一种用于CT扫描的混凝土升降温装置及方法与流程

本发明属于混凝土材料性能领域，涉及一种用于ct扫描的混凝土升降温装置及方法。

背景技术：

目前混凝土高温实验主要包括两个阶段，一是高温下，二是高温后。由于高温下试验设备和装置的难度较大，所以目前高温后的试验研究更多一些。但是高温后的混凝土试验前人多用自然冷却和浸水冷却来模拟消防救火。事实上，混凝土微观裂缝和孔隙变化对温度和荷载十分敏感，消防高压喷淋冷和实验自然冷却及浸水冷却对混凝土细微观影响有很大不同。混凝土受高温后高压喷水骤然冷却，内外温度的不均匀性，水压力的冲击，不同深度水化产物的生成量、微裂缝的形成和扩展、孔隙的变化等细观特征变化都会对混凝土的宏观性能造成很大影响。

尽管已有诸多学者利用医用ct扫描技术对混凝土细微观机理进行了研究，但由于受制于高温及医用ct扫描设备的限制，其细微观研究都局限于高温自然冷却后或高温浸水冷却后，无法对高温和高压喷淋同时作用下的材料孔隙、水分迁移、裂纹变化特征对结构失效机理的影响进行实时监测和精确研究。由于医用ct扫描仪器不能承受高温作用，所以试件的实时加热必须考虑以下问题：①加热设备的外部温度不能高于室温②实验装置不能影响ct扫描结果③实时加热时，防止高温和爆炸损坏医用ct设备以及造成危险。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于ct扫描的混凝土升降温装置及方法，能够使用ct断层扫描技术实时监测混凝土在不同温度及不同降温速率下的细观裂缝、孔隙结构及水分迁移变化。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种用于ct扫描的混凝土升降温装置，包括加热装置、温控显示装置、喷水冷却装置、排水装置和壳体；

壳体为中空密闭结构，由隔热材料制成；壳体正面设置有仓门；

加热装置包括加热垫圈和多个固定块，加热垫圈设置在壳体底部，多个固定块固定在加热垫圈上，多个固定块间放置混凝土试块；

温度控制装置包括温度探头和温度控制器；温度探头和温度控制器设置在壳体内部，加热垫圈输入端通过防水耐高温导线连接温度控制器的输出端，温度探头输出端通过防水耐高温导线连接温度控制器的输入端；

喷水冷却装置固定于壳体顶部，包括喷头和进水管，进水管伸入至壳体内部；喷头与进水管伸入壳体内部的一端连接，喷头朝向混凝土试块顶面；

排水装置位于壳体底部，包括出水口和排水管，出水口为壳体底部的通孔，排水管和出水口连接；

壳体底部设置有导线孔，温度控制器的电源插头线通过导线孔伸入壳体内部，导线孔设置有隔热密封条。

优选的，加热垫圈的加热丝呈若干矩形排布，矩形之间同心，固定块底部设置有卡扣，卡在加热垫圈上。

优选的，进水管内部设置有压力阀门。

优选的，喷头与水平方向呈45°夹角。

优选的，壳体底部设置有多个橡胶支座。

优选的，温度探头采用红外线温度探头。

优选的，温度控制器无线连接有遥控器。

基于上述任意一项所述装置的ct扫描混凝土升降温方法，包括以下步骤；

步骤一，打开壳体的仓门，将混凝土试块放置在固定块之间，随后关闭仓门；

步骤二，将冷却装置的进水管与水源连接，将排水装置的出水管与下水道连接；

步骤三，温度控制器连接电源，将装置放置入ct扫描机中；

步骤四，打开装置温度控制器电源开关，设置温度，启动加热装备，温度每升高50～100℃，ct扫描机分层扫描一次；

步骤五，壳体内温度达到设定温度后，向进水管注水；

步骤六，温度探头监测混凝土试块温度，每降低50～100℃，ct扫描机分层扫描一次；

步骤七，温度探头监测混凝土试块温度，达到设定的冷却温度后，停止向进水管注水，每隔10～30分钟，ct扫描机分层扫描一次；

步骤八，直到混凝土试块温度达到室温后，ct扫描结束，取出装置，断掉所有连接线路，打开设备，取出混凝土试块，清理残留水渍和碎屑。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过在高温防爆材料制成的密闭壳体内，设置有加热装置、温控显示装置、喷水冷却装置和排水装置，能够在密闭的壳体内部实现混凝土的升温和降温，并且热量不会外泄，从而能够使ct扫描机对壳体内的混凝土进行断层扫描，实时监测混凝土在不同温度及不同降温速率下的细观裂缝、孔隙结构及水分迁移变化。

