現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)耐久性環(huán)境模擬乃試驗(yàn)室技術(shù)
為了在試驗(yàn)室人工模擬環(huán)境下進(jìn)行混凝土早期特性、裂縫控制及耐久性的試驗(yàn)，需對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗(yàn)室技術(shù)進(jìn)行研究。分析了環(huán)境模擬技術(shù)在諸多領(lǐng)域的成功應(yīng)用，認(rèn)為建設(shè)混凝土環(huán)境試驗(yàn)室是可行的。通過研究混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)境模擬、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、耦合環(huán)境的實(shí)現(xiàn)以及特種設(shè)備儀器的應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)，提出多功能氣候試驗(yàn)室的建設(shè)方案，合理確定試驗(yàn)室的布局、功能、技術(shù)性能指標(biāo)，并探討了人工氣候環(huán)境試驗(yàn)室設(shè)備、儀器的優(yōu)化配置，為下一步混凝土耐久性、裂縫控制的環(huán)境試驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。
1 引言
混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋與混凝土的優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)較低，是土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的形式之一，其應(yīng)用范圍日益廣泛，不僅應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、道路、橋梁、水利工程等建筑和構(gòu)筑物，而且越來(lái)越多地應(yīng)用于海洋、嚴(yán)寒地區(qū)、遭受化學(xué)腐蝕等復(fù)雜工業(yè)環(huán)境及特殊建筑中。環(huán)境的惡化使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性受到嚴(yán)重影響，在施工建設(shè)和服役過程也暴露出許多值得關(guān)注的新問題。其中混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性不足致使加固維修費(fèi)用高昂，混凝土的早期開裂導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能的劣化等問題尤為嚴(yán)重?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性、早期開裂及裂縫控制不僅與材料內(nèi)在特性有關(guān)，更受控于各種環(huán)境參數(shù)溫度、濕度等的變化，而現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土耐久性試驗(yàn)，周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，實(shí)現(xiàn)困難，因此需要?jiǎng)?chuàng)建室內(nèi)模擬環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)期的或加速的混凝土耐久性仿真研究擴(kuò)結(jié)構(gòu)開裂機(jī)理的研究。
環(huán)境模擬技術(shù)是各種自然環(huán)境的人工再現(xiàn)技術(shù)和在模擬環(huán)境下的試驗(yàn)技術(shù)的一門新的綜合性工程技術(shù)。環(huán)境模擬技術(shù)吸取多門學(xué)科熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、生物學(xué)、光學(xué)、醫(yī)學(xué)等和多項(xiàng)技術(shù)制冷、真空、空調(diào)、加溫、自動(dòng)控制和計(jì)量等的相關(guān)理論和方法，是在解決環(huán)境模擬和環(huán)境試驗(yàn)的理論及實(shí)踐中形成的獨(dú)立的技術(shù)理論體系。目前，環(huán)境模擬技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)，在科學(xué)研究中具有自然界無(wú)法實(shí)現(xiàn)的時(shí)間可控性、條件重復(fù)性和數(shù)據(jù)性等突出優(yōu)點(diǎn)，可以大大回憶試驗(yàn)的進(jìn)程。
利用環(huán)境模擬技術(shù)，建設(shè)大型多功能自動(dòng)控制混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬室，可以人工模擬各種大氣環(huán)境、工業(yè)環(huán)境的單一因素或綜合因素作用，開展混凝土環(huán)境試驗(yàn)及相關(guān)理論研究。在實(shí)驗(yàn)室對(duì)混凝土材料、結(jié)構(gòu)的基本的熱學(xué)、力學(xué)、收縮、徐變、損傷等特性及其與各種氣候環(huán)境、海洋環(huán)境、腐蝕環(huán)境的定量關(guān)系進(jìn)行全面系統(tǒng)的仿真研究，加強(qiáng)材料與結(jié)構(gòu)的學(xué)科交叉。針對(duì)小型構(gòu)件或大型結(jié)構(gòu)仿真模型，真實(shí)再現(xiàn)工程實(shí)際環(huán)境，進(jìn)行結(jié)構(gòu)裂縫的開裂機(jī)制、開裂應(yīng)力發(fā)展變化、裂縫形成、結(jié)構(gòu)破壞的全過程跟蹤試驗(yàn)研究，達(dá)到從表觀至本質(zhì)、微觀至宏觀的規(guī)律解析，裂控研究將會(huì)有較大的突破。因此研究混凝土環(huán)境模擬試驗(yàn)室技術(shù)是非常必要的，對(duì)保證結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性有重要意義。
