一種混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置及方法
【專利摘要】一種混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置及方法，裝置包括冷卻介質儲存塔，低溫保溫箱、位移傳感器、與位移傳感器連接的形變記錄系統和溫度記錄系統，冷卻介質儲存塔通過冷卻介質噴氣管與低溫保溫箱的內部連通，冷卻介質噴氣管上設有電磁閥，電子閥與溫度控制系統連接，溫度控制系統中設有第一溫度傳感器，第一溫度傳感器穿過低溫保溫箱的側壁延伸至低溫保溫箱的內部。本發明采用立式兩端法，實現了在20～-250℃范圍內，取0～20℃/min降溫速度對混凝土試件隨溫度變化的形變情況進行連續跟蹤，操作方便，可精確跟蹤混凝土試件降溫引起的形變，確保試驗精度和數據準確性。可廣泛應用于混凝土溫熱形變瞬態式測試。
【專利說明】一種混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種混凝土熱形變瞬態式測試裝置及方法。
【背景技術】
[0002]作為最重要的清潔能源之一，液化天然氣LNG開始在世界各國廣泛利用，由于LNG液化溫度為-165°C，使其儲存條件非常苛刻。目前，儲存LNG的終端塔主要以內部鋼密封層、外部鋼筋混凝土保護層的協同結構為主。因此，為了保證所用的混您圖能夠符合質量要求，對所用混凝土在超低溫環境的溫度變形進行研究是很有必要的。
[0003]目前，國內外學者在對低溫或超低溫環境混凝土溫度變形測試試驗進行設計時，考慮到傳感器無法在超低溫環境下正常工作，因此主要采用將混凝土試件置于低溫保溫箱或冰箱冷卻，待試件溫度達到要求后，快速將其取出進行變形測試，但是，通過這種方式進行試驗時，試驗過程中混凝土試件并非處于低溫環境，其溫度會隨周圍的高溫環境而改變，就會出現溫度分布不均的現象，導致實驗結果不準確。對此，針對在混凝土的低溫形變試驗裝置及方法還沒提出有效的方案，來確保整個試驗的精度和數據準確性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置及方法，要解決混凝土熱形變瞬態式測試精度不夠、試驗數據不準確的技術問題；并解決保證試驗過程簡便易行的問題。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，包括冷卻介質儲存塔，低溫保溫箱、位移傳感器、與位移傳感器連接的形變記錄系統和溫度記錄系統，所述冷卻介質儲存塔通過冷卻介質噴氣管與低溫保溫箱的內部連通，所述冷卻介質噴氣管上設有電磁閥，所述電子閥與溫度控制系統連接，所述溫度控制系統中設有第一溫度傳感器，所述第一溫度傳感器穿過低溫保溫箱的側壁延伸至低溫保溫箱的內部。
[0006]所述低溫保溫箱與墻體固定，低溫保溫箱的內部、在混凝土試件的外圍設有金屬罩，所述金屬罩與低溫保溫箱之間沒有縫隙。
[0007]低溫保溫箱的上壁開有穿過上低形變位移傳遞桿的低溫保溫箱上通孔，所述上低形變位移傳遞桿穿入低溫保溫箱的一端與混凝土試件接觸、另一端與位移傳感器連接。
[0008]所述低溫保溫箱的下壁開有穿過輔助承臺的低溫保溫箱下通孔，所述輔助承臺穿入低溫保溫箱的一端與混凝土試件接觸、另一端與水平防震平臺連接。
[0009]所述輔助承臺上對應低溫保溫箱上通孔的位置開有穿過下低形變位移傳遞桿的輔助承臺貫通口，所述下低形變位移傳遞桿穿入到低溫保溫箱的一端與混凝土試件接觸、另一端與位移傳感器連接。
[0010]所述溫度記錄系統中設有的第二溫度傳感器依次穿過低溫保溫箱的側壁和金屬罩至金屬罩內部。 所述第二溫度傳感器有兩根，一根置于混凝土試件的內部、另一根置于混凝土試件的表面。
[0011]所述低形變位移傳遞桿為熱膨脹系數小于1X10_6/°C的石英材質。
[0012]所述冷卻介質儲存塔中的冷卻介質為氣態或著液態。
[0013]所述輔助承臺包括穿入低溫保溫箱的支柱、固定在支柱底部的托板，以及與固定在托板下表面的緩震腳座，所述輔助承臺貫通口豎直貫通于支柱。
