一种混凝土热湿耦合传输试验装置及方法

1.一种混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：包括，温湿度传感器、容器、恒温水浴锅、恒温恒湿箱、饱和盐溶液、防水层和绝热层，其中，
所述温湿度传感器预埋于待测混凝土试件中，装有饱和盐溶液的容器的容器口处放置了待测混凝土试件后可使容器内部与外界隔离，所述防水层和绝热层用于包覆待测混凝土试件的侧面；
所述恒温水浴锅放置在恒温恒湿箱中，且所述恒温水浴锅外部包覆有绝热层，放置了待测混凝土试件的容器位于恒温水浴锅中，该容器位于恒温水浴锅中，放置在容器口处的待测混凝土试件位于恒温水浴锅外，待测混凝土试件底面暴露于容器内部，而顶面暴露于恒温恒湿箱中；
所述温湿度传感器外部包覆有防水透气层；所述包覆于待测混凝土试件侧面的绝热层位于防水层的夹层。
2.如权利要求1所述的混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：
所述温湿度传感器为1个或多个。
3.如权利要求1所述的混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：所述容器的容器口与待测混凝土试件接触处包覆有防水层。
4.如权利要求1或3所述的混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：所述容器的容器口处设置有便于放置待测混凝土试件的平台。
5.如权利要求1所述的混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：所述容器内的饱和盐溶液体积不超过容器体积的一半。
6.如权利要求1所述的混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：所述饱和盐溶液中含有未溶解盐晶体。
7.如权利要求1所述的混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：所述防水层由环氧树脂或石蜡制得。
8.如权利要求1所述的混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：所述防水层由环氧树脂制得。
9.如权利要求1所述的混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：所述绝热层由玻璃纤维制得。
10.如权利要求1所述的混凝土热湿耦合传输试验装置，其特征在于：所述容器为有机玻璃杯。
11.一种使用如权利要求1至10任意所述试验装置进行混凝土热湿耦合传输试验的方法，其特征在于：包含如下步骤，
步骤一，将温湿度传感器预埋在待测混凝土试件中，所述容器装入饱和盐溶液，待测混凝土试件侧面包覆防水层和绝热层后放置在该容器的容器口处，使容器内部与外界隔离；
步骤二，将放置了待测混凝土试件的容器置于恒温水浴锅中，该恒温水浴锅外部包覆绝热层后放置在恒温恒湿箱中，使待测混凝土试件的底面暴露在容器内部，而顶面暴露在恒温恒湿箱中；
步骤三，设置恒温恒湿箱的温度为T1，相对湿度为RH1；
步骤四，设置恒温水浴锅温度为T2，当位于恒温水浴锅中的容器中的饱和盐溶液加热至T2时，容器内形成温度为T2，相对湿度为RH2的恒温恒湿环境，其中，T1≠T2，RH1≠RH2；或T1≠T2，RH1＝RH2；或T1＝T2，RH1≠RH2；
步骤五，恒温恒湿箱与容器中的温度和/或相对湿度的不同，使得混凝土试件的顶面和底面产生温度差和/或湿度差，进而混凝土试件内部产生温度梯度和/或湿度梯度，预埋于混凝土试件中的温湿度传感器将监测到的试验数据传输至计算机，并定期对包含混凝土试件的容器进行称重以获得相关试验数据。

一种混凝土热湿耦合传输试验装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于土木工程领域，涉及一种混凝土热湿耦合传输试验装置及方法。\n背景技术\n[0002] 通常情况，当混凝土两侧存在温度梯度时，在热传输方向上会产生湿分传输，温度较低一侧的混凝土中湿度将不断增加，故产生了湿度梯度，由于湿度梯度的出现，将会引起反方向的湿分传输。同样，当混凝土两侧存在湿度梯度时，在湿分传输方向上会产生热传输，湿度较低一侧的混凝土中温度将不断增加，故产生了温度梯度，由于温度梯度的出现，将会引起反方向的热传输。由此可见，混凝土中的湿分传输和热传输并不是相互独立的，而是相互影响、相互制约的耦合传输过程。这种耦合作用的存在会影响混凝土碳化、氯盐侵蚀乃至钢筋锈蚀及结构性能退化的过程。因此，对混凝土热湿耦合传输特性进行研究具有非常重要的理论意义和社会价值。