本發(fā)明屬于土木工程領(lǐng)域，涉及一種混凝土熱濕耦合傳輸試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)：
通常情況，當(dāng)混凝土兩側(cè)存在溫度梯度時(shí)，在熱傳輸方向上會(huì)產(chǎn)生濕分傳輸，溫度較低一側(cè)的混凝土中濕度將不斷增加，故產(chǎn)生了濕度梯度，由于濕度梯度的出現(xiàn)，將會(huì)引起反方向的濕分傳輸。同樣，當(dāng)混凝土兩側(cè)存在濕度梯度時(shí)，在濕分傳輸方向上會(huì)產(chǎn)生熱傳輸，濕度較低一側(cè)的混凝土中溫度將不斷增加，故產(chǎn)生了溫度梯度，由于溫度梯度的出現(xiàn)，將會(huì)引起反方向的熱傳輸。由此可見，混凝土中的濕分傳輸和熱傳輸并不是相互獨(dú)立的，而是相互影響、相互制約的耦合傳輸過程。這種耦合作用的存在會(huì)影響混凝土碳化、氯鹽侵蝕乃至鋼筋銹蝕及結(jié)構(gòu)性能退化的過程。因此，對(duì)混凝土熱濕耦合傳輸特性進(jìn)行研究具有非常重要的理論意義和社會(huì)價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種混凝土熱濕耦合傳輸試驗(yàn)裝置及使用該試驗(yàn)裝置進(jìn)行熱濕耦合傳輸試驗(yàn)的方法，以研究混凝土熱濕耦合傳輸?shù)母鞣N特性。為實(shí)現(xiàn)上述目的現(xiàn)提供以下技術(shù)方案：一種混凝土熱濕耦合傳輸試驗(yàn)裝置，包括，溫濕度傳感器、容器、恒溫水浴鍋、恒溫恒濕箱、飽和鹽溶液、防水層和絕熱層，其中，所述溫濕度傳感器預(yù)埋于待測(cè)混凝土試件中，裝有飽和鹽溶液的容器的容器口處放置了待測(cè)混凝土試件后可使容器內(nèi)部與外界隔離，所述防水層和絕熱層用于包覆待測(cè)混凝土試件的側(cè)面；所述恒溫水浴鍋放置在恒溫恒濕箱中，且所述恒溫水浴鍋外部包覆有絕熱層，放置了待測(cè)混凝土試件的容器位于恒溫水浴鍋中，該容器位于恒溫水浴鍋中，放置在容器口處的待測(cè)混凝土試件位于恒溫水浴鍋外，待測(cè)混凝土試件底面暴露于容器內(nèi)部，而頂面暴露于恒溫恒濕箱中。所述包覆于待測(cè)混凝土試件側(cè)面的絕熱層位于防水層的夾層。所述預(yù)埋于待測(cè)混凝土試件中的溫濕度傳感器根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康目蔀?個(gè)或多個(gè)，且外部包覆有防水透氣層。所述容器的容器口與待測(cè)混凝土試件接觸處包覆有防水層，以防止氣體由該接觸處逸出。所述容器的容器口處設(shè)置有便于放置待測(cè)混凝土試件的平臺(tái)。所述容器內(nèi)的飽和鹽溶液體積不超過容器體積的一半，以保證容器內(nèi)有足夠的空間形成恒溫恒濕環(huán)境，且所述飽和鹽溶液中含有未溶解鹽晶體，使容器內(nèi)的飽和鹽溶液在試驗(yàn)過程中的不同溫度下可以維持飽和狀態(tài)。不同種類飽和鹽溶液的相對(duì)濕度值不同，可根據(jù)試驗(yàn)需要進(jìn)行選擇，常用鹽如NaCl、NaBr、K2SO4均可。所述防水層選用環(huán)氧樹脂或石蠟制得，優(yōu)選環(huán)氧樹脂制得。所述絕熱層選用玻璃纖維制得。所述容器為有機(jī)玻璃杯。一種使用上述試驗(yàn)裝置進(jìn)行混凝土熱濕耦合傳輸試驗(yàn)的方法：步驟一，將溫濕度傳感器預(yù)埋在待測(cè)混凝土試件中，所述容器裝入飽和鹽溶液，待測(cè)混凝土試件側(cè)面包覆防水層和絕熱層后放置在該容器的容器口處，使容器內(nèi)部與外界隔離；步驟二，將放置了待測(cè)混凝土試件的容器置于恒溫水浴鍋中，該恒溫水浴鍋外部包覆絕熱層后放置在恒溫恒濕箱中，使待測(cè)混凝土試件的底面暴露在容器內(nèi)部，而頂面暴露在恒溫恒濕箱中；步驟三，設(shè)置恒溫恒濕箱的溫度為T1，相對(duì)濕度為RH1；步驟四，設(shè)置恒溫水浴鍋溫度為T2，當(dāng)位于恒溫水浴鍋中的容器中的飽和鹽溶液加熱至T2時(shí)，容器內(nèi)形成溫度為T2，相對(duì)濕度為RH2的恒溫恒濕環(huán)境，其中，T1≠T2，RH1≠RH2；或T1≠T2，RH1＝RH2；或T1＝T2，RH1≠RH2；步驟五，恒溫恒