[0014]所述緩震腳座有四個，均勻固定在托板的四角。
[0015]所述低溫保溫箱下通孔的直徑與支柱的直徑的差距不大于5mm。
[0016]所述低溫保溫箱上通孔的直徑與上低形變位移傳遞桿的直徑的差距不大于2mm。
[0017]一種應用所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試方法，具體步驟如下:
步驟一，將測試裝置的各個部件相互連接、安裝到指定位置。
[0018]步驟二，打開低溫保溫箱，將混凝土試件放入低溫保溫箱內部的金屬罩內、并置于輔助承臺上，將上低形變位移傳遞桿和下低形變位移傳遞桿分別與混凝土試件的上下表面接觸，并將第二溫度傳感器與混凝土試件接觸。
[0019]步驟三，預先設定溫度控制系統中目標溫度和降溫速率的參數，啟動溫度控制系統、溫度記錄系統、形變記錄系統，通過溫度控制系統對低溫保溫箱體進行降溫、通過溫度記錄系統、形變記錄系統進行數據采集并存儲。
[0020]步驟四，當溫度記錄系統中所顯示的混凝土試件的溫度到達目標溫度后，試驗結束。
[0021]步驟五，記錄兩個位移傳感器的位移數據，兩者之差，即為混凝土試件隨溫度變化引起的形變。
[0022]所述降溫速率在O?20°C /min范圍內，在20?-250°C的溫度范圍內、連續跟蹤混凝土試件隨溫度變化的形變情況。
[0023]與現有技術相比本發明具有以下特點和有益效果:
本發明克服了傳統混凝土熱形變瞬態式測試中試件溫度分布不均勻、試驗數據不準確的缺點，解決了保證試驗精度以及試驗過程簡便易操作的技術問題。
[0024]本發明采用立式兩端法，實現了將混凝土試件完全置于低溫環境中進行低溫及超低溫環境下混凝土熱形變瞬態式測試的目的，即在20?-250°C范圍內、取O?20°C /min降溫速度對混凝土試件隨溫度變化的形變情況進行連續跟蹤，操作方便，保證了效率，可精確跟蹤混凝土試件降溫引起的形變，并且能確保試驗精度和數據準確性，同時避免了試件橫向放置，由摩擦阻力引起的形變偏差。
[0025]本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置是特別研究設計的，包括冷卻介質儲存塔、溫度控制系統、溫度傳感器、低形變位移傳遞桿、溫度記錄系統、形變記錄系統、位移傳感器、輔助承臺、低溫保溫箱和水平防震平臺等主要部分組成:
1、為了實現混凝土低溫變形測試，將低溫保溫箱與墻體固定，防止低溫保溫箱在試驗中發生晃動，影響測試結果。
[0026]2、將輔助承臺底座安置在水平防震平臺上、并設有四個緩震腳座，保證其不會受到外界振動干擾，影響位移傳感器所得數據，確保試驗精度；輔助承臺穿過低溫保溫箱，直至輔助承臺上端位于低溫保溫箱內部，確保置于輔助承臺上的混凝土試件完全處于低溫保溫箱內的低溫環境。
[0027]3、利用低形變位移傳遞桿將形變傳遞給位移傳感器，并將數據記錄，也保證了混凝土試件完全處于低溫保溫箱內的低溫環境。
[0028]4、為了防止低溫保溫箱受電磁閥運行的影響產生的微小振動、或著受降溫影響引起的橫向形變對位移傳感器9的干擾，因此，所有與混凝土試件相接觸的部件均不與低溫保溫箱有相互接觸，即低溫保溫箱下通孔的直徑大于支柱的直徑、輔助承臺貫通口的直徑大于下低形變位移傳遞桿的直徑、低溫保溫箱上通孔的直徑大于上低形變位移傳遞桿的直徑，同時保證相互之間的間距較小，以盡可能使低溫保溫箱內部與外界環境出現盡可能少的熱交換，保證低溫保溫箱內部溫度的均勻。
[0029]5、低形變位移傳遞桿選用熱膨脹系數低的石英材質，防止在降溫過程中由于材質自身較大變形引起的位移傳感器數據變化，從而實現對混凝土試件形變情況更為準確地識別；輔助承臺由導熱系數低的材料制成，防止與混凝土試件進行快速的熱傳遞。
[0030]6、為了阻斷冷卻介質與混凝土試件的直接接觸，防止混凝土試件局部降溫造成的局部形變，在混凝土試件的周圍設置金屬罩，該金屬罩與低溫保溫箱之間沒有縫隙、且具有導熱快的特點，可快速將熱量傳遞給冷卻介質，并均勻地冷卻混凝土試件周圍的空氣，實現均勻傳熱目的。
