一种模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置及监测方法

本发明涉及水泥混凝土开裂监测设备，涉及一种模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置及监测方法。

背景技术：

1、我国公路路网建设持续快速发展，水泥混凝土工程数量激增。但是混凝土浇筑后，受到复杂的温度、湿度和大风等环境的耦合作用，导致早期水分蒸发散失严重，表面极易产生大量塑性收缩和自收缩裂缝。混凝土作为一种准脆性材料，一旦发生开裂，拉应力急剧增大，裂缝将迅速扩展、联通。宏观裂缝将诱导有害介质进入混凝土内部，加速钢筋锈蚀和自身性能劣化，进一步导致质量和耐久性降低，严重危害混凝土构造物的适用性、安全性和服役寿命。

2、模拟不同蒸发环境，是研究实际环境中水泥混凝土开裂演化行为的基础。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。已有发明仅考虑了固定不变的环境参数(常温、常湿等)，本发明可以模拟变化的环境参数，如温度曲线的变化等。

3、高效表征和评估混凝土的开裂行为是进行开裂防治的前提。我国《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(gb/t 50082—2009)中规定采用平板法测量混凝土试件在约束状态下的早期抗裂性能。此外，《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(jtg 3420—2020)中推荐了另一种平板法试验，用于评价水泥混凝土的早期开裂敏感性。基于平板诱导开裂试验，结合人工观测和计算可以获得混凝土表面的开裂参数，如起裂时间、裂缝长度和宽度、开裂面积等。但人工观测裂缝往往耗时费力、存在较大误差，且无法深入评价混凝土结构层次的开裂行为。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提供了一种混凝土在模拟蒸发环境下的开裂性能试验装置及早期开裂监测方法，解决现有试验装置无法同时考虑环境温度、湿度、风速等因素的问题。

2、技术方案：本发明提出的一种模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，包括环境箱、位于环境箱底部的电子秤、设置在电子秤上的混凝土试件容置装置、设置在环境箱内部的加湿器和温度控制系统、位于所述混凝土试件容置装置上方的传感器、设置在环境箱正上方的拍摄系统；所述混凝土试件容置装置包括固定板、活动板、侧模板和试件模具；所述固定板两侧和若干侧模板固定连接，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；所述拍摄系统包括相机、固定装置和传动装置，所述相机通过固定装置和传动装置在所述环境箱上方移动，所述环境箱上盖为可透视玻璃，所述相机与数据采集器连接；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数据处理器连接；所述传感器与数据采集器连接，所述数据采集器与数据处理器连接。

3、优选地，所述混凝土试件容置装置还包括滑轨，所述试件模具通过所述滑轨放进所述混凝土试件容置装置内。

4、优选地，所述环境箱其中一侧侧壁为铰链连接，所述环境箱正面为可透视玻璃。

5、优选地，所述风扇设置所述环境箱内壁上。

6、优选地，所述传感器通过软管固定在所述环境箱内壁上。

7、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。

8、优选地，所述固定装置设置所述环境箱上盖两侧，所述传动装置设置在所述固定装置上。

9、优选地，所述加湿器外接水箱。

10、优选地，所述固定板固定在所述电子秤上。

11、一种模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置的监测方法，包括以下步骤实施：

12、(1)获取所需模拟地区的24h内环境特征参数曲线，包括温度、湿度和风速曲线；

13、(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；

14、(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；

15、(4)观察测量系统内通过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；

16、(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，用抹子整平表面后，立即放入试件容置装置内，旋紧螺栓，使得试件模具固定；

17、(6)将传感器移动至混凝土试件表面正上方，并使得风从试件表面上方传感器处吹过，风向平行于试件表面和裂缝诱导器；

18、(7)从混凝土加水搅拌开始计时，从混凝土试件放入环境箱后用相机记录混凝土表面裂缝演化规律，直至规定试验时间；

19、(8)使用image j软件对相机拍摄的混凝土表面裂缝图片进行处理，读取裂缝始裂时间、裂缝数量、长度、宽度和开裂面积参数。

20、有益效果：本发明的有益效果为：

21、(1)本发明实验装置可以进行多种蒸发环境条件下，监测混凝土从浇筑到硬化全过程的表面裂缝发展过程，包括混凝土始裂时间，裂缝数量、长度、宽度和开裂面积等随时间的发展过程，还可以模拟真实蒸发环境，对真实蒸发环境下混凝土的开裂过程进行仿真。本发明可根据需要设置不同的温度、湿度和风速条件，包括恒温、恒湿、固定风速、设定升温降温曲线、湿度曲线和风速变化过程等，通过早期混凝土开裂过程的仿真试验，评价混凝土的抗裂性能；

