技术领域：
本发明涉及一种混凝土三维裂缝表征装置与表征方法，属于水泥基材料性能测试技术领域。
背景技术：
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混凝土是当今最重要的建筑材料，广泛应用于建筑、交通、桥梁、水利、地下工程等领域。随着全球经济迅速发展，基础设施建设规模空前，混凝土使用量逐年上升，对于经济高速发展的中国尤为突出。混凝土构件在服役过程中由于承重、内部膨胀等原因产生裂缝，是外界侵蚀的主要通道，对混凝土耐久性的影响显著。由混凝土裂缝导致的直接经济损失十分巨大，近年来我国混凝土结构的过早失效时有发生，不仅导致了国家财富大量流失，且造成了资源与能源极大浪费，更严重的是造成了大量人员伤亡。随基础设施建设总量不断增加，新浇混凝土投入量持续上升，同时其后期修补维护工作十分艰巨，重点是构件裂缝的修补，因此对混凝土裂缝的深入研究十分必要。
目前表征混凝土裂缝方法主要有显微观测法和超声法等。显微观测法测试混凝土表面裂缝形态，代表仪器是裂缝测宽仪；超声法测试混凝土内部裂纹，代表仪器是超声检测仪。前者仅获得混凝土裂缝二维信息，如裂缝数量、裂缝宽度及取向等；后者表征混凝土内部损伤，在无损情况下测试混凝土内部损伤度，但二者均无法获取混凝土裂缝三维信息，如三维裂缝形态、体积及体积分数等。为获取现代混凝土三维裂缝信息，CT技术被广泛应用，由于裂缝灰度值低于固相，所以无法直接实现三维裂缝可视化。需要研发混凝土裂缝灰度值增强技术，优化设计方法，通过一定测试手段观测裂缝，最终实现三维裂缝可视化。同时可指导工程施工和裂缝的修补。因此，混凝土三维裂缝表征装置与方法具有十分重要工程价值，为现代混凝土质量监控提供了科学试验仪器，应用前景十分广阔。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种混凝土三维裂缝表征装置与表征方法，实现混凝土三维裂缝可视化。并且操作过程中没有污染，也没有破坏混凝土结构，能够反映混凝土裂缝真实性。装置中使用温变合金，不会对人体造成伤害，为现代混凝土裂缝的分析奠定了十分重要基础。
上述的目的通过以下技术方案实现：
一种混凝土三维裂缝表征装置，包括用于离心处理的离心机和用于装载试样的试样装置，所述的试样装置包括内试管，所述内试管内部设置有用于固定试样的粘接剂，所述内试管上设置有试管帽，所述内试管内部填充有温变合金，所述内试管外部设置有保温装置。
所述的混凝土三维裂缝表征装置，所述的保温装置包括设置在内试管外部的外试管，所述内试管和所述外试管之间设置有保温层。
用上述混凝土三维裂缝表征装置进行混凝土三维裂缝表征的方法，该方法包括如下步骤：
利用粘结剂将待测试样固定于内试管内底端，然后于真空烘干箱中烘干；然后将温变合金熔化并置于内试管内；然后将填充有温变合金和试样的内试管整体置于保温装置中保温，最后整体在离心机中离心处理；完成离心后试样降温至合金熔点以下，利用Nano X-CT观测，合金所在位置即为裂缝。
所述的混凝土三维裂缝表征的方法，所述温变合金的熔融温度47℃~70℃。
所述的混凝土三维裂缝表征的方法，所述离心机的工作转速:4000~6000r/min。
所述的混凝土三维裂缝表征的方法，所述真空烘干箱中烘干的温度为65℃。
所述的混凝土三维裂缝表征的方法，所述离心机中离心处理的过程中内试管水平放置。
本发明所产生的有益效果：
1.本发明将试样通过粘接剂固定在内试管底部，然后利用离心力压入熔融合金，解决了后续离心过程中试样上浮问题。