[0031]7、通過冷卻介質儲存塔、電磁閥、溫度控制系統、冷卻介質噴氣閥和溫度傳感器實現對低溫保溫箱內部溫度的控制；通過溫度傳感器、位移傳感器、溫度記錄系統、形變記錄系統實現數據采集存儲。
[0032]裝置中的各個部分相互配合，完成混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試，保證了試驗質量和精度，而且試驗方法簡單容易操作，保證了效率。
[0033]本發明可廣泛應用于混凝土溫熱形變瞬態式測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0035]圖1是本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的結構示意圖。
[0036]圖2是本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的低溫保溫箱的側視結構示意圖。
[0037]圖3是本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的低溫保溫箱的仰視結構示意圖。
[0038]圖4是本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的低溫保溫箱的俯視結構示意圖。
[0039]圖5是本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的低溫保溫箱的正視結構示意圖。
[0040]圖6是本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的輔助承臺的正視結構示意圖。
[0041]圖7是本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的低溫保溫箱的俯視結構示意圖。[0042]圖8是本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的低溫保溫箱的仰視結構示意圖。
附圖標記:1_冷卻介質儲存塔、2-電磁閥、3-溫度控制系統、4-冷卻介質噴氣管、5-上低形變位移傳遞桿、6-下低形變位移傳遞桿、7-溫度記錄系統、8-形變記錄系統、9-位移傳感器、10-輔助承臺、10.1-緩震腳座、10.2-輔助承臺貫通口、10.3-托板、10.4-支柱、11-墻體、12-低溫保溫箱、12.1-低溫保溫箱上通孔、12.2-低溫保溫箱下通孔、12.3-金屬罩、12.4-固定件、13-水平防震平臺、14-混凝土試件、15-第一溫度傳感器、16-第二溫度傳感器。
【具體實施方式】
[0043]實施例參見圖1所示，這種混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，包括冷卻介質儲存塔1，低溫保溫箱12、位移傳感器9、與位移傳感器9連接的形變記錄系統8和溫度記錄系統7，所述冷卻介質儲存塔I通過冷卻介質噴氣管4與低溫保溫箱12的內部連通，所述冷卻介質噴氣管4上設有電磁閥2，所述電子閥2與溫度控制系統3連接，所述溫度控制系統3中設有第一溫度傳感器15，所述第一溫度傳感器15穿過低溫保溫箱12的側壁延伸至低溫保溫箱12的內部。
[0044]參見圖2、圖3、圖4、圖5所示,所述低溫保溫箱12通過固定件12.4與墻體11固定，所述固定件12.4的結構是H型鋼，兩翼緣板上各有兩對螺孔，分別與低溫保溫箱12和墻體11的通過螺栓連接，低溫保溫箱12的內部、在混凝土試件14的外圍設有金屬罩12.3，所述金屬罩12.3與低溫保溫箱12之間沒有縫隙。
[0045]參見圖4所示，低溫保溫箱12的上壁開有穿過上低形變位移傳遞桿5的低溫保溫箱上通孔12.1，所述低溫保溫箱上通孔12.1的直徑略大于上低形變位移傳遞桿5的直徑，且差距不大于2mm，所述上低形變位移傳遞桿5穿入低溫保溫箱12的一端與混凝土試件14接觸、另一端與位移傳感器9連接。