濕箱與容器中的溫度和/或相對(duì)濕度的不同，使得混凝土試件的頂面和底面產(chǎn)生溫度差和/或濕度差，進(jìn)而混凝土試件內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度和濕度梯度，預(yù)埋于混凝土試件中的溫濕度傳感器將監(jiān)測(cè)到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，并定期對(duì)包含混凝土試件的容器進(jìn)行稱重以獲得相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述的混凝土熱濕耦合傳輸試驗(yàn)裝置及方法還可用于對(duì)其他多孔材料的熱濕耦合傳輸特性的研究。由于采用上述方案，本發(fā)明具有以下有益效果：1.本發(fā)明試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法可以用來研究混凝土以及其他多孔材料的熱濕耦合傳輸特性，包括混凝土或其他多孔材料的濕分傳輸通量、熱梯度系數(shù)、濕梯度系數(shù)以及實(shí)時(shí)測(cè)量混凝土或其他多孔材料內(nèi)部不同深度處溫濕度分布規(guī)律，這些特性的研究對(duì)由熱濕耦合傳輸作用所帶來的混凝土碳化、氯鹽侵蝕乃至鋼筋銹蝕及結(jié)構(gòu)性能退化等問題都具有非常重要的理論意義和社會(huì)價(jià)值。2.本發(fā)明試驗(yàn)裝置具有加工制作簡(jiǎn)單、成本低，且試驗(yàn)方法操作便捷的優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例所示待測(cè)混凝土試件中溫濕度傳感器布置及其側(cè)面防水層和絕熱層布置的示意圖；圖2a為本發(fā)明實(shí)施例所示有機(jī)玻璃杯的俯視示意圖；圖2b為本發(fā)明實(shí)施例所示有機(jī)玻璃杯的主視示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所示待測(cè)混凝土試件已置于設(shè)定位置處的試驗(yàn)裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中：1為溫濕度傳感器的導(dǎo)線，2為溫濕度傳感器，3為混凝土試件，4為防水絕熱層，41為防水層，42為絕熱層，5為恒溫水浴鍋絕熱層，6為有機(jī)玻璃杯，61為有機(jī)玻璃杯杯口平臺(tái)，62為有機(jī)玻璃杯杯體，7為飽和鹽溶液，8為恒溫水浴鍋，9為恒溫恒濕箱。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明所述一種混凝土熱濕耦合傳輸試驗(yàn)裝置，包括：溫濕度傳感器2、防水層41、絕熱層42、恒溫水浴鍋絕熱層5、有機(jī)玻璃杯6、飽和鹽溶液7、恒溫水浴鍋8、恒溫恒濕箱9，將待測(cè)的混凝土試件3放置在該試驗(yàn)裝置的設(shè)定位置處。所述溫濕度傳感器2包裹防水透氣層后預(yù)埋于混凝土試件3中，以避免水分滲入溫濕度傳感器2中導(dǎo)致其損壞，本發(fā)明所述實(shí)施例中混凝土試件3為圓柱體，所述混凝土試件3側(cè)面依次包覆有由防水層41和絕熱層42組成的防水絕熱層4，其中，絕熱層42位于防水層41的夾層，所述有機(jī)玻璃杯6的杯口處設(shè)置有便于放置混凝土試件3的有機(jī)玻璃杯杯口平臺(tái)61，所述混凝土試件3放置在有機(jī)玻璃杯杯口平臺(tái)61上，將有機(jī)玻璃杯6的內(nèi)部與外界隔離開，為保證密封性，混凝土試件3與有機(jī)玻璃杯6的接觸部位還包覆有防水層41(圖中未標(biāo)出)，所述有機(jī)玻璃杯6中裝有飽和鹽溶液7，飽和鹽溶液7的體積不超過有機(jī)玻璃杯6體積的一半，以保證容器內(nèi)有足夠的空間形成恒溫恒濕環(huán)境，且所述飽和鹽溶液中含有未溶解鹽晶體，使容器內(nèi)的飽和鹽溶液在試驗(yàn)過程中的不同溫度下可以維持飽和狀態(tài)。不同種類飽和鹽溶液的相對(duì)濕度值不同，可根據(jù)試驗(yàn)需要進(jìn)行選擇，常用鹽如NaCl、NaBr、K2SO4均可。