制冷 单元7通以冷却水，如此装置安装完成。
[0042] 支架1外观尺寸为250X250X220mm3长方体，可放置于万能试验机托台上。内 部留有150X 150X 150mm3的立方体空间，可放置标准尺寸混凝土试件4。四周支柱内侧 棱边设有R = 2mm倒角，防止混凝土试件受压膨胀变形时与支架接触。压板8正对混凝土 试件4放置，避免装置其他部位与万能试验机加载面直接接触，起到保护作用，其尺寸为 150 X 150 X 30mm3长方体。由于支架1和压板8与混凝土试件4 一同承受外力荷载，本装置 选材为45号钢，其弹性模量为210GPa，屈服强度大于335MPa，在混凝土极限荷载下仍为弹 性。为了减少热量的流失，应对支架1的支柱内侧棱倒角面、压板8靠近加热单元的侧面做 绝热处理，建议使用绝热胶覆盖。
[0043] 使用石棉布3将混凝土试件4底部与支架1接触面以及混凝土试件4顶部与压板 8接触面隔开，起到隔热保温作用。经测试，石棉布压实后（IOMPa)石棉布的厚度变形可忽 略，且在高应力状态（50MPa)下不发生破裂，仍具有较好的保温性能。本装置选用耐高温 的隔热石棉布，尺寸为152X 150_2的长方形，厚度为2_，其在常温下导热系数为0. 03W/ (K · m) 〇
[0044] 加热单元5尺寸为150 X 150mm2的正方形，厚度为2mm，采用电加热法。一侧使用 普通绝缘硅胶，另一侧使用绝缘导热硅胶，包裹0. 2_厚的铜片电热回路制成。导热硅胶一 侧与混凝土试件面贴服，另一面与绝热泡沫板2接触，一同嵌入支架内。本装置的导热硅 胶导热系数为6WAK · m);绝热泡沫材料选用厚度为25mm的XPS挤塑板，其导热系数小于 0· 03^(Κ · m) 〇
[0045] 制冷单元7尺寸为150X 150mm2的正方形，厚度为25mm，采用水冷法。一侧通 冷却水，另一侧与导热硅胶片6贴合。导热硅胶片6与混凝土试件4直接接触，其尺寸为 150 X 150mm2的正方形，厚度为4mm，导热系数为6W/(K · m)。
[0046] 参照图3工作示意图，压板8工作时将压力传递给混凝土试件4,而制冷单元、加热 单元及保温材料不受压力荷载。因此，安装时压板8切勿压到加热单元5和导热硅胶6,而 且石棉布3应充分覆盖加热单兀5,防止热量流失。
[0047] 考虑到各部件表面间的接触热阻、热电偶误差、装置设计导致的热量流失以及仍 具有一定导热能力的保温材料造成的热量流失等因素是不可避免的，因此在装置制作完成 之后需要进行校准，即确定修正参数。取已知导热系数材料，λ e [1，2]WAK ·πι)为宜，尺 寸为150 X 150 X 150mm3立方体。将该混凝土试件按照上文方法装配于装置中，使加热和制 冷单元稳定工作，观察热电偶读数，温差AT稳定（变化值在±0. 2K内时）后，读取功率W。 混凝土试件导热系数计算公式为
[0049] 其中，混凝土试件的热流量Q即为加热单元的功率W ;混凝土试件尺寸已知，则1 =0. 15m，A = 0. 0225m2;导热系数λ已知；B为修正系数。将测量参数代入即可获得修正 参数Β，通常该值大于0,小于1。分别测量不同应力状态下的参数，即可在不确定B的情况 下计算得到导热系数的下降率
[0051] 其中，"cracked"表示开裂，" intact "表示未开裂。
[0052] 参照图3工作示意图和图4热学工作示意图，本发明的测量方法步骤为：
[0053] 1.测定支架和压板钢材的弹性模量E，测量支架底板厚度I1以及压板厚度1 8。
[0054] 2.取已知导热系数混凝土试件，测定装置的修正系数B。（可略）
[0055] 3.按照上文说明要求，将装置组装并置于试验机托台上。
[0056] 4.测量未开裂混凝土试件的导热系数XintaetJp热单元和制冷单元稳定工作，观 察热电偶读数，等待温差稳定（变化值在±〇. 2K内），读取功率，记录功率Wintact与温差 Δ Tintact;
[0057] 5.测量弹性状态混凝土试件的导热系数\lasti。#动万能试验机，对钢制压板8 施加压缩荷载；首先使用力控制施加荷载，使荷载值增加至112. 5kN(5MPa)，保持荷载。观 察热电偶读数，等待温差稳定。记录此时的荷载FhWf3lasti。与Δ T elastic，入 elastic-^ 入 intact^^· 该相等。"elastic"表示弹性状态。
[0058] 6.测量压缩开裂状态混凝土试件的导热系数XCTacked，使用力控制荷载，以 0. 3MPa/s的速度施加荷载；加载112. 5kN后保持，观察热电偶读数，等待温差稳定；记录此 时的荷载F、功率温差Δ T "adred;反复本步操作，直至混凝土试件失去承载能力；与 此同时，万能试验机记录混凝土试件的单轴压缩荷载F与位移变形U的曲线。
[0059] 7.数据处理。由对应荷载下记录的荷载F、位移变形U可计算混凝土试件的应 力-应变关系
[0060] Q11= F/A (4)
[0061] ε n= [U-o n/E · (Vl8)Vl (5)
[0062] 式中，σ η和ε η分别为混凝土试件的压缩应力和应变，1为立方体试件边长；A为 试件的受压面面积；。将记录的功率W、温差△ T代入上文公式（3)，则可得到混凝土试件 在对应荷载下的导热系数下降率。
[0063] 8.建立单轴压缩应变与导热系数下降率的关系，推荐使用Logistic函数拟合。由 于混凝土材料本身性能的离散性较大，建议将多个混凝土试件的测量结果一同拟合。
