專利名稱：一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土木工程中鋼筋混凝土耐久性監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置和方法。
背景技術(shù)：
鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹開裂是導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的主要因素， 由鋼筋銹蝕引起的結(jié)構(gòu)過早破壞已成為世界各國普遍關(guān)注的問題，多數(shù)學(xué)者采用自然暴露等試驗(yàn)方法來觀察鋼筋銹蝕的影響。但由于自然暴露等試驗(yàn)方法的試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，同時(shí)需要控制環(huán)境因素，該試驗(yàn)方法較為復(fù)雜，部分學(xué)者開始轉(zhuǎn)向鋼筋銹蝕的模擬試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)?zāi)茉谳^短時(shí)間內(nèi)模擬鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹和開裂。目前，主要有下列兩種模擬方法 一種方法是采用溫度膨脹環(huán)來代替銹蝕產(chǎn)物，通過溫度膨脹模擬銹蝕產(chǎn)物的體積膨脹作用，隨著膨脹環(huán)厚度的增大可以模擬鋼筋銹蝕的發(fā)展過程；另一種方法是通過油壓、水壓等模擬鋼筋銹脹力實(shí)驗(yàn)，得到了當(dāng)混凝土膨脹開裂各個(gè)過程所對(duì)應(yīng)的壓力值。然而上述方法僅能得到壓力值和混凝土保護(hù)層間的關(guān)系，無法得到鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹開裂的應(yīng)變。專利號(hào)為ZL 200720055746. 8的實(shí)用新型專利公開了一種鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)裝置，通過把一根監(jiān)測(cè)鋼筋固定于由碳纖維機(jī)敏材料澆筑形成的柱體內(nèi)，鋼筋外同軸套設(shè)有內(nèi)外兩層鋼絲網(wǎng)電極圓筒，該兩層圓筒構(gòu)成同軸圓筒電容器，鋼筋銹蝕時(shí)會(huì)使碳纖維機(jī)敏材料膨脹，通過測(cè)量其電性能參數(shù)的變化來監(jiān)測(cè)鋼筋的銹蝕狀況。然而碳纖維具有疏水性，在水泥漿體中分散較為困難，澆筑時(shí)碳纖維的分布不均會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差。另外，混凝土具有一定的腐蝕性，對(duì)鋼絲網(wǎng)電容器勢(shì)必也將造成影響。授權(quán)公告號(hào)為CN 101122596B的發(fā)明專利公開了一種混凝土開裂敏感性測(cè)試裝置，由一干燥收縮測(cè)試裝置，一自收縮測(cè)試裝置及一約束收縮測(cè)試裝置組合而成，所述自收縮測(cè)試裝置由一高精密數(shù)字位移計(jì)、一混凝土密封模具桶，及一用于測(cè)量混凝土溫度的測(cè)溫設(shè)備構(gòu)成；所述約束收縮測(cè)試裝置包括一圓柱體兩端留有孔口的鋼模具、一低彈模纖維筋、一差動(dòng)變壓數(shù)字位移測(cè)試系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述低彈模纖維筋軸向貫穿過模具，所述差動(dòng)變壓數(shù)字位移測(cè)試系統(tǒng)的位移計(jì)連接低彈模纖維筋兩端，并通過數(shù)據(jù)電纜連接于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。雖然該裝置中的傳感器不是埋入式的，沒有和混凝土溫度變形不同步的問題，測(cè)量不受混凝土彈性模量的影響，但是混凝土密封模具桶對(duì)混凝土有約束作用，不能準(zhǔn)確反映混凝土膨脹開裂，因此，無法準(zhǔn)確地模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，采用混凝土試件內(nèi)部加壓的方式模擬鋼筋銹脹力，并在混凝土試件內(nèi)部布設(shè)應(yīng)變傳感器，用以監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂引起的混凝土應(yīng)變。一種模擬和監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土膨脹開裂的裝置，包括
