一种恒定轴压荷载作用下测量混凝土试件温湿度的方法与流程

本发明涉及混凝土温湿度测量技术领域，具体涉及一种恒定轴压荷载作用下测量混凝土试件温湿度的方法。

背景技术：

混凝土结构在浇筑早期由于抗拉强度低，温湿度变化明显，收缩变形较大，往往出现严重的早龄期裂缝问题。混凝土内部的温湿度是预测早期开裂情况的重要指标，因此准确的测量得到早龄期的温湿度，可以为早期温湿度传输理论及抗裂研究提供可靠支撑。基于此，国内外大量研究者对混凝土早期温湿度进行了试验研究，采用各类温湿度探头埋入混凝土试件中以测量混凝土早龄期及成熟期温湿度的发展变化。但大部分的温湿度试验研究是在无外部荷载状态下进行的。根据相关文献可知，荷载的施加会对混凝土温湿度的传输造成一定的影响，而实际工程中的混凝土结构绝大多数都会受到荷载和周围结构的约束作用。因此在无荷载应力条件下所测得的温湿度不能够准确地反映实际情况。基于此，考虑力学状态影响下的温湿度测量受到越来越多的关注。

目前关于荷载状态下的温湿度测量试验非常少，且没有特定的温湿力耦合加载装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种简易的实验装置，利用钢板、螺杆、螺栓等简单易得的材料制作成加载架，对埋入温湿度探头的混凝土试件施加轴向压力，并通过应变仪对荷载水平进行监测，以此测量恒定轴压荷载作用下混凝土试件的温湿度。

本发明通过以下技术方案实现：

一种恒定轴压荷载作用下测量混凝土试件温湿度的方法，包括如下步骤：

（1）根据混凝土试件的尺寸及设计压力，确定千斤顶施加的荷载值，此为预设荷载值，即加载结束时荷载传感器所显示的数值，根据该预设荷载值及螺杆的弹性模量计算螺杆的应变，此为应变采集仪的预设值；

（2）浇筑混凝土试件，在振捣时用pvc管预留用于安装温湿度探头的孔，混凝土终凝后插入温湿度探头，放入养护箱或养护室内养护至加载龄期；

（3）拧紧加压底板下方螺杆上的螺母，固定加压底板在螺杆上的位置，将混凝土试件从养护箱中取出，按照加压方向放置于加压底板上，将温湿度探头连接至温湿度数据采集箱，调节加压垫板的位置，使其压设在待测量混凝土试件的上端；

（4）在加压垫板上部安装好千斤顶和荷载传感器，调节反力支撑板在螺杆上的位置，使其压设在千斤顶的上端，拧紧反力支撑板上下两侧螺杆上的螺母，固定反力支撑板在螺杆上的位置；

（5）对加压底板和加压垫板之间的螺杆进行磨光，在磨光处黏贴应变片，将应变片连接至应变采集系统；

（6）用千斤顶进行加载，根据荷载传感器的荷载值控制加载过程，当荷载传感器的荷载值达到预设荷载值时，拧紧加压垫板上方螺杆上的螺母，通过加压垫板维持施加于混凝土试件的轴压荷载，放松千斤顶；

（7）观察螺杆上的应变是否达到预设值，如果没有达到，则返回步骤（6），直至达到预设值并维持稳定；

（8）拆卸千斤顶和荷载传感器，将加压底板和加压垫板及混凝土试件放置在养护箱和养护室内进行养护，温湿度数据采集箱持续监测混凝土试件中温湿度探头的数据变化，并得到混凝土试件温湿度随龄期变化的曲线图。

本发明上述方法中用到的恒定轴压荷载作用下测量混凝土试件温湿度的装置包括：三块大小、形状、材质相同的不锈钢板，每块不锈钢板上至少同时穿过四根螺杆，三块不锈钢板分别为加压底板、加压垫板和反力支撑板；加压底板和加压垫板之间设置混凝土试件，该混凝土试件中沿螺杆高度方向设置有多个温湿度探头，每个温湿度探头均电连接至温湿度数据采集箱，加压底板和加压垫板之间的螺杆上设置有应变片，应变片电连接至应变采集仪；加压垫板和反力支撑板之间自下而依次设置荷载传感器和千斤顶，反力支撑板通过螺母被固定于螺杆上。

优选地，螺杆为高强螺杆，螺杆的长度为1m，螺母为与螺杆配套的高强螺母。

进一步地，加压底板、加压垫板和反力支撑板为厚度20mm的正方形板，均在四个直角处开设用于穿过螺杆的通孔，孔径为18至22mm。

作为优选实施例，荷载传感器的型号为ltr-1，温湿度探头是电阻式温湿度数字传感器，型号为hc2-s3，温湿度数据采集箱为h系列温湿度露点变送控制器，应变片型号为bf1k-3aa，应变采集仪型号为yjw-8/16。

更进一步地，温湿度数据采集箱的工作温度为-40~100℃、湿度为0~100%rh；温度为23℃时的温度精度为±0.1℃、湿度精度为±0.8%rh。

相比现有技术，本发明具有以下技术效果：

本发明测量混凝土试件温湿度的方法是在恒定轴压荷载作用下进行测量的，所述测量方法步骤明确，原理简单，测量过程易操作，根据本测量方法得出轴压荷载会对混凝土的相对湿度产生明显影响，荷载施加的瞬间，相对湿度会有瞬间的提高，之后开始缓慢下降。