22、(2)本发明试验装置和方法，可以模拟水泥混凝土所处的自然环境条件，反映真实的工程实际环境，包括昼夜温差、高温、低温、大风、干旱等恶劣的气候环境，得出真实环境条件下混凝土的抗裂性能；

23、(3)本发明试验装置和方法，可以模拟混凝土在浇筑到施工过程中的养护措施，反映实际环境下养护对于混凝土抗裂性能的影响，包括混凝土表面洒水、覆盖塑料膜等，得出养护措施影响下混凝土的抗裂性能；

24、(4)本发明试验装置和方法，改善了现有技术针对混凝土表面裂缝读取时人工测量精度不高的问题，可高效快速精确量化混凝土表面裂缝发展规律，为混凝土抗裂性能评价和混凝土裂缝调控提供依据。

技术特征：

1.一种模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，其特征在于，包括环境箱(11)、位于环境箱(11)底部的电子秤(2)、设置在电子秤(9)上的混凝土试件容置装置(6)、设置在环境箱(11)内部的加湿器(8)和温度控制系统、位于所述混凝土试件容置装置(6)上方的传感器(5)、设置在环境箱(11)正上方的拍摄系统；所述混凝土试件容置装置(6)包括固定板(61)、活动板(62)、侧模板(63)和试件模具(65)；所述固定板(61)两侧和若干侧模板(63)固定连接，所述活动板(62)与侧模板(63)连接，所述试件模具(65)固定在混凝土试件容置装置(6)内；所述拍摄系统包括相机(3)、固定装置(31)和传动装置(32)，所述相机(3)通过固定装置(31)和传动装置(32)在所述环境箱(11)上方移动，所述环境箱(11)上盖为可透视玻璃，所述相机(3)与数据采集器(2)连接；所述温度控制系统包括风扇(4)和温度调控器(10)，所述温度调控器(10)与数据采集器(2)和计算机(1)连接；所述传感器(5)与数据采集器(2)连接，所述数据采集器(2)与计算机(1)连接。

2.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，其特征在于，所述混凝土试件容置装置(6)还包括滑轨(64)，所述试件模具(65)通过所述滑轨(34)放进所述混凝土试件容置装置(6)内。

3.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，其特征在于，所述环境箱(11)其中一侧侧壁为铰链连接，所述环境箱(11)正面为可透视玻璃。

4.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，其特征在于，所述风扇(4)设置所述环境箱(11)内壁上。

5.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，其特征在于，所述传感器(5)通过软管固定在所述环境箱(11)内壁上。

6.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，其特征在于，所述风扇(4)外接空气压缩机(7)，所述空气压缩机(7)通过管道与所述环境箱(11)连通。

7.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，其特征在于，所述固定装置(31)设置在所述环境箱(11)上盖两侧，所述传动装置(32)与所述固定装置(31)连接。

8.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，其特征在于，所述加湿器(8)外接水箱。

9.根据权利要求1所述的模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置，其特征在于，所述固定板(61)固定在所述电子秤(9)上。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤实施：

技术总结本发明公开了一种模拟蒸发环境的混凝土早期开裂试验装置及监测方法，包括环境箱，环境箱底部设置电子称，电子称上方为混凝土试件容置装置，包括固定板、活动板和两个侧模板，拼成一个混凝土试件容置装置，固定板固定在电子称上，活动板可移动设置；环境箱内部设置有加湿器和温度调控器。环境箱外部设置有空气压缩机，空气压缩机与环境箱联通；环境箱正上方放置有可移动相机，环境箱内设置有温度、湿度和风速传感器。本发明解决现有装置无法获取不同蒸发环境下混凝土的开裂性能的问题。技术研发人员：王文真,周娟兰,仓玉洁,周道传受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2