[0046]參見圖3所示，所述低溫保溫箱12的下壁開有穿過輔助承臺10的低溫保溫箱下通孔12.2，所述低溫保溫箱下通孔12.2的直徑略大于支柱10.4的直徑，且差距不大于5mm，所述輔助承臺10穿入低溫保溫箱12的一端與混凝土試件14接觸、另一端與水平防震平臺13連接。
[0047]所述輔助承臺10上對應低溫保溫箱上通孔12.1的位置開有穿過下低形變位移傳遞桿6的輔助承臺貫通口 10.2，輔助承臺貫通口 10.2的直徑大于下低形變位移傳遞桿6的直徑、所述下低形變位移傳遞桿6穿入到低溫保溫箱12的一端與混凝土試件14接觸、另一端與位移傳感器9連接。
[0048]所述溫度記錄系統7中設有的第二溫度傳感器16依次穿過低溫保溫箱12的側壁和金屬罩12.3至金屬罩12.3內部，所述第二溫度傳感器16有兩根，一根置于混凝土試件14的內部、另一根置于混凝土試件14的表面。
[0049]所述低形變位移傳遞桿6為熱膨脹系數小于I X 10-6/°C的石英材質，所述冷卻介質儲存塔I中的冷卻介質為氣態或著液態，例如液氦、液氮。
[0050]參見圖6、圖7、圖8所示，所述輔助承臺10包括穿入低溫保溫箱12的支柱10.4、固定在支柱底部的托板10.3，以及與固定在托板10.3下表面的緩震腳座10.1，所述輔助承臺貫通口 10.2豎直貫通于支柱10.4 ;所述緩震腳座10.1有四個，均勻固定在托板10.3的四角。
[0051]本發明的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試方法，具體步驟如下:
步驟一，將測試裝置的各個部件相互連接、安裝到指定位置。
[0052]步驟二，打開低溫保溫箱12，將混凝土試件14放入低溫保溫箱12內部的金屬罩12.3內、并置于輔助承臺10上，將上低形變位移傳遞桿5和下低形變位移傳遞桿6分別與混凝土試件14的上下表面接觸，并將第二溫度傳感器16與混凝土試件14接觸。
[0053]步驟三，預先設定溫度控制系統3中目標溫度和降溫速率的參數，啟動溫度控制系統3、溫度記錄系統7、形變記錄系統8，通過溫度控制系統3對低溫保溫箱體12進行降溫、通過溫度記錄系統7、形變記錄系統8進行數據采集并存儲。
[0054]步驟四，當溫度記錄系統7中所顯示的混凝土試件14的溫度到達目標溫度后，試驗結束。
[0055]步驟五，記錄兩個位移傳感器9的位移數據，兩者之差，即為混凝土試件14隨溫度變化引起的形變。
[0056]所述降溫速率在O?20°C /min范圍內，在20?_250°C的溫度范圍內、連續跟蹤混凝土試件14隨溫度變化的形變情況。
【權利要求】
1.一種混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，包括冷卻介質儲存塔(I)，低溫保溫箱(12)、位移傳感器(9)、與位移傳感器(9)連接的形變記錄系統(8)和溫度記錄系統(7)，其特征在于:所述冷卻介質儲存塔(I)通過冷卻介質噴氣管(4)與低溫保溫箱(12的內部連通，所述冷卻介質噴氣管(4)上設有電磁閥(2)，所述電子閥(2)與溫度控制系統(3)連接，所述溫度控制系統(3)中設有第一溫度傳感器(15)，所述第一溫度傳感器(15)穿過低溫保溫箱(12)的側壁延伸至低溫保溫箱(12)的內部； 所述低溫保溫箱(12)與墻體(11)固定，低溫保溫箱(12)的內部、在混凝土試件(14)的外圍設有金屬罩(12.3)，所述金屬罩(12.3)與低溫保溫箱(12)之間沒有縫隙； 低溫保溫箱(12)的上壁開有穿過上低形變位移傳遞桿(5)的低溫保溫箱上通孔(12.1)，所述上低形變位移傳遞桿(5)穿入低溫保溫箱(12)的一端與混凝土試件(14)接觸、另一端與位移傳感器(9)連接； 所述低溫保溫箱(12)的下壁開有穿過輔助承臺(10)的低溫保溫箱下通孔(12.2)，所述輔助承臺(10)穿入低溫保溫箱(12)的一端與混凝土試件(14)接觸、另一端與水平防震平臺(13)連接； 所述輔助承臺(10)上對應低溫保溫箱上通孔(12.1)的位置開有穿過下低形變位移傳遞桿(6)的輔助承臺貫通口(10.2)，所述下低形變位移傳遞桿(6)穿入到低溫保溫箱(12)的一端與混凝土試件(14)接觸、另一端與位移傳感器(9)連接； 所述溫度記錄系統(7)中設有的第二溫度傳感器(16)依次穿過低溫保溫箱(12)的側壁和金屬罩(12.3)至金屬罩(12.3)內部。
