一种气体冲击混凝土试块的室内试验系统的制作方法

本实用新型属于冲击实验设备技术领域，具体涉及一种气体冲击混凝土试块的室内试验装置。

背景技术：

在隧道、采矿巷道等地下工程以及边坡、基坑等岩石体开挖中，为克服炸药爆破技术的不便，现逐渐采用高压气体冲击技术进行爆破作业。为了提高爆破作业工作效率和安全性，并降低爆破作业成本，需要通过试验设备对相应的岩石、混凝土等材料的气体冲击爆破作业特性进行检测，并根据检测试验结果对现场气体爆破施工提供安全、有效的指导。

但在实际的试验检测过程中发现，当前尚缺乏针对混凝土、岩石样本气体爆破冲击试验的室内专用设备，因此导致当前在进行室内高压气流对混凝土、岩石样本气体爆破冲击试验时，往往依赖现场经验且多注重样本试块致裂破坏结果而缺乏对初始气压、峰值气压、流速、流量、通气时间等的量化。虽然一定程度上可实现室内对混凝土、岩石样本冲击试验的需要，但在试验作业时，一方面对于岩石类或混凝土试块的高压气体冲击试验系统往往达不到定量的要求，以致室内作业效率、成本及安全性均受到极大的影响；另一方面对高压气流爆破试验时的室内试验环境与实际施工现场的复杂环境如温度、湿度、冲击震动等情况缺乏模拟仿真，因此导致试验结果与实际施工作业环境存在较大的差异，且检测结果精度与数据获取效率低，数据类别相对单一，从而导致当前现场在进行高压气体冲击爆破作业时缺乏精确有效的室内试验指导。

因此针对这一现状，需要开发一种全新的气体冲击混凝土试验装置，以满足实际使用的需要。

技术实现要素：

本实用新型公开了一种气体冲击混凝土试块的室内试验装置，以解决现有技术存在的量化缺乏、工况环境仿真度低、多类数据获取率低等问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种气体冲击混凝土试块的室内试验装置，包括承载机架、隔板、承载龙骨、空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管、气压表、控制开关、电磁阀、pvdf传感器、试验腔及控制系统。其中承载机架为轴线与水平面垂直分布的柱状框架结构，隔板至少两个，嵌于承载机架内与承载机架同轴分布，且隔板沿承载机架自上而下分布并将承载机架自上而下分割为至少一个作业腔和一个控制室。空气压缩机、气体增压泵及控制系统均位于控制室内，其中空气压缩机通过导流管与气体增压泵进气端连通，气体增压泵排气端通过导流管与高压储气釜连通，且气体增压泵进气端和出气端均通过控制开关相互连通，导流管与控制开关连接位置处分别设一个气压表。高压储气釜至少一个，与承载机架外表面连接并通过导气管分别与气体增压泵、高压气管连通。高压气管与试验腔数量一致，每个试验腔上端面均与一条高压气管连通并同轴分布，高压气管通过承载龙骨与承载机架连接，其前端面嵌于试验腔内并与试验腔相互连通并同轴分布，后端面通过电磁阀与高压储气釜相互连通。pvdf传感器数量与试验腔数量一致，且每个试验腔内均设至少一个pvdf传感器。试验腔位于作业腔内，且每个作业腔内均设至少一个试验腔且各试验腔间相互并联。承载龙骨为与作业腔同轴分布的框架结构，嵌于作业腔顶部并与作业腔同轴分布。控制系统分别与空气压缩机、气体增压泵、气压表、控制开关、pvdf传感器、试验腔、电磁阀电气连接。

进一步的，所述的承载机架与隔板和高压储气釜间通过滑轨滑动连接，隔板上端面与试验腔底部通过滑轨滑动连接；所述承载龙骨与承载机架侧壁内表面通过滑轨滑动连接，且承载龙骨的上端面与试验腔的上端面间间距为0—50厘米。

进一步的，所述的试验腔包括承载壳、弹性防护衬层、混凝土试样块、定位夹具、测振探头及监控摄像头，其中所述承载壳为密闭腔体结构，其上端面设透孔并通过透孔与高压气管连接；所述弹性防护衬层包覆在承载壳内表面且厚度不小于5毫米；所述混凝土试样块嵌于承载壳内，与承载壳同轴分布并通过定位夹具与承载壳连接。所述混凝土试样块外表面与弹性防护衬层之间间距不小于10毫米，混凝土试样块上端面设试验预留孔；所述试验预留孔与混凝土试样块同轴分布，深度为混凝土试样块高度的1/4—3/4，孔壁与混凝土试样块外侧面间间距不小于10毫米。所述高压气管前端面嵌于试验预留孔内并与试验预留孔同轴分布，且试验预留孔孔径为高压气管外径的1—2.5倍，高压气管下端面与试验预留孔孔底间间距不大于试验预留孔高度的1/2。所述试验预留孔孔壁设至少三个pvdf传感器，各pvdf传感器环绕试验预留孔轴线自上而下均布，并分别位于试验预留孔孔壁的孔口位置、中间位置及底部。所述测振探头嵌固在定位夹具和承载壳底部内侧面且两部位至少各一个，并与配套的测振仪电气连接，其中位于承载壳底部内侧面的测振探头被弹性防护衬层包覆，而位于定位夹具处的测振探头裸露部分设有弹性防护。所述监控摄像头至少一个，位于承载壳内并与承载壳顶部下端面连接，监控摄像头光轴与承载壳轴线相交并呈15°—90°夹角，所述监控摄像头和pvdf传感器均与控制系统电气连接。