所述恒溫水浴鍋8放置在恒溫恒濕箱9中，且該恒溫水浴鍋8外部包覆有恒溫水浴鍋絕熱層5，有機(jī)玻璃杯杯口平臺(tái)61處放置有混凝土試件3，有機(jī)玻璃杯6置于恒溫水浴鍋8中，使得有機(jī)玻璃杯的杯體62位于恒溫水浴鍋中，而放置在有機(jī)玻璃杯杯口平臺(tái)61處的混凝土試件3位于恒溫水浴鍋8外，使得混凝土試件3的底面暴露于有機(jī)玻璃杯6內(nèi)部，而混凝土試件3的頂面暴露于恒溫恒濕箱9中。預(yù)埋于混凝土試件3中的溫濕度傳感器2根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康目蔀?個(gè)或多個(gè)，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例為測(cè)量混凝土試件3同一剖面不同深度處的溫濕度，并便于進(jìn)行數(shù)值比較，而選用的溫濕度傳感器2的個(gè)數(shù)為4個(gè)，且垂直分布于混凝土試件3中。本發(fā)明實(shí)施例中選用由環(huán)氧樹脂制得的防水層41，選用由玻璃纖維制得的絕熱層42和恒溫水浴鍋絕熱層5。本發(fā)明實(shí)施例選擇的飽和鹽溶液為NaCl飽和溶液。使用上述待測(cè)混凝土試件和試驗(yàn)裝置進(jìn)行混凝土試件熱濕耦合傳輸試驗(yàn)的方法：步驟一，設(shè)置恒溫恒濕箱的溫度T1為20℃，相對(duì)濕度RH1為53.5％；步驟二，設(shè)置恒溫水浴鍋溫度T2為40℃，當(dāng)位于恒溫水浴鍋中的容器中的NaCl飽和溶液加熱至40℃時(shí)，有機(jī)玻璃杯6內(nèi)形成溫度為40℃，相對(duì)濕度RH2為74.7％的恒溫恒濕環(huán)境；步驟三，此時(shí)，恒溫恒濕箱與容器中的溫度和相對(duì)濕度不同，使得混凝土試件的頂面和底面產(chǎn)生溫度差和濕度差，進(jìn)而混凝土試件內(nèi)部產(chǎn)生溫度梯度和濕度梯度，混凝土試件頂面的初始溫度為20℃，初始相對(duì)濕度為53.5％；混凝土試件底面的初始溫度為40℃，初始相對(duì)濕度為74.7％，分別在試驗(yàn)開始后1h、2h、24h時(shí)，對(duì)預(yù)埋于混凝土試件中的4個(gè)溫濕度傳感器由上至下分別監(jiān)測(cè)到溫度t和濕度rh進(jìn)行記錄，其中,1h時(shí)，t1h-1為25.5℃，rh1h-1為53.9％，t1h-2為26.2℃，rh1h-2為54.0％；t1h-3為27.0℃，rh1h-3為54.0％；t1h-4為27.7℃，rh1h-4為65.5％；2h時(shí)，t2h-1為26.8℃，rh2h-1為54.0％；t2h-2為27.5℃，rh2h-2為54.2％；t2h-3為28.3℃，rh2h-3為54.3％；t2h-4為29.0℃，rh2h-4為68.3％；24h，t24h-1為26.8℃，rh24h-1為57.3％；t24h-2為27.6℃，rh24h-2為71.4％；t24h-3為28.3℃，rh24h-3為99.2％；t24h-4為29.0℃，rh24h-4為100％,上述監(jiān)測(cè)到的這些數(shù)據(jù)通過溫濕度傳感器2的導(dǎo)線1傳輸至計(jì)算機(jī)，并定期(對(duì)包含混凝土試件的容器進(jìn)行稱重，以獲得相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在該實(shí)施例中，試驗(yàn)開始后24h時(shí)進(jìn)行稱重，測(cè)得混凝土試件的失水量為1.97g，這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)可用于對(duì)該混凝土試件的濕分傳輸通量、熱梯度系數(shù)、濕梯度系數(shù)以及實(shí)時(shí)測(cè)量的混凝土試件內(nèi)部不同深度處溫濕度分布規(guī)律進(jìn)行研究。本發(fā)明所述的混凝土熱濕耦合傳輸試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法還可用其他多孔材料熱濕耦合傳輸特性的研究。上述對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。并且熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。