一种考虑高原强辐射影响的混凝土试验装置及试验方法与流程

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1.本发明属于土木工程材料技术领域，涉及混凝土用强辐射试验装置及混凝土试验方法。


背景技术：

2.川藏铁路是我国铁路建设的重大战略工程，沿线气候条件恶劣，其高海拔的地理地势特征导致高原空气稀薄、云量偏低且大气层薄弱，对辐射能量的吸收程度大大降低，到达地面的辐射强度大幅度增加，因此川藏高原地区成为年太阳总辐射量最高的地区。川藏地区年辐射量高达6000～8000mj/m2，而同纬度的东部平原地区年辐射量仅在3000～5400mj/m2，仅为川藏地区的年总辐射量是1/2。川藏高原大部分地区的年日照时长均可达2600h以上，而我国同纬度的南方地区年日照时数普遍在2000h以下。可以看出，无论是从辐射时长，还是从辐射总量来看，川藏铁路沿线的强辐射程度均显著高于同纬度的平原地区。
3.混凝土作为川藏铁路工程建设中用量最大、用途最广泛的材料，在工程建设中发挥着不可或缺的作用。但混凝土工程中，材料耐久性问题仍然没有得到很好的解决。在绝大多数的混凝土工程中，由于表层混凝土与外界环境直接接触，因此结构混凝土的破坏几乎均从表层开始，进而发展成贯穿性裂缝，从而对混凝土结构整体造成更大的危害。强辐射环境条件作为川藏高原地区有别于平原地区的特殊环境条件，必然会对混凝土及其附属功能材料带来不利影响。
4.目前来讲，关于川藏高原地区强辐射对混凝土影响规律的相关研究尚不够深入，其作用机理仍需要系统研究。因此，建立可有效表征川藏高原地区强辐射环境的试验模拟系统，研究强辐射对混凝土及附属功能材料性能的影响规律，揭示强辐射对表层混凝土的劣化机理，为掌握川藏铁路沿线强辐射条件下混凝土的服役寿命提供有力支撑。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了建立可有效表征川藏高原地区强辐射环境的试验模拟装置，进而探究强辐射对表层混凝土的影响规律和作用机理，解决川藏地区铁路混凝土表层的性能劣化问题。因此，本发明提出了一种考虑高原强辐射影响的混凝土试验装置及试验方法。
6.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种考虑高原强辐射影响的混凝土试验装置及试验方法，所述的试验装置主要包括：
8.试验箱体、箱体盖板、高压汞灯、灯罩、镇流器、触发器、透明玻璃板、不透明玻璃板、夹具、换气扇、悬挂钢丝、垫圈、温湿度传感器、辐照计、多个监控摄像头、控制面板；
9.试验箱体外壁上设置有控制面板，控制面板信号与温湿度传感器、辐照计信号相连接；
10.试验箱体内壁上设置有高压汞灯、灯罩、镇流器、触发器、换气扇及监控摄像头；
11.在试验箱体内，利用透明玻璃板将试验箱体内的一部分空间划分为辐射试验区，
利用不透明玻璃板将试验箱体内的另一部分空间划分为非辐射试验区，并利用夹具固定玻璃板的位置和方向；
12.在辐射试验区和非辐射试验区的中部悬空位置处，设置温湿度传感器和辐照计；
13.在辐射试验区和非辐射试验区内，设置小型试验样品的悬挂钢丝；
14.试验装置箱体上设置箱体盖板。
15.一种考虑高原强辐射影响的混凝土试验装置及试验方法，所述的试验方法主要包括：
16.步骤一：将试验箱体放入环境温度、环境相对湿度可控的试验室内；
17.步骤二：在试验箱外壁的控制面板上设置目标温度值、目标相对湿度值和目标辐照强度值；
18.步骤三：将需要测试的混凝土试验试件和试验样品放入试验箱体中，并确定在强辐射条件下试验试件、试验样品之间不会相互遮挡后，盖上箱体盖板。
19.步骤四：开启高压汞灯，使试验箱体内的环境温度、环境相对湿度和环境辐照强度达到设置的目标温度、目标相对湿度和目标辐照强度时，开始试验；
20.步骤五：当试验结束时，先关闭试验箱体内的高压汞灯，而后打开箱体盖板，取出试验试件及试验样品。
21.本发明具有以下有益效果：
22.(1)本发明专利设计的考虑高原强辐射影响的混凝土试验装置和试验方法，通过控制箱体内的温度、相对湿度和辐照强度，并通过划分辐射试验区和非辐射试验区，保证辐射试验在温湿度相同的条件下进行，可实现辐照因素对混凝土性能影响的试验研究，试验装置实现了对川藏地区强辐射环境的模拟，弥补现有的强辐射环境对混凝土表层性能劣化规律的研究空白。