进一步的，所述的试验预留孔上端面与高压气管外表面间通过密封材料相互连接并构成密闭腔体结构，且位于试验预留孔内的高压气管侧表面均布若干孔径为1—3毫米的射流孔。

进一步的，所述的承载壳侧壁内表面设温湿度传感器、电加热装置，其中电加热装置至少两个，环绕承载壳轴线均布，承载壳外表面设至少两个震荡机构，且各震荡机构环绕承载壳轴线均布，所述温湿度传感器、电加热装置及震荡机构均与控制系统电气连接。

进一步的，所述的高压储气釜包括储气罐、气体干燥过滤装置、半导体制冷机构、电加热丝及温湿度传感器。所述储气罐为密闭腔体结构，其上端面和下端面分别设进气口和至少一个出气口，所述进气口和出气口分别与一个气体干燥过滤装置连通，且气体干燥过滤装置分别与储气罐外表面连接。所述电加热丝至少一条，环绕储气罐轴线呈螺旋状结构分布并与储气罐侧壁内表面连接。所述温湿度传感器共两个，嵌于储气罐内并分别位于进气口和出气口位置处。所述半导体制冷机构至少一个，嵌于储气罐侧壁，且半导体制冷机构的制冷端通过换热板与储气罐内部连通，散热端位于储气罐外。所述换热板嵌于储气罐侧壁内表面，且换热板面积为储气罐侧壁内表面面积的10%—80%。所述气体干燥过滤装置、半导体制冷机构、电加热丝及温湿度传感器均与控制系统电气连接。

进一步的，所述的高压气管前端面设射流口，并通过射流口与试验腔连通；所述空气压缩机、气体增压泵、高压储气釜、高压气管处均设一个气压传感器，且所述气压传感器均与控制系统电气连接。

进一步的，所述的控制系统为基于可编程控制器、工业计算机及物联网控制器中的任意一种为基础的电路系统。

本实用新型环境适应能力及通用性好，可有效满足多种材料类型混凝土块、预制砌块、岩石试块等的气体冲击室内试验和因冲击受损情况检测作业的需要。且该实用新型所述的试验系统及方法：一方面可进行高压气体冲击技术的室内装置操作，实现相关模拟试验定量化的试验研究，并使室内气体冲击试验接近于现场实际情况，从而为现场施工操作提供相对安全、有效的指导和参考；另一方面可有效地实现对不同材料试块在不同温湿度、震荡环境下的仿真试验，减小当前检测作业的结果与实际工作情况之间存在的差异，提高检测结果精度，提高检测样本的数据获取效率，丰富数据类别，尤其对于随时间变化的气体冲击动荷载作用及不同温湿度、震荡等环境下的多类数据。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为试验腔结构示意图；

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本实用新型，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本实用新型。

如图1和图2所示一种气体冲击混凝土试块的室内试验装置，包括承载机架1、隔板2、承载龙骨3、空气压缩机4、气体增压泵5、高压储气釜6、高压气管7、气压表8、控制开关9、电磁阀10、pvdf传感器11、试验腔12及控制系统13。其中承载机架1为轴线与水平面垂直分布的柱状框架结构，隔板2至少两个，嵌于承载机架1内与承载机架1同轴分布，且隔板2沿承载机架1自上而下分布并将承载机架1自上而下分割为至少一个作业腔101和一个控制室102。空气压缩机4、气体增压泵5及控制系统13均位于控制室102内，其中空气压缩机4通过导流管与气体增压泵5进气端连通，气体增压泵5排气端通过导流管与高压储气釜6连通，且气体增压泵5进气端和出气端均通过控制开关9相互连通，导流管与控制开关9连接位置处分别设一个气压表8。高压储气釜6至少一个，与承载机架1外表面连接并通过导气管分别与气体增压泵5、高压气管7连通。高压气管7与试验腔12数量一致，每个试验腔12上端面均与一条高压气管7连通并同轴分布，高压气管7通过承载龙骨3与承载机架1连接，其前端面嵌于试验腔12内并与试验腔12相互连通并同轴分布，后端面通过电磁阀10与高压储气釜6相互连通。pvdf传感器11数量与试验腔12数量一致，且每个试验腔12内均设至少一个pvdf传感器11。试验腔12位于作业腔101内，且每个作业腔101内均设至少一个试验腔12且各试验腔12间相互并联。承载龙骨3为与作业腔101同轴分布的框架结构，嵌于作业腔101顶部并与作业腔101同轴分布。控制系统13分别与空气压缩机4、气体增压泵5、气压表8、控制开关9、pvdf传感器11、试验腔12、电磁阀10电气连接。