进一步，固定块通过卡扣卡在加热垫圈上，能够根据混凝土试块的大小，与不同尺寸矩形的加热丝连接，从而改变固定块之间的间距，对不同尺寸的混凝土试块进行夹持。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

图2为本发明的壳体结构示意图；

图3为本发明的加热垫圈加热丝排布示意图。

其中：1-壳体；2-凸台；3-橡胶支座；4-加热垫圈；5-隔热板；6-固定块；7-温度探头；8-温度控制器；9-遥控器；10-喷头；11-压力阀门；12-进水管；13-出水口；14-排水管；15-防水耐高温导线；16-导线孔；17-混凝土试块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1所示，为本发明所述的用于ct扫描升降温后混凝土损伤机理的装置，包括加热装置、温控显示装置、喷水冷却装置、排水装置和壳体1。

壳体1为中空长方体结构，由耐高温防爆玻璃制成；壳体1内腔底部设置有凸台2，凸台2高度为15cm～30cm；壳体1正面设置有仓门，仓门上安装有把手。

壳体1底部四角有橡胶支座3，支座高度5～8cm。

加热装置包括红陶瓷的加热垫圈4、隔热板5和四个固定块6，隔热板5设置在凸台2上，加热垫圈4设置在隔热板5上，热电阻圈的长宽尺寸为80～200mm×80～200mm；加热垫圈4上有四个固定块6，四个固定块6围成一个矩形，固定块6底部设置有卡扣，能够卡在加热垫圈4上，四个可以根据混凝土试块17的长度和宽度调整每两个相对的固定块6的间距，混凝土试块17由固定块6固定。

温度控制装置包括温度探头7、温度控制器8和遥控器9；温度探头7设置在壳体1内部，用于测量混凝土试块17的温度，温度探头7采用红外线温度探头7；温度控制器8设置在隔热板5和凸台2之间，温度控制器8设置有温度显示屏，温度控制器8除温度显示屏以外所有外表面粘贴绝热层，温度显示屏为耐高温液晶屏；遥控器9与温度控制器8无线连接，加热垫圈4输入端通过防水耐高温导线15连接温度控制器8的输出端，温度探头7输出端通过防水耐高温导线15连接温度控制器8的输入端。

喷水冷却装置固定于壳体1顶部，包括喷头10、压力阀门11和进水管12。进水管12为圆形，进水管12一端与自来水管连接，另一端伸入至壳体1内部；压力阀门11设置在进水管12内部，压力阀门11可调压力在1～8mpa；喷头10与进水管12伸入壳体1内部的一端连接，喷头10与水平方向呈45°夹角朝向混凝土试块17顶面，位于混凝土试块17上方15cm处。

所述排水装置位于壳体1底部，包括出水口13和排水管14，出水口13为壳体1底部的通孔，排水管14一端和出水口13连接，另一端与室内排水管14道连接。

壳体1底部设置有导线孔16，温度控制器8的电源插头线通过导线孔16伸入壳体1内部，将温度控制器8和温度探头7连接，导线孔16设置有隔热密封条。

基于本装置的试验过程为：

步骤一，打开壳体1的仓门，将混凝土试块17放置在加热装置的加热电阻圈上，调整好位置，固定块6固定，随后关闭仓门。

步骤二，将冷却装置的进水管12与水龙头连接，将排水装置的出水管与下水道连接。

步骤三，将温控装置的电源线与室内插头连接，将装置推入ct扫描机中。

步骤四，打开装置电源开关，设置温度，启动加热装备，温度每升高50～100℃，ct机分层扫描一次。

步骤五，壳体1内温度达到设定温度后，打开水龙头，控制冷却装置进水压力阀门11，压力控制在1～8mpa以内，高温混凝土试块17开始被连续高压水流喷淋。

步骤六，红外线温度探头7监测混凝土试块17温度每降低50～100℃，医用ct机分层扫描一次。

步骤七，红外线温度探头7监测混凝土试块17下表面温度温达到设定的冷却温度，关闭冷却装置的压力阀门11，关闭自来水水龙头，每隔10～30分钟医用ct机分层扫描一次，直到混凝土试块17温度达到室温。

步骤八，ct扫描结束后，取出装置，断掉所有连接线路，打开设备，取出混凝土试块17，清理残留水渍和碎屑。

步骤九，保存ct扫描数据，进行图像处理，并根据处理结果进行混凝土试块17混凝土试块17细观三维重建，研究混凝土试块17细观裂缝和孔隙变化规律。

步骤十，对高温-降温后的混凝土试块17混凝土试块17进行抗压、抗弯、抗冲击强度及耐久性试验，结合ct细观试验结果研究细观变化对其宏观性能的影响机理。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。