23.(2)通过在考虑高原强辐射影响的混凝土试验装置中进行的收缩试验，得到了不同辐射辐照强度对混凝土干燥收缩的影响规律，为研究混凝土开裂提供基础理论支持。
24.(3)通过研究强辐射环境对水泥基材料水化特性和孔隙结构的影响规律，揭示了强辐射条件下铁路工程结构表层混凝土的劣化机理。
附图说明：
25.图1为本发明试验装置的简要结构图；图2强辐射条件下的混凝土干缩变化规律。
具体实施方式：
26.以下通过具体实施例介绍本发明的实现和所具有的有益效果，但本发明并不局限于此，所描述的实施例仅为本发明一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，均应属于本发明的保护范围。
27.实施例一：
28.如图1所示，一种考虑高原强辐射影响的混凝土试验装置，所述的试验装置包括：
29.(1)试验箱体1、箱体盖板2、高压汞灯3、灯罩4、镇流器5、触发器6、透明玻璃板 7、不透明玻璃板8、夹具9、换气扇10、悬挂钢丝11、垫圈12、温湿度传感器13、辐照计 14、多个
监控摄像头15、控制面板16；
30.(2)试验箱体1为不锈钢材质，不锈钢外壳的厚度为2mm、内部尺寸为1500mm
×ꢀ
1000mm
×
800mm(长
×
宽
×
高)，在1000
×
800mm的侧面上设置有鳞片状通风孔；
31.(3)在试验箱体1的1500mm
×
800mm尺寸的内壁上，设置有高压汞灯3、灯罩4、镇流器5、触发器6、换气扇10及监控摄像头15，一个高压汞灯3，一个灯罩4、一个镇流器5、一个触发器6组成了一套辐射设备，高压汞灯照射方向沿箱体的宽度方向；换气扇10安装在试验箱体1的1500mm
×
800mm尺寸的内壁上，换气方向沿箱体的宽度方向；监控摄像头15 安装在试验箱体1的1500mm
×
800mm尺寸的内壁上，通过调控监控方向，实现对试验试件及试验样品外观形貌变化规律的监控。
32.(4)在试验箱体1的外壁上，设置有控制面板16，控制面板16信号与温湿度传感器13、辐照计14信号相连接，实现对试验箱体内试验环境的实时监控。
33.(5)在试验箱体1内，利用透明玻璃板7划分出辐射试验区，辐射试验区的尺寸为 1000mm
×
500mm
×
800mm，利用不透明玻璃板8划分出非辐射试验区，非辐射试验区的尺寸为500mm
×
500mm
×
800mm，利用固定透明玻璃板7和不透明玻璃板8的方向及位置。
34.(6)在辐射试验区和非辐射试验区的中部位置，分别设置温湿度传感器13和辐照计14，用于实时测量辐射试验区和非辐射试验区环境内的温度、相对湿度和辐照强度。
35.(7)在辐射试验区和非辐射试验区内，设置试验样品的悬挂钢丝11，悬挂钢丝11沿试验箱1长度方向放置。
36.(8)试验箱体1上方设置箱体盖板2，在试验过程中保证箱体盖板2始终盖在试验箱体 1上方。
37.所述的试验方法步骤包括：
38.(1)将试验箱体1平整放置于环境温度、环境相对湿度可控的试验室内；
39.(2)在试验装置外壁的控制面板16上设置试验环境所需的目标温度、目标相对湿度和目标辐照强度值；
40.(3)将需要测试的混凝土试件及试验样品放入试验箱体1的相应位置内(辐射试验区和非辐射试验区)，并确定在照射条件下各个试件和样品不会相互遮挡后，盖上箱体盖板2。
41.(4)开启高压汞灯3，使试验箱体1内的温度、相对湿度和辐照强度达到设置的目标温度、目标相对湿度和目标辐照强度值时，开始试验；
42.(5)辐射试验结束后，需先关闭试验箱1内的高压汞灯3，然后打开箱体盖板2，取出试验试件及试验样品进行后续测试。
43.采用以下实施例验证本发明的有益效果：
44.面向川藏铁路无砟轨道结构混凝土，制备强度等级为c40的混凝土试件，试件尺寸为 400mm
×
100mm
×
100mm，浇筑混凝土试件后带模养护1天，脱模后连同安装好的收缩测试仪一同放入强辐射环境试验箱中，目标温度设定为20℃、目标相对湿度设定为60％、目标辐照强度设定为0.5w/m2。
45.通过试验得到了6d龄期内强辐射条件对混凝土干燥收缩的影响规律，如图2所示。
46.综上所述，本发明试验装置及试验方法可有效模拟川藏高原地区强辐射环境，通过试验可获得强辐射对混凝土性能的影响规律和劣化机理，为川藏铁路严酷环境下混凝土
耐久性提升和延长服役寿命提供理论基础。