設(shè)有沿軸向通孔的鋼棒，所述的鋼棒中部設(shè)有沿徑向的出液孔；套在所述的鋼棒上的熱縮管，所述的熱縮管通過喉箍固定在所述的鋼棒上；所述的鋼棒的兩端分別接有加壓注液設(shè)備和壓力表；設(shè)置在混凝土試件內(nèi)部的應(yīng)變傳感器、與所述的應(yīng)變傳感器連接的應(yīng)變采集儀器和設(shè)置在混凝土試件上的百分表。以下作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案所述的鋼棒的通孔內(nèi)壁帶有螺紋，該鋼棒的一端與加壓注液設(shè)備螺紋連接，該鋼棒的另一端與壓力表螺紋連接，采用螺紋連接，使得加壓注液設(shè)備和壓力表與鋼棒安裝和拆下都十分方便，方便本發(fā)明模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置的使用。設(shè)置出液孔后，使得混凝土試件承受一定的液壓，從而模擬鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹開裂，一般混凝土試件的內(nèi)徑與實(shí)際鋼筋的外徑一致。所述的出液孔為三個(gè)，該三個(gè)出液孔等弧度設(shè)置，使得混凝土試件受到的膨脹力與實(shí)際情況基本一致，進(jìn)一步提高了模擬和監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確程度，進(jìn)一步優(yōu)選，該三個(gè)出液孔在同一平面等弧度設(shè)置。所述的應(yīng)變傳感器可選擇電阻應(yīng)變片、光纖光柵、分布式光纖等中的一種，用于監(jiān)測(cè)混凝土試件的膨脹開裂信息。所述的百分表用于測(cè)試某一方向的相對(duì)位移，即用于測(cè)試混凝土試件的某一方向的真實(shí)膨脹程度。所述的百分表可為四個(gè)，對(duì)稱地設(shè)置在混凝土試件的四周，從而可以測(cè)試混凝土試件各個(gè)方向的真實(shí)膨脹程度。所述的熱縮管和鋼棒固定在臺(tái)虎鉗上，方便套有熱縮管的鋼棒安裝和拆卸，同時(shí)也方便監(jiān)測(cè)混凝土試件的膨脹開裂。本發(fā)明模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置還包括混凝土試件的澆筑裝置，所述的混凝土試件的澆筑裝置包括底板、固定在底板上的圓桿、鋼圈和設(shè)有與鋼圈配合的通孔的固定板，固定板用于固定鋼圈，并且當(dāng)鋼圈固定在固定板上時(shí)，鋼圈的通孔貫穿于固定板。 圓桿一般與實(shí)際鋼筋的外徑一致，從而使得混凝土試件受到的膨脹力與由于鋼筋銹蝕引起的混凝土膨脹開裂的實(shí)際情況基本一致，從而保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的有效性和可行性。所述的鋼圈由沿鋼圈軸向切分成的兩半組成，方便在混凝土試件的澆筑裝置澆筑完混凝土試件后對(duì)鋼圈脫模。本發(fā)明還提供了一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的方法，模擬和監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)便，并且監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性較高。一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的方法，包括以下步驟(a)將鋼圈固定在固定板上，得到兩組帶有鋼圈的固定板，先將第一組帶有鋼圈的固定板安裝到固定有圓桿的底板上，開始鋪設(shè)混凝土，當(dāng)混凝土鋪滿第一組的鋼圈時(shí)，將應(yīng)變傳感器放置在鋪好的混凝土上，再放上第二組帶有鋼圈的固定板，繼續(xù)在第二組的鋼圈中鋪設(shè)混凝土，振搗后凝固成型拆去混凝土試件的澆筑裝置得到混凝土試件；(b)將熱縮管套在鋼棒上，對(duì)熱縮管加熱，待熱縮管收縮后緊密套在鋼棒上，將步驟(a)中的混凝土試件套在熱縮管上并對(duì)準(zhǔn)鋼棒中部的出液孔，通過喉箍將熱縮管箍緊在鋼棒上；(C)利用加壓注液設(shè)備向鋼棒注入液體產(chǎn)生液壓，得到應(yīng)變與混凝土試件的膨脹開裂程度的關(guān)系。