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的在于提供一种混凝土热湿耦合传输试验装置及使用该试验装置进行热湿耦合传输试验的方法，以研究混凝土热湿耦合传输的各种特性。\n[0004] 为实现上述目的现提供以下技术方案：\n[0005] 一种混凝土热湿耦合传输试验装置，包括，温湿度传感器、容器、恒温水浴锅、恒温恒湿箱、饱和盐溶液、防水层和绝热层，其中，\n[0006] 所述温湿度传感器预埋于待测混凝土试件中，装有饱和盐溶液的容器的容器口处放置了待测混凝土试件后可使容器内部与外界隔离，所述防水层和绝热层用于包覆待测混凝土试件的侧面；\n[0007] 所述恒温水浴锅放置在恒温恒湿箱中，且所述恒温水浴锅外部包覆有绝热层，放置了待测混凝土试件的容器位于恒温水浴锅中，该容器位于恒温水浴锅中，放置在容器口处的待测混凝土试件位于恒温水浴锅外，待测混凝土试件底面暴露于容器内部，而顶面暴露于恒温恒湿箱中。\n[0008] 所述包覆于待测混凝土试件侧面的绝热层位于防水层的夹层。\n[0009] 所述预埋于待测混凝土试件中的温湿度传感器根据试验目的可为1个或多个，且外部包覆有防水透气层。\n[0010] 所述容器的容器口与待测混凝土试件接触处包覆有防水层，以防止气体由该接触处逸出。\n[0011] 所述容器的容器口处设置有便于放置待测混凝土试件的平台。\n[0012] 所述容器内的饱和盐溶液体积不超过容器体积的一半，以保证容器内有足够的空间形成恒温恒湿环境，且所述饱和盐溶液中含有未溶解盐晶体，使容器内的饱和盐溶液在试验过程中的不同温度下可以维持饱和状态。不同种类饱和盐溶液的相对湿度值不同，可根据试验需要进行选择，常用盐如NaCl、NaBr、K2SO4均可。\n[0013] 所述防水层选用环氧树脂或石蜡制得，优选环氧树脂制得。\n[0014] 所述绝热层选用玻璃纤维制得。\n[0015] 所述容器为有机玻璃杯。\n[0016] 一种使用上述试验装置进行混凝土热湿耦合传输试验的方法：\n[0017] 步骤一，将温湿度传感器预埋在待测混凝土试件中，所述容器装入饱和盐溶液，待测混凝土试件侧面包覆防水层和绝热层后放置在该容器的容器口处，使容器内部与外界隔离；\n[0018] 步骤二，将放置了待测混凝土试件的容器置于恒温水浴锅中，该恒温水浴锅外部包覆绝热层后放置在恒温恒湿箱中，使待测混凝土试件的底面暴露在容器内部，而顶面暴露在恒温恒湿箱中；\n[0019] 步骤三，设置恒温恒湿箱的温度为T1，相对湿度为RH1；\n[0020] 步骤四，设置恒温水浴锅温度为T2，当位于恒温水浴锅中的容器中的饱和盐溶液加热至T2时，容器内形成温度为T2，相对湿度为RH2的恒温恒湿环境，其中，T1≠T2，RH1≠RH2；\n或T1≠T2，RH1＝RH2；或T1＝T2，RH1≠RH2；\n[0021] 步骤五，恒温恒湿箱与容器中的温度和/或相对湿度的不同，使得混凝土试件的顶面和底面产生温度差和/或湿度差，进而混凝土试件内部产生温度梯度和湿度梯度，预埋于混凝土试件中的温湿度传感器将监测到的试验数据传输至计算机，并定期对包含混凝土试件的容器进行称重以获得相关试验数据。\n[0022] 本发明所述的混凝土热湿耦合传输试验装置及方法还可用于对其他多孔材料的热湿耦合传输特性的研究。\n[0023] 由于采用上述方案，本发明具有以下有益效果：\n[0024] 1.本发明试验装置及试验方法可以用来研究混凝土以及其他多孔材料的热湿耦合传输特性，包括混凝土或其他多孔材料的湿分传输通量、热梯度系数、湿梯度系数以及实时测量混凝土或其他多孔材料内部不同深度处温湿度分布规律，这些特性的研究对由热湿耦合传输作用所带来的混凝土碳化、氯盐侵蚀乃至钢筋锈蚀及结构性能退化等问题都具有非常重要的理论意义和社会价值。\n[0025] 2.本发明试验装置具有加工制作简单、成本低，且试验方法操作便捷的优点。\n附图说明\n[0026] 图1为本发明实施例所示待测混凝土试件中温湿度传感器布置及其侧面防水层和绝热层布置的示意图；\n[0027] 图2a为本发明实施例所示有机玻璃杯的俯视示意图；\n[0028] 图2b为本发明实施例所示有机玻璃杯的主视示意图；\n[0029] 图3为本发明实施例所示待测混凝土试件已置于设定位置处的试验装置的剖面结构示意图。\n[0030] 其中：1为温湿度传感器的导线，2为温湿度传感器，3为混凝土试件，4为防水绝热层，41为防水层，42为绝热层，5为恒温水浴锅绝热层，6为有机玻璃杯，61为有机玻璃杯杯口平台，62为有机玻璃杯杯体，7为饱和盐溶液，8为恒温水浴锅，9为恒温恒湿箱。\n具体实施方式\n[0031] 以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。