度，湿度和气压都可以通过电磁阀进行自动的单独控制。

步骤三：当试验结束时，打开真空泵7连通管上的电磁阀，制冷管9、加热管10、制冷机4、加湿机5、和除湿机6真空泵7停止工作，待试验箱体1的气压与大气压力相等时，打开有机玻璃封封盖，取出试验试件。

具体实施方式九：如图3所示，一种考虑高原气压影响的混凝土试验箱，所述考虑高原气压影响的混凝土试验箱包括：

第一箱体A1、第二箱体A2、真空泵A3、压缩机A4、仪器架A5、加热器A6、除湿机A7、加湿机A8、第一风扇A9、第二风扇A10、控制面板A11、真空表A12、盖板A13、密封圈A14、第一连接管A15、第二连接管A16、第三连接管A17、第四连接管A18、第五连接管A19和温湿度传感器A20；

第二箱体A2的一侧设置第一箱体A1，另一侧设置真空泵A3和压缩机A4；第一箱体A1通过第一连接管A15和第二连接管A16与第二箱体A2连通；真空泵A3通过第三连接管A17连通第二箱体A2，压缩机A4通过第四连接管A18和第五连接管A19连通第二箱体A2；

第二箱体A2的内部设置仪器架A5，仪器架A5包括底座A5-1、第一层板A5-2和第二层板A5-3；第二层板A5-3上设置加热器A6；第一层板A5-2上靠近第一箱体A1的一侧设置第一风扇A9，靠近真空泵A3的一侧设置除湿机A7；底座A5-1上靠近第一箱体A1的一侧设置第二风扇A10，靠近压缩机A4的一侧设置除湿机A7；第二箱体A2的外壁表面设置控制面板A11；控制面板A11与真空泵A3、压缩机A4、加热器A6、除湿机A7、加湿机A8和温湿度传感器A20信号连接；

第一箱体A1的外壁表面设置真空表A12，第一箱体A1的内壁上设置温湿度传感器A20；

第一箱体A1和第二箱体A2上分别设置盖板A13第一箱体A1、第二箱体A2与各自设置的盖板A13之间分别设置密封圈A14；

所述第一连接管A15、第二连接管A16、第三连接管A17、第四连接管A18和第五连接管A19上均设有开关；

所述第一风扇A9设置在对应第一连接管A15的位置，第二风扇A10设置在对应第二连接管A16的位置，除湿机A7设置在对应第三连接管A17的位置，加湿机A8设置在对应第四连接管A18的位置。

所述盖板A13的材质为玻璃，穹顶形，底面圆直径为1m，高为25cm，厚度为10mm。

所述第一箱体A1和第二箱体A2为不锈钢材质，形状为圆柱形，直径为1m，高为1.5cm，壁厚为10mm。

所述密封圈A14的材质为硅胶，密封垫A14的内径为0.95m、外径为1.05m、厚度为0.5cm。

试验方法为：

步骤一：将需要测试的混凝土试件放入第一箱体A1中，垫上密封圈14后，盖上盖板13，第二箱体A2垫上密封圈14后，盖上盖板13；

步骤二：关闭第三连接管A17上的开关，打开其他开关，在控制面板上设置温度、湿度和气压；

当设置温度低于当前温度时，打开二连接管A16、第四连接管A18和第五连接管A19上上网开关，压缩机4工作，第二风扇A10工作；

当设置温度高于当前温度时，打开第一连接管A15上的开关，加热器A6工作，第一风扇A9工作；

当设置湿度低于当前湿度时，打开第一连接管A15上的开关，除湿机A7工作，第一风扇A9工作；当设置湿度高于当前湿度时，打开第二连接管A16上的开关，加湿机A8工作，第二风扇A10工作；

设置的气压低于当前气压，，打开第一连接管A15、第二连接管A16和第三连接管A17上的开关，真空泵A3工作，第一风扇A9和第二风扇A10工作。

步骤三：试验结束时，打开所有开关，待第一箱体A1、第二箱体A2的气压与大气压力相等时，打开第一箱体A1的盖板A13，取出试验试件。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

制备抗压强度等级为C30混凝土试件，其尺寸为100mm×100mm×400mm，混凝土配合比如表1所示。其中水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰评定为Ⅰ级；石子为5mm-20mm连续级配碎石；砂为河砂，细度模数2.9；外加剂为聚羧酸类减水剂；水为饮用水。

表1混凝土配合比及28天强度

浇制混凝土试件后带模养护1天，脱模后连同收缩仪器一同放入高原环境模拟箱中，在模拟箱控制的6种不同高原环境中进行收缩试验，环境参数如表2所示，试验持续时间为一年，试验结果如图2所示。

表2收缩试验的环境参数

由图2可以看出，对于同样配合比的混凝土，气压和湿度对混凝土收缩的影响规律明显，气压越低、湿度越低，混凝土的收缩就越大。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。