[发明专利]测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置,属于混凝土建筑技术领域。

背景技术

在大体积混凝土工程领域，水泥的水化热、外界温度骤变和结构承受的外荷载均有可能使混凝土发生开裂，裂纹的存在导致混凝土的导热系数下降，进而影响裂纹的扩展。因此，了解混凝土开裂对导热系数的影响规律，对于热-力耦合分析，以及防止裂纹的进一步扩展是极其重要的。然而，目前人们对损伤混凝土导热系数的变化规律并没有一个定量的认识，没有用于研究开裂混凝土导热系数的实验装置。为此，结合混凝土力学实验规程与混凝土导热系数测量规范要求，本发明旨在通过试验量测获得混凝土试件在单轴受压破裂过程中导热系数的变化规律。

物质导热系数的获取途径主要有实验测量、理论推算或数值模拟等方法，但由于混凝土的非均质性，其导热系数离散性较大，目前虽有相关数值研究，但仍需实验测量加以验证。根据导热系数的实验测量原理，其测量方法主要分为瞬态法和稳态法两类。

瞬态法是指在试验过程中，通过测量混凝土试件内某点温度随时间变化的规律和其他相关参数，以确定混凝土试件导热系数的方法。瞬态法虽具有高效、便捷等优点，但由于混凝土在开裂过程中裂纹位置与数量均不确定，所以该方法并不适用于本发明。

稳态法是最早应用的测量方法，该方法普遍适用于混凝土导热系数测量，具有可靠性高、使用方便、测量成本低等优点。稳态法的基本原理是：在混凝土试件两平行表面上建立均匀温度边界，平行面之间的温度差使得混凝土试件内部呈现无限大平板中的一维均匀热流密度，即当混凝土试件内温度分布达到稳定后，通过测量流过混凝土试件的热量和温度梯度等参数来确定混凝土试件的导热系数。稳态法测量导热系数原理可表示为

λ=QlAΔT---(1)]]>

其中，Q为加热功率，l为混凝土试件厚度(边长)，A为加热面积，ΔT为准稳态下混凝土试件两面温度差。该方法适用于本发明的原因在于：稳态法无需将温度传感器和热源深埋在混凝土试件内，较好得保留混凝土试件的力学性能；能够体现混凝土试件内部的复杂开裂过程对混凝土导热性能的影响。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种测量单轴压缩过程混凝土导热系数下降率的装置，为了在混凝土试件压缩破坏过程中测量混凝土试件的导热系数，装置满足《水工混凝土试验规程》DL/T5150-2001和《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法》GB/T10294-2008对混凝土力学实验和导热系数测量的要求。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

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。

所述导热硅胶和加热单元中分别内置热电偶。作为优选方案，热电偶选用Pt100。

作为优选方案，所述保温层为石棉布。

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。

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。