附图说明

图1是恒定轴压荷载作用下测量混凝土试件温湿度的装置的结构示意图。

图中，1、加载底板，2、加压垫板，3、反力支撑板，4、高强螺杆，5、螺母，6、千斤顶，7、荷载传感器，8、温湿度探头，9、温湿度数据采集箱，10、应变片，11、应变采集仪。

图2为加载底板的结构示意图。

图3为实例1所测得混凝土试件28d温湿度曲线图。

具体实施方式

为便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种恒定轴压荷载作用下测量混凝土试件温湿度的装置，包括：用于放置混凝土试件及加载设备的加载架；用于采集混凝土试件的温湿度变化曲线的温湿度采集系统；用于监测加压区的螺杆应变，反映荷载维持情况的应变采集系统。

加载架包括加压底板1、加压垫板2、反力支撑板3、螺杆4及螺母5，加压底板1、加压垫板2及反力支撑板3均由螺杆4支撑，并由相应位置的配套螺母5固定。

待测混凝土试件放置在所述加载架的加压底板1和加压垫板2之间，该区域为加压区；加压垫板和反力支撑板之间安装千斤顶6和荷载传感器7，加载时千斤顶6产生的反力由反力支撑板3承受。

如图2所示，加压底板1、加压垫板2、反力支撑板3为三个相同的不锈钢板，大小、形状均相同，厚度均为20mm的矩形不锈钢板，均在四个直角处开孔，孔径18至22mm，用于穿过螺杆。螺杆4为高强螺杆，长度为1m，螺母5为配套高强螺母，数量为8个；加压区的螺杆中部选择高度3cm左右的一段进行磨光处理，尺寸大约2cmx3cm，用于黏贴应变片。

此装置可以对长度400mm以下的混凝土试件进行任意荷载作用下的温湿度测量，根据需要，还可以对装置上的部件进行尺寸方面的改进，适应更小或更大尺寸的试件测量。

千斤顶6和荷载传感器7，荷载传感器型号为ltr-1型用于提供轴向压力并显示力的大小。

温湿度采集系统，包括温湿度探头8和温湿度数据采集箱9，温湿度探头采用的是电阻式温湿度数字传感器，型号为hc2-s3，采集箱为h系列温湿度露点变送控制器。该温湿度仪器的工作范围：温度为-40~100℃、湿度为0~100%rh。温度精度±0.1℃（温度为23℃时的精度）、湿度精度±0.8%rh。将温湿度探头通过带孔pvc管埋入混凝土试件内部，温湿度数据每1h记录一次，数据通过变送器采集得到。

应变采集系统，包括应变片10和应变采集仪11，应变片为bf1k-3aa应变计高精度电阻式应变片，应变采集仪型号为yjw-8/16型数字静态电阻应变仪，。

针对本发明所述一种恒定轴压荷载作用下测量混凝土试件温湿度的方法，给出一个实施例，具体步骤为：

（1）对尺寸为150x150x300mm的c50混凝土试件进行轴压荷载下的28d温湿度测量实验。混凝土试件四周及底边由塑料薄膜密封，上表面与空气接触。加载时间为第3d龄期，，设计混凝土所受压力为5mpa，为混凝土试件3d龄期抗压强度的20%，换算为千斤顶荷载为112.5kn。根据高强螺杆的应力应变关系，得到5mpa应力作用下螺杆应变为1800με，此为应变仪的预设值。

（2）混凝土浇筑完毕后沿高度方向埋置3个温湿度探头，探头测量位置分别为距底面20mm，80mm和130mm，混凝土试件放入养护箱或养护室内养护至3d龄期；

（3）3d龄期时，将混凝土试件按照加压方向放置于加载底板1上，将温湿度探头连接至温湿度数据采集箱，拧紧加压底板1上的螺母，固定其位置，调节加压垫板位置，使其压住待测混凝土试件；

（4）在加压垫板2上部安装好千斤顶6和荷载传感器7，调节反力支撑板3位置，将其顶住千斤顶6，拧紧螺母，固定反力支撑板3位置；

（5）在加压区螺杆磨光处黏贴应变片10，应变片连接应变采集系统11；

（6）用千斤顶6进行加载，根据荷载传感器7控制加载过程。达到预设荷载112.5kn时，拧紧加压垫板2上部螺母，维持混凝土轴压荷载，放松千斤顶6；

（7）观察螺杆应变是否达到预设值1800με，如果没有达到，则返回步骤（6），直至达到预设值并维持稳定；

（8）拆卸千斤顶6和荷载传感器7，将加载架和混凝土试件放置在养护箱和养护室内进行养护，温湿度监测系统持续监测28d；

实验结果：

实验得到的温湿度数据结果如图3所示，由图可知，在混凝土刚浇筑的前2d龄期，相对湿度较高，在100%左右。由于水化作用，温度迅速上升再迅速下降。2d龄期后相对湿度开始下降。第3d时开始使用加载架进行加载，可以发现相对湿度有明显的上升再下降的趋势，上升幅度大约为1%的相对湿度，之后相对湿度缓慢下降。由图看出使用加载架加载，对温度则没有产生明显的影响。

由实验结果可知，轴压荷载会对混凝土的相对湿度产生明显影响，荷载施加的瞬间，相对湿度会有瞬间的提高，之后开始缓慢下降。但荷载对混凝土温度几乎没有影响。