步驟(a)中，第一組的鋼圈與第二組的鋼圈的內(nèi)徑或者軸向高度可以相同也可以不同，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。步驟(b)中，所述的熱縮管為聚酯熱縮管，如PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)熱縮管，具體可采用市售產(chǎn)品，對(duì)熱縮管加熱至95°C 105°C，具有較好的熱縮性能，并且熱縮管加熱至95°C 105°C，熱縮管還能夠保證較好的機(jī)械強(qiáng)度。步驟(C)中，所述的液體為水。相對(duì)于油等其他液體產(chǎn)生的液壓，一方面水壓對(duì)設(shè)備要求不高，提供水壓的設(shè)備可選擇較多；另一方面，水的比熱容較大，向鋼棒注入水壓，能使熱縮管的溫度回到合適溫度，避免了熱縮管的溫度對(duì)混凝土試件測(cè)試結(jié)果的影響。本發(fā)明具有的有益效果如下本發(fā)明模擬和監(jiān)測(cè)鋼筋混凝土膨脹開裂的裝置將應(yīng)變傳感器埋入混凝土內(nèi)部后， 可以監(jiān)測(cè)不同混凝土保護(hù)層厚度、不同直徑的鋼筋銹蝕時(shí)混凝土膨脹特征、開裂時(shí)間點(diǎn)以及開裂后的裂縫發(fā)展信息，快速有效地得到試驗(yàn)結(jié)果，節(jié)約了大量的時(shí)間和財(cái)力的投入，并且通過該裝置可以找到適合不同直徑鋼筋的合適混凝土。本發(fā)明模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的方法，模擬和監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)便，通過簡(jiǎn)單的步驟就可以得到混凝土試件的應(yīng)變與混凝土試件的膨脹開裂程度的關(guān)系，來標(biāo)定鋼筋銹蝕引起混凝土的膨脹開裂，監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性較高。


圖I是本發(fā)明模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中的壓力表、鋼棒和熱縮管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是混凝土試件的澆筑裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是內(nèi)部設(shè)有應(yīng)變傳感器的混凝土試件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是內(nèi)部設(shè)有應(yīng)變傳感器的混凝土試件的膨脹開裂示意圖；圖6是本發(fā)明模擬和監(jiān)測(cè)C30混凝土膨脹開裂的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖。
具體實(shí)施例方式如圖I、圖2所示，本發(fā)明模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，包括鋼棒7、熱縮管 12、加壓注液設(shè)備9、壓力表10、應(yīng)變傳感器2、應(yīng)變采集儀器16以及百分表14 ;鋼棒7設(shè)有沿軸向設(shè)置且內(nèi)壁帶螺紋的通孔，鋼棒7中部設(shè)有沿徑向的出液孔8 ;出液孔8為三個(gè)，三個(gè)出液孔8在同一平面等弧度設(shè)置，從出液孔8中流出的液體為混凝土試件I提供液壓從而提供膨脹力，鋼棒7上套有熱縮管12，鋼棒7的外徑為23mm，熱縮管12的內(nèi)徑為25mm， 熱縮管12通過喉箍13固定在鋼棒7上，鋼棒7的一端與加壓注液設(shè)備9螺紋連接，鋼棒7 的另一端與壓力表10螺紋連接，壓力表10的量程為20MPa。應(yīng)變傳感器2沿環(huán)向設(shè)置在混凝土試件I內(nèi)部，應(yīng)變采集儀器16與應(yīng)變傳感器2連接。百分表14為四個(gè)，對(duì)稱地設(shè)置在混凝土試件I的四周，即混凝土試件I上下左右四個(gè)方向，最好呈均勻分布，套有熱縮管12 的鋼棒7固定在臺(tái)虎鉗11上。