[0064] 9.以C25为例，混凝土试件的配合比参照表1。图5中显示了四个混凝土试件的 实验结果，曲线为单轴压缩应力-应变曲线，散点为本专利量测的四个混凝土试件的导热 系数下降率，拟合结果如图5所示。
[0065] 表1试验所用混凝土配合比
[0067] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置，其特征在于：包括支架、绝 热泡沫板、保温层、加热单元、导热硅胶、制冷单元、压板、弹簧压板、支架上框、弹簧； 所述支架为用于容纳混凝土试件的框架结构，包括矩形底板和四角位置垂直设置的支 柱，所述支架上框与支架相配合形成完成的立方体框架；混凝土试件放置在支架的中央，混 凝土试件的上表面设置压板并通过支架上框固定，混凝土试件与底板、压板之间分别垫设 有保温层；混凝土试件的第一对平行面，其中的一面支柱间从内往外依次嵌入加热单元和 绝热泡沫板，另一面支柱间从内往外依次嵌入导热硅胶和制冷单元；混凝土试件的第二对 平行面的支柱间分别嵌入绝热泡沫板；相邻的支柱两两之间固定设置弹簧压板，所述弹簧 压板的两端分别固定在相邻的两个支柱的同一平面上，弹簧压板的内侧设置有弹簧，用于 保证混凝土试件表面与四周材料充分接触。2. 根据权利要求1所述的测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置，其特征在 于：所述导热硅胶和加热单元中分别内置热电偶。3. 根据权利要求2所述的测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置，其特征在 于：热电偶选用Pt100。4. 根据权利要求1所述的测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置，其特征在 于：所述保温层为石棉布。5. 根据权利要求1所述的测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置，其特征在 于：所述支架的支柱内侧棱边设有2mm倒角，以保证支架不会影响混凝土试件自由变形。6. 根据权利要求1所述的测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置，其特征在 于：所述支架和压板的材质为钢。7. -种测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的方法，采用权利要求1-6任一项所 述的测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置，包括以下步骤： 1) 测定支架和压板钢材的弹性模量E，测量支架底板厚度^以及压板厚度18; 2) 取已知导热系数混凝土试件，测定装置的修正系数B; 3) 将混凝土试件置于装置中，将装置组装并置于试验机托台上； 4) 测量未开裂混凝土试件的导热系数λ 热单元和制冷单元稳定工作，观察热 电偶读数，等待温差稳定，读取功率，功率llastl。与温差△I\lastl。； 5) 测量弹性状态混凝土试件的导热系数λ^^^启动万能试验机，对钢制压板施加 压缩荷载，力控制施加荷载，荷载值增加至试件标号强度的20%，保持荷载；观察热电偶读 数，等待温差稳定；记录此时的荷载F、Welastl。与ΔTelastl。； 6) 测量压缩开裂状态混凝土试件的导热系数使用力控制荷载，以〇. 3MPa/s的 速度施加试件标号强度的20%的荷载，随后保持荷载；观察热电偶读数，等待温差稳定；记 录此时的荷载F、功率W"adred与温差ΔT 反复本步操作，直至混凝土试件失去承载能 力；同时，万能试验机记录混凝土试件的单轴压缩荷载F与位移变形U的曲线； 7) 数据处理：由对应荷载下记录的荷载F、位移变形U可计算混凝土试件的应力-应变 关系 〇n=F/A(4) εη= [U-ση/Ε· (?!+18)]/1 (5) 式中，ση和εη分别为混凝土试件的压缩应力和应变；1为立方体混凝土试件边长;A 为混凝土试件的受压面面积； 将记录的功率W、温差△T代入下式，则可得到混凝土试件在对应荷载下的导热系数下 降率η
【专利摘要】本发明公开了一种测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置及方法，混凝土试件置于支架内受压缩荷载，同时加热单元与制冷单元在混凝土试件两平面间建立温差；支架用于固定混凝土试件与加热单元、制冷单元、保温材料、导热硅胶的相对位置；混凝土试件受压后变形，挤压保温材料、导热硅胶、制冷单元和加热单元，使其向四周外移，支架的四周支柱用于确定四周材料的移动轨迹，支柱上的弹簧压板和弹簧提供一个不影响力学实验的适当围压，以保证制冷单元和加热单元与混凝土试件表面贴合，尽量减少接触热阻。在混凝土试件承受一定压缩荷载的情况下，混凝土试件内部混凝土试件热流密度达到稳态，温度在混凝土试件内呈一维稳定分布。
【IPC分类】G01N25/20
【公开号】CN105259206
【申请号】CN201510724632
【发明人】沈雷, 童强, 任青文, 张林飞, 韩衍, 严洋
【申请人】河海大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月29日