[发明专利]一种测量混凝土全过程自生体积变形的方法

权利要求书

1.一种测量混凝土全过程自生体积变形的方法，其特征在于，它利用一个试验装置，该试验装置包括一底座，该底座上设置有一用于隔绝外界环境的环境箱，该环境箱内设有混凝土试件容置装置；

该混凝土试件容置装置包括固定夹头、活动夹头、两个侧模板，拼合构成一个上端敞口或者上下端均敞口的容置空间，该固定夹头固定设置在该环境箱一端，该活动夹头可沿该容置空间的长度方向的轴线移动地设置在该环境箱另一端，两个侧模板平行置于该固定夹头和活动夹头之间；该环境箱或者该环境箱和该容置空间设置温度传感器和湿度传感器；该环境箱和混凝土试件容置装置还设有温度调节装置和湿度调节装置；

还包括一加载系统；该加载系统包括一反力框架、一传动装置和一带有减速机的伺服电机，该反力框架固定设置在该底座上，将该环境箱包围；该传动装置包括设于该反力框架上的主动丝杠，该主动丝杠末端连接约束轴，该约束轴穿过该环境箱且末端穿与该活动夹头连接，而使得该活动夹头位置固定或在该轴线方向移动；该伺服电机与该主动丝杠连接；该约束轴顶部设有测量顶，该测量顶与该环境箱之间设有位移传感器；该传动装置设有应力传感器；

该温度传感器、湿度传感器、位移传感器、应力传感器连接至测量控制系统的输入端，该温度调节装置、湿度调节装置和该伺服电机均连接至测量控制系统的输出端；

将混凝土原材料按照相应配比搅拌，浇入容置空间内，形成试件，盖好温度模板上盖；将温度传感器分别插入试件中部三等分点，以及环境箱测温孔内；试件中部安装位移传感器，并用定位工装固定，保持其位置恒定；软件测试界面内设定相应的温度模板以及环境箱的温度历程曲线。待混凝土初凝后拆除定位工装，开始试验，测量自由混凝土试件的收缩数据；

混凝土总应变通过试验机中试件长度的变化直接测得，热膨胀系数已知，试件的温度变化直接测得，混凝土的自生体积变形可以根据下式得到，计算混凝土自生体积变形的发展历程：

ε_T＝αΔT(2)

ΔL为混凝土试件的长度变化量，mm；L为混凝土试件的标准长度，mm；ε_au为自生体积变形，无量纲；ε_tol为混凝土总变形，无量纲；ε_T为温度引起的变形，无量纲；α为混凝土的热膨胀系数，10-6/℃；ΔT为混凝土的温度变化，℃。

2.根据权利要求1所述的测量混凝土全过程自生体积变形的方法，其特征在于，所述环境箱内还设有太阳辐射传感器、降雨传感器和风速传感器中的至少一种，分别连接至所述测量控制系统的输入端；所述环境箱内还对应设有太阳辐射调节装置、降雨调节装置和风速调节装置中的至少一种，分别连接至所述测量控制系统的输出端；在测量过程中，根据施工地光照、降雨和风力的实际变化情况，通过测量控制系统调节环境箱内的太阳辐射、降雨和风速。

3.根据权利要求1所述的测量混凝土全过程自生体积变形的方法，其特征在于，在浇筑所述试件之前，在所述固定夹头和活动夹头之间设置“工”字型的定位件，该定位件的两端分别和固定夹头和活动夹头通过定位销固定连接；并在浇筑试件后3小时拆除该定位件。

4.根据权利要求1所述的测量混凝土全过程自生体积变形的方法，其特征在于，在所述方法中，对于真实环境的模拟，采用如下步骤中的至少一个：

①环境温度

针对当地的情况而定，即模拟真实环境的当地，将月平均气温资料拟合成一条余弦曲线，下式(4)为拟合后的计算公式：

式中，T_a为气温，T_am为年平均气温，A_a为气温年变幅，τ为时间(月)，τ₀为气温最高的时间(月)。

考虑气温日变化，采用下式(5)计算：

式中，为日气温，T_a为月平均气温，A为气温日变化幅度，t为1天中的时刻(时)根据不同地区的不同季节而定；

②太阳辐射热

单位时间内在单位面积上太阳辐射来的热量是S，其中设被混凝土吸收的部分为R，剩余部分被反射掉，则：

R＝α_sS(6)

式中，α_s为吸收系数，混凝土表面取0.65。

S＝S₀(1kn)(7)

式中，S₀为晴天太阳辐射热，n为云量，k为系数。

日照的影响相当于周围空气的温度增高了ΔT_a，

ΔT_a＝R/β(8)

式中，β为混凝土表面放热系数，根据表面粗糙程度和风速计算得出。

③降水

查询工程所在地气象部门的降水量，通过降水设备和降水量控制器来模拟降水；

并通过公式(9)计算降水量，

P_s＝P_t{1-exp[-(T_a-T_r)/(T_r-T_s)]²}⁺，T_r≥T_s

P_r＝P_t-P_s(9)

式中P_s为降雪量，P_r为降雨量，P_t为总降水量，T_a为日平均气温，T_r为降雨临界气温，T_s为降雪临界气温。

④风速

查询工程所在地的气象部门的风速，启动风速模拟装置，以根据风速得出混凝土表面散热系数。