如圖3所示，混凝土試件I的澆筑裝置，包括底板3、固定在底板3上的圓桿6、鋼圈5和設(shè)有與鋼圈5配合的通孔的固定板4。底板3采用Imm厚的200mmX 200mm的鐵板, 用于混凝土振搗時(shí)與振動(dòng)臺(tái)固定，底板3中間有設(shè)有一個(gè)M5的螺孔，用以固定放置圓桿6。固定板4采用200mmX 200mm的招板，固定板4用于固定鋼圈5,并且當(dāng)鋼圈5固定在固定板 4上時(shí)，鋼圈5的通孔貫穿于固定板4，兩個(gè)鋼圈5分別固定在兩塊固定板4上，得到兩組帶有鋼圈5的固定板4，作為混凝土澆筑的模具，兩組帶有鋼圈5的固定板4的連接處用于埋設(shè)應(yīng)變傳感器2。在澆筑混凝土試件I時(shí)，圓桿6的直徑不同可以模擬實(shí)際中不同直徑的鋼筋，根據(jù)圓桿6的直徑和鋼圈5的尺寸不同，可以澆筑得到不同規(guī)格的混凝土試件I，混凝土試件I澆筑好后中間留有與圓桿6直徑一致的孔洞，以便在混凝土試件I中放入加壓裝置。 另外，為方便混凝土試件I的脫模，防止混凝土試件I由于膨脹導(dǎo)致混凝土和鋼圈5緊密粘結(jié)，不利于脫模，在不同規(guī)格的鋼圈5制作好后采用線切割技術(shù)將鋼圈5沿軸向切為對(duì)稱的兩部分。如圖4所示，為混凝土試件I和應(yīng)變傳感器2，應(yīng)變傳感器2沿環(huán)向布設(shè)混凝土試件I內(nèi)部。一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的方法，相關(guān)部件參考圖I、圖2、圖3和圖4，包括以下步驟(a)將鋼圈5固定在固定板4上，得到兩組帶有鋼圈5的固定板4，先將第一組帶有鋼圈5的固定板4安裝到固定有圓桿6的底板3上，開始鋪設(shè)C30混凝土(配合的質(zhì)量比為水水泥砂石子=O. 38 I I. 11 2. 72)，當(dāng)C30混凝土鋪滿第一組的鋼圈 5時(shí)，將應(yīng)變傳感器2沿環(huán)向布設(shè)在鋪好的C30混凝土上，應(yīng)變傳感器2具體選用分布式光纖傳感器，再放上第二組帶有鋼圈5的固定板4，繼續(xù)在第二組的鋼圈5中鋪設(shè)C30混凝土， 振搗后，2天凝固成型，脫模取下模型并且放在水中養(yǎng)護(hù)28天，得到C30混凝土試件；(b)將熱縮管12套在鋼棒7上，對(duì)熱縮管12加熱，熱縮管12為PET熱縮管，對(duì)熱縮管12加熱至100°C，待熱縮管12收縮后緊密套在鋼棒7上，將步驟(a)中的混凝土試件
I套在熱縮管12上并對(duì)準(zhǔn)鋼棒7中部的出液孔8，通過喉箍13將熱縮管12箍緊在鋼棒7 上；(c)利用加壓注液設(shè)備9向鋼棒7注入水產(chǎn)生水壓，加壓時(shí)開啟加壓注液設(shè)備9的閥門，每隔IMPa應(yīng)變采集儀器16采集三次分布式光纖傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并讀取百分表的示數(shù)，出現(xiàn)裂縫15后，如圖5所示，繼續(xù)加壓，直至混凝土試件I失去承載能力破壞，在此過程中需要密切關(guān)注裂縫的開展信息。應(yīng)變采集儀器16具體選用布里淵光時(shí)域分析儀16 (BOTDA)，應(yīng)變測(cè)量過程中是通過測(cè)量光纖布里淵頻移量來推測(cè)光纖應(yīng)變，該值同時(shí)和溫度有關(guān)，如下式(I)所示
權(quán)利要求
1.一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，其特征在于，包括設(shè)有沿軸向通孔的鋼棒(7)，所述的鋼棒(7)中部設(shè)有沿徑向的出液孔⑶；套在所述的鋼棒(7)上的熱縮管(12)，所述的熱縮管(12)通過喉箍(13)固定在所述的鋼棒(7)上；所述的鋼棒(7)的兩端分別接有加壓注液設(shè)備(9)和壓力表(10)；設(shè)置在混凝土試件(I)內(nèi)部的應(yīng)變傳感器(2)、與所述的應(yīng)變傳感器(2)連接的應(yīng)變采集儀器(16)和設(shè)置在混凝土試件(I)上的百分表(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，其特征在于，所述的鋼棒(7)的通孔內(nèi)壁帶有螺紋，該鋼棒(7)的一端與加壓注液設(shè)備(9)螺紋連接，該鋼棒(7) 的另一端與壓力表(10)螺紋連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，其特征在于，所述的出液孔(8)為三個(gè)，該三個(gè)出液孔(8)等弧度設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，其特征在于，所述的百分表(14)為四個(gè)，對(duì)稱地設(shè)置在混凝土試件(I)的四周。