2.根據權利要求1所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，其特征在于:所述第二溫度傳感器(16)有兩根，一根置于混凝土試件(14)的內部、另一根置于混凝土試件(14)的表面。
3.根據權利要求1所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，其特征在于:所述低形變位移傳遞桿(6)為熱膨脹系數小于1X10_6/°C的石英材質。
4.根據權利要求1所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，其特征在于:所述冷卻介質儲存塔(I)中的冷卻介質為氣態或著液態。
5.根據權利要求1所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，其特征在于:所述輔助承臺(10)包括穿入低溫保溫箱(12)的支柱(10.4)、固定在支柱底部的托板(10.3)，以及與固定在托板(10.3)下表面的緩震腳座(10.1)，所述輔助承臺貫通口(10.2)豎直貫通于支柱(10.4)。
6.根據權利要求5所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，其特征在于:所述緩震腳座(10.1)有四個，均勻固定在托板(10.3)的四角。
7.根據權利要求6所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，其特征在于:所述低溫保溫箱下通孔(12.2)的直徑與支柱(10.4)的直徑的差距不大于5mm。
8.根據權利要求1所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置，其特征在于:所述低溫保溫箱上通孔(12.1)的直徑與上低形變位移傳遞桿(5)的直徑的差距不大于2mm ο
9.一種應用權利要求1-8之一所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試裝置的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試方法，其特征在于，具體步驟如下:步驟一，將測試裝置的各個部件相互連接、安裝到指定位置； 步驟二，打開低溫保溫箱(12)，將混凝土試件(14)放入低溫保溫箱(12)內部的金屬罩(12.3)內、并置于輔助承臺(10)上，將上低形變位移傳遞桿(5)和下低形變位移傳遞桿(6)分別與混凝土試件(14)的上下表面接觸，并將第二溫度傳感器(16)與混凝土試件(14)接觸； 步驟三，預先設定溫度控制系統3中目標溫度和降溫速率的參數，啟動溫度控制系統(3)、溫度記錄系統(7)、形變記錄系統(8)，通過溫度控制系統(3)對低溫保溫箱體(12)進行降溫、通過溫度記錄系統(7)、形變記錄系統(8)進行數據采集并存儲； 步驟四，當溫度記錄系統(7)中所顯示的混凝土試件(14)的溫度到達目標溫度后，試驗結束； 步驟五，記錄兩個位移傳感器(9)的位移數據，兩者之差，即為混凝土試件(14)隨溫度變化引起的形變。
10.根據權利要求9所述的混凝土低溫及超低溫熱形變瞬態式測試方法，其特征在于:所述降溫速率在O~20°C /min范圍內，在20~-250°C的溫度范圍內、連續跟蹤混凝土試件(14隨溫度變化的 形變情況。
【文檔編號】G01N25/00GK104034746SQ201410230367
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】張楠, 張濤, 廖娟, 戢文占, 王寶華, 張東華 申請人:中國建筑股份有限公司