其中，所述的承载机架1与隔板2和高压储气釜6间通过滑轨14滑动连接，隔板2上端面与试验腔12底部通过滑轨14滑动连接；所述承载龙骨3与承载机架1侧壁内表面通过滑轨14滑动连接，且承载龙骨3的上端面与试验腔12的上端面间间距为0—50厘米。

重点说明的，所述的试验腔12包括承载壳121、弹性防护衬层122、混凝土试样块123、定位夹具124、测振探头98及监控摄像头125。其中所述承载壳121为密闭腔体结构，其上端面设透孔126并通过透孔126与高压气管7连接，所述弹性防护衬层122包覆在承载壳121内表面且厚度不小于5毫米。所述混凝土试样块123嵌于承载壳121内，与承载壳121同轴分布并通过定位夹具124与承载壳121连接，所述混凝土试样块123外表面与弹性防护衬层122之间间距不小于10毫米。混凝土试样块123上端面设试验预留孔127，所述试验预留孔127与混凝土试样块123同轴分布，深度为混凝土试样块123高度的1/4—3/4，孔壁与混凝土试样块123外侧面间间距不小于10毫米。所述高压气管7前端面嵌于试验预留孔127内并与试验预留孔127同轴分布，且试验预留孔127孔径为高压气管7外径的1—2.5倍，高压气管7下端面与试验预留孔127孔底间间距不大于试验预留孔127高度的1/2。所述试验预留孔127孔壁设至少三个pvdf传感器11，各pvdf传感器11环绕试验预留孔127轴线自上而下均布，并分别位于试验预留孔127孔壁的孔口位置、中间位置及底部。所述测振探头98嵌固在定位夹具124和承载壳121底部内侧面且两部位至少各一个，并与配套的测振仪电气连接，其中位于承载壳121底部内侧面的测振探头被弹性防护衬层122包覆，而位于定位夹具124处的测振探头裸露部分设有弹性防护。所述监控摄像头125至少一个，位于承载壳121内并与承载壳121顶部下端面连接，监控摄像头125光轴与承载壳121轴线相交并呈15°—90°夹角，所述监控摄像头125和pvdf传感器11均与控制系统13电气连接。

进一步优化的，所述的试验预留孔127上端面与高压气管7外表面间通过密封材料15相互连接并构成密闭腔体结构，且位于试验预留孔127内的高压气管7侧表面均布若干孔径为1—3毫米的射流孔16。

进一步优化的，所述的承载壳121侧壁内表面设温湿度传感器17、电加热装置18，其中电加热装置18至少两个，环绕承载壳121轴线均布，承载壳121外表面设至少两个震荡机构19，且各震荡机构19环绕承载壳121轴线均布，所述温湿度传感器17、电加热装置18及震荡机构19均与控制系统13电气连接。

与此同时，所述的高压储气釜6包括储气罐61、气体干燥过滤装置62、半导体制冷机构63、电加热丝64及温湿度传感器17。所述储气罐61为密闭腔体结构，其上端面和下端面分别设进气口65和至少一个出气口66；所述进气口65和出气口66分别与一个气体干燥过滤装置62连通，且气体干燥过滤装置62分别与储气罐61外表面连接。所述电加热丝64至少一条，环绕储气罐61轴线呈螺旋状结构分布并与储气罐61侧壁内表面连接。所述温湿度传感器17共两个，嵌于储气罐61内并分别位于进气口65和出气口66位置处。所述半导体制冷机构63至少一个，嵌于储气罐61侧壁，且半导体制冷机构63的制冷端通过换热板67与储气罐61内部连通，散热端位于储气罐61外。所述换热板67嵌于储气罐61侧壁内表面，且换热板67面积为储气罐61侧壁内表面面积的10%—80%。所述气体干燥过滤装置62、半导体制冷机构63、电加热丝64及温湿度传感器17均与控制系统13电气连接。

同时，所述的高压气管7前端面设射流口20，并通过射流口20与试验腔12连通；所述空气压缩机4、气体增压泵5、高压储气釜6、高压气管7处均设一个气压传感器21，且所述气压传感器21均与控制系统13电气连接。

本实施例中，所述的控制系统13为基于可编程控制器、工业计算机及物联网控制器中的任意一种为基础的电路系统。

本实用新型环境适应能力及通用性好，可有效满足多种材料类型混凝土块、预制砌块、岩石试块等的气体冲击室内试验和因冲击受损情况检测作业的需要。且该实用新型所述的试验系统及方法：一方面可进行高压气体冲击技术的室内装置操作，实现相关模拟试验定量化的试验研究，并使室内气体冲击试验接近于现场实际情况，从而为现场施工操作提供相对安全、有效的指导和参考；另一方面可有效地实现对不同材料试块在不同温湿度、震荡环境下的仿真试验，减小室内检测作业与实际工作情况之间存在的差异，提高检测结果精度和检测样本的数据获取效率，丰富数据类别，尤其对于随时间变化的气体冲击动荷载作用及不同温湿度、震荡等环境下的多类数据。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。