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，其特征在于，所述的熱縮管(12)和鋼棒(7)固定在臺(tái)虎鉗(11)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，其特征在于，還包括混凝土試件(I)的澆筑裝置，所述的混凝土試件(I)的澆筑裝置包括底板(3)、固定在底板 ⑶上的圓桿(6)、鋼圈(5)和設(shè)有與鋼圈(5)配合的通孔的固定板(4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，其特征在于，所述的鋼圈(5)由沿鋼圈(5)軸向切分成的兩半組成。
8.一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的方法，包括以下步驟(a)將鋼圈(5)固定在固定板(4)上，得到兩組帶有鋼圈(5)的固定板(4)，先將第一組帶有鋼圈(5)的固定板(4)安裝到固定有圓桿(6)的底板(3)上，開始鋪設(shè)混凝土，當(dāng)混凝土鋪滿第一組的鋼圈(5)時(shí)，將應(yīng)變傳感器(2)放置在鋪好的混凝土上，再放上第二組帶有鋼圈(5)的固定板(4)，繼續(xù)在第二組的鋼圈(5)中鋪設(shè)混凝土，振搗后凝固成型拆去混凝土試件(I)的澆筑裝置得到混凝土試件(I)；(b)將熱縮管(12)套在鋼棒(7)上，對(duì)熱縮管(12)加熱，待熱縮管(12)收縮后緊密套在鋼棒(7)上，將步驟(a)中的混凝土試件(I)套在熱縮管(12)上并對(duì)準(zhǔn)鋼棒(7)中部的出液孔(8)，通過喉箍(13)將熱縮管(12)箍緊在鋼棒(7)上；(c)利用加壓注液設(shè)備(9)向鋼棒(7)注入液體產(chǎn)生液壓，得到應(yīng)變與混凝土試件⑴ 的膨脹開裂程度的關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的方法，其特征在于，步驟(b) 中，所述的熱縮管(12)為聚酯熱縮管，對(duì)熱縮管(12)加熱至80°C 105°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的方法，其特征在于，步驟(C) 中，所述的液體為水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的裝置，包括設(shè)有沿軸向通孔的鋼棒，鋼棒中部設(shè)有沿徑向的出液孔；鋼棒上套有熱縮管，熱縮管通過喉箍固定在鋼棒上；鋼棒的兩端分別接有加壓注液設(shè)備和壓力表；設(shè)置在混凝土試件內(nèi)部的應(yīng)變傳感器、與應(yīng)變傳感器連接的應(yīng)變采集儀器和設(shè)置在混凝土試件上的百分表。采用混凝土試件內(nèi)部加壓的方式模擬鋼筋銹脹力，并布設(shè)應(yīng)變傳感器，用以監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂引起的混凝土應(yīng)變。本發(fā)明還公開了一種模擬和監(jiān)測(cè)混凝土膨脹開裂的方法，模擬和監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)便，通過簡(jiǎn)單的步驟就可以得到混凝土試件的應(yīng)變與混凝土試件的膨脹開裂程度的關(guān)系，來標(biāo)定鋼筋銹蝕引起混凝土的膨脹開裂，監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性較高。
文檔編號(hào)G01N33/38GK102608296SQ20121003704
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月17日
發(fā)明者何勇, 姜帥, 毛江鴻, 金偉良 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)