2.本发明选择合适熔点的温变合金，进而满足不同环境温度中研究混凝土裂缝性质的要求，本发明采用不同熔点(47℃~70℃)温变合金，无毒无害，可满足不同环境温度中对合金融化及凝结时间要求，为测试顺利进行奠定基础。
3.本发明设置有保温层，可以延缓熔融合金的凝结固化，保证足够时间进行后续离心处理，保温层设计得当，减小熔融合金降温速率，提供足够时间进行后续离心处理。本发明采用聚苯乙烯保温板和锡纸作为保温层，利用多层保温措施成功的解决这一难题。
4.本发明综合运用试样装置固定待测试样方法、选取合适熔点温变合金和制备特殊保温层进行混凝土三维裂缝表征，同时利用Nano X-CT对混凝土试样进行测试。国内外尚无此类产品，技术经济效益明显。
附图说明
图1是试样装置的结构示意图。
图2是实施案例中混凝土裂缝Nano X-CT表征的二维图。
图3是实施案例中混凝土裂缝Nano X-CT表征的三维图。
图4是实施案例中试样灰度值分布曲线。
图中：1.内试管，2.粘接剂，3.试管帽，4.温变合金，5.外试管，6.保温层,7.试样。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1-2所示，本发明的一种混凝土三维裂缝表征装置，包括用于离心处理的离心机和用于装载试样7的试样装置，所述的试样装置包括内试管1，所述内试管内部设置有用于固定试样的粘接剂2，所述内试管上设置有试管帽3，所述内试管内部填充有温变合金4，所述内试管外部设置有保温装置。
所述的混凝土三维裂缝表征装置，所述的保温装置包括设置在内试管外部的外试管5，所述内试管和所述外试管之间设置有保温层6。利用聚苯乙烯保温板和锡纸制备保温层。
用上述混凝土三维裂缝表征装置进行混凝土三维裂缝表征的方法，该方法包括如下步骤：
利用粘结剂将待测试样固定于内试管内底端，然后于真空烘干箱中烘干；然后将温变合金熔化并置于内试管内；然后将填充有温变合金和试样的内试管整体置于保温装置中保温，最后整体在离心机中离心处理；完成离心后试样降温至合金熔点以下，利用Nano X-CT观测，合金所在位置即为裂缝。
所述的混凝土三维裂缝表征的方法，所述温变合金的熔融温度47℃~70℃。
所述的混凝土三维裂缝表征的方法，所述离心机的工作转速:4000~6000r/min。
所述的混凝土三维裂缝表征的方法，所述真空烘干箱中烘干的温度为65℃。
所述的混凝土三维裂缝表征的方法，所述离心机中离心处理的过程中内试管水平放置。
实施案例：
采用P•I52.5硅酸盐水泥，自来水。配合比 (g)：水泥-450，砂-650，石子-1120，水-180，标准养护至28d。利用循环加载方式制备带多裂缝混凝土，采用非金属超声检测分析仪表征混凝土损伤度为26%，取样待测。
首先将试样固定在试样装置内底端；然后将试样装置和温变合金(熔点47℃)在真空烘干箱中65℃条件下进行真空烘干；将熔化后温变合金加入试样装置内，继续在真空烘干箱中真空烘干；利用聚苯乙烯保温板和锡纸制备保温装置，包覆在试样装置外侧进行保温；最后整体置入离心机中进行离心处理(转速：4000r/min，30min)；最后利用Nano X-CT进行分析(图2-图3)，温变合金在位置即为裂缝，可以发现温变合金能很好填充试样裂缝，合金形貌即三维裂缝形态；对三维裂缝图片灰度值进一步分析(图4)，以灰度值225为阈值区分混凝土和合金，灰度值区域225~255为合金(即裂缝)，计算获得试样裂缝体积分数为13.94%。
应当指出，上述实施实例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。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。