\n[0032] 如图1、图2和图3所示，本发明所述一种混凝土热湿耦合传输试验装置，包括：温湿度传感器2、防水层41、绝热层42、恒温水浴锅绝热层5、有机玻璃杯6、饱和盐溶液7、恒温水浴锅8、恒温恒湿箱9，将待测的混凝土试件3放置在该试验装置的设定位置处。\n[0033] 所述温湿度传感器2包裹防水透气层后预埋于混凝土试件3中，以避免水分渗入温湿度传感器2中导致其损坏，本发明所述实施例中混凝土试件3为圆柱体，所述混凝土试件3侧面依次包覆有由防水层41和绝热层42组成的防水绝热层4，其中，绝热层42位于防水层41的夹层，所述有机玻璃杯6的杯口处设置有便于放置混凝土试件3的有机玻璃杯杯口平台\n61，所述混凝土试件3放置在有机玻璃杯杯口平台61上，将有机玻璃杯6的内部与外界隔离开，为保证密封性，混凝土试件3与有机玻璃杯6的接触部位还包覆有防水层41(图中未标出)，所述有机玻璃杯6中装有饱和盐溶液7，饱和盐溶液7的体积不超过有机玻璃杯6体积的一半，以保证容器内有足够的空间形成恒温恒湿环境，且所述饱和盐溶液中含有未溶解盐晶体，使容器内的饱和盐溶液在试验过程中的不同温度下可以维持饱和状态。不同种类饱和盐溶液的相对湿度值不同，可根据试验需要进行选择，常用盐如NaCl、NaBr、K2SO4均可。所述恒温水浴锅8放置在恒温恒湿箱9中，且该恒温水浴锅8外部包覆有恒温水浴锅绝热层5，有机玻璃杯杯口平台61处放置有混凝土试件3，有机玻璃杯6置于恒温水浴锅8中，使得有机玻璃杯的杯体62位于恒温水浴锅中，而放置在有机玻璃杯杯口平台61处的混凝土试件3位于恒温水浴锅8外，使得混凝土试件3的底面暴露于有机玻璃杯6内部，而混凝土试件3的顶面暴露于恒温恒湿箱9中。\n[0034] 预埋于混凝土试件3中的温湿度传感器2根据试验目的可为1个或多个，如图1所示，本发明实施例为测量混凝土试件3同一剖面不同深度处的温湿度，并便于进行数值比较，而选用的温湿度传感器2的个数为4个，且垂直分布于混凝土试件3中。\n[0035] 本发明实施例中选用由环氧树脂制得的防水层41，选用由玻璃纤维制得的绝热层\n42和恒温水浴锅绝热层5。\n[0036] 本发明实施例选择的饱和盐溶液为NaCl饱和溶液。\n[0037] 使用上述待测混凝土试件和试验装置进行混凝土试件热湿耦合传输试验的方法：\n[0038] 步骤一，设置恒温恒湿箱的温度T1为20℃，相对湿度RH1为53.5％；\n[0039] 步骤二，设置恒温水浴锅温度T2为40℃，当位于恒温水浴锅中的容器中的NaCl饱和溶液加热至40℃时，有机玻璃杯6内形成温度为40℃，相对湿度RH2为74.7％的恒温恒湿环境；\n[0040] 步骤三，此时，恒温恒湿箱与容器中的温度和相对湿度不同，使得混凝土试件的顶面和底面产生温度差和湿度差，进而混凝土试件内部产生温度梯度和湿度梯度，[0041] 混凝土试件顶面的初始温度为20℃，初始相对湿度为53.5％；混凝土试件底面的初始温度为40℃，初始相对湿度为74.7％，分别在试验开始后1h、2h、24h时，对预埋于混凝土试件中的4个温湿度传感器由上至下分别监测到温度t和湿度rh进行记录，其中,[0042] 1h时，t1h-1为25.5℃，rh1h-1为53.9％，t1h-2为26.2℃，rh1h-2为54.0％；t1h-3为27.0℃，rh1h-3为54.0％；t1h-4为27.7℃，rh1h-4为65.5％；\n[0043] 2h时，t2h-1为26.8℃，rh2h-1为54.0％；t2h-2为27.5℃，rh2h-2为54.2％；t2h-3为28.3℃，rh2h-3为54.3％；t2h-4为29.0℃，rh2h-4为68.3％；\n[0044] 24h，t24h-1为26.8℃，rh24h-1为57.3％；t24h-2为27.6℃，rh24h-2为71.4％；t24h-3为\n28.3℃，rh24h-3为99.2％；t24h-4为29.0℃，rh24h-4为100％,\n[0045] 上述监测到的这些数据通过温湿度传感器2的导线1传输至计算机，并定期(对包含混凝土试件的容器进行称重，以获得相关试验数据，在该实施例中，试验开始后24h时进行称重，测得混凝土试件的失水量为1.97g，这些试验数据可用于对该混凝土试件的湿分传输通量、热梯度系数、湿梯度系数以及实时测量的混凝土试件内部不同深度处温湿度分布规律进行研究。\n[0046] 本发明所述的混凝土热湿耦合传输试验装置及试验方法还可用其他多孔材料热湿耦合传输特性的研究。\n[0047] 上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。\n并且熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。