2 環(huán)境模擬技術(shù)應(yīng)用概述
環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生物、氣象、航空航天、車輛設(shè)備、電子產(chǎn)品以及有關(guān)材料結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。
2.1 常規(guī)兵器、車輛及設(shè)備等環(huán)境模擬試驗(yàn)室
某兵器試驗(yàn)中心擁有國(guó)內(nèi)大的氣候環(huán)境模擬試驗(yàn)室，主要承擔(dān)火炮、坦克、雷達(dá)、火箭、光學(xué)儀器、電子設(shè)備等軍用武器裝備的氣候環(huán)境試驗(yàn)，環(huán)境模擬試驗(yàn)室主要有：高溫濕熱試驗(yàn)室、低溫試驗(yàn)室、淋雨試驗(yàn)室、低溫射擊室、高溫射擊室、光電試驗(yàn)室等。
隨著車輛技術(shù)的發(fā)展，為考核各種車輛在太陽(yáng)輻射條件下的性能，相繼建立了大型太陽(yáng)輻射模擬設(shè)備。奧地利維也納亞森納爾車輛試驗(yàn)中心建造的環(huán)境模擬室，能模擬世界各地的氣候條件，能滿足用戶的各種特殊需要。試驗(yàn)站主要由靜止試驗(yàn)室和運(yùn)行試驗(yàn)室及其他輔助設(shè)施組成。靜止試驗(yàn)室可完成高溫、低溫、濕度、雨、雪、霧、太陽(yáng)輻射等一定氣候條件下的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和制動(dòng)試驗(yàn)。
日本三菱重工神戶造船所的綜合環(huán)境試驗(yàn)室，主要進(jìn)行溫、濕度日變化的模擬，試品分別經(jīng)受雨、雪、霧、太陽(yáng)輻射的環(huán)境試驗(yàn)，試品在酸雨、酸霧及固體液體懸浮微粒環(huán)境的試驗(yàn)以及綜合性環(huán)境試驗(yàn)等。美國(guó)麻薩諸塞州國(guó)防航空工業(yè)公司Raytheon建設(shè)物環(huán)境試驗(yàn)室可進(jìn)行高精度高強(qiáng)度的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、氣候及綜合性的環(huán)境試驗(yàn)研究。
2.2 農(nóng)業(yè)、林業(yè)、生物氣候環(huán)境模擬室
江西省農(nóng)科院水稻研究所建設(shè)的智能化人工氣候室，陜西楊陵農(nóng)業(yè)科技示范園溫室大棚，浙江大學(xué)植物科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心智能玻璃溫室等，都是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)利用環(huán)境模擬技術(shù)的應(yīng)用成果同，為植物科學(xué)研究提供控溫、控光、控濕的高標(biāo)準(zhǔn)科研條件。俄羅斯生物有機(jī)化學(xué)協(xié)會(huì)Branch of Shemyakin & Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry建設(shè)的生物人工氣候室，用于研究生物工藝學(xué)、*的種植物材料以及現(xiàn)代溫室植物生長(zhǎng)技術(shù)。日本森林綜合研究所建設(shè)了人工氣候試驗(yàn)室進(jìn)行自然環(huán)境下樹木生長(zhǎng)的研究，可進(jìn)行不同光照強(qiáng)度、溫度和濕度環(huán)境條件的樹木生長(zhǎng)對(duì)比試驗(yàn)。
2.3 建筑材料環(huán)境模擬試驗(yàn)室
應(yīng)用環(huán)境模擬技術(shù)進(jìn)行混凝土的環(huán)境試驗(yàn)，是一項(xiàng)新的嘗試性的工作。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)于20世紀(jì)90年代末建設(shè)了人工氣候室，用以在不同的氣候條件下模擬工業(yè)腐蝕環(huán)境，進(jìn)行混凝土耐久性測(cè)試。所建設(shè)和人工氣候室包括空調(diào)機(jī)房，共占地55.8m2，試驗(yàn)用的人工氣候室長(zhǎng)6m，寬 m，高3.2m。人工氣候室可在一定范圍模擬自然環(huán)境中的溫濕度、日照、淋雨、鹽霧、大氣等環(huán)境CO2、SO2氣體。該試驗(yàn)室利用一臺(tái)機(jī)組，完成制冷、加熱、除濕、加濕功能，并輔以自制的抽屜式硅膠吸濕器進(jìn)行輔助深度除濕；利用簡(jiǎn)易輻射燈具模擬太陽(yáng)光照；在試驗(yàn)室內(nèi)布置噴液管、噴氣管，用以噴入鹽霧和低濃度的CO2、SO2氣體等。
根據(jù)所要模擬的各種環(huán)境，人工氣候室在工藝及建筑上均有特殊要求。為達(dá)到保溫要求，氣候室的墻體采用雙層120mm厚磚墻加防潮層，內(nèi)嵌120mm厚聚苯乙烯泡沫保溫板，內(nèi)墻面用環(huán)氧膠泥抹面；樓板采用120m厚的空心板加120mm厚聚笨乙烯泡沫保溫板；地面的構(gòu)造設(shè)計(jì)成100mm厚混凝土墊層，中間200mm厚泡沫混凝土保溫層，上部100mm厚混凝土面層；并采用雙層保溫門。為了便于觀察室內(nèi)的情況，在一側(cè)墻上安裝了一個(gè)固定的雙層玻璃觀察窗。人工氣候室主機(jī)放于機(jī)房?jī)?nèi)，風(fēng)冷式冷凝器置于室外。室內(nèi)機(jī)組的布置緊湊、合理，充分考慮使用空間的要求和便于檢修。人工氣候室的氣流組織采用上送下回式，除了送回風(fēng)的管道外，還專門設(shè)置一條排風(fēng)管用于試驗(yàn)結(jié)束時(shí)氣候室的排風(fēng)?？照{(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與常規(guī)空調(diào)制冷相比，在技術(shù)要求、系統(tǒng)形式、設(shè)計(jì)方法等方面均有較大的差別。由于受到資金的限制，*達(dá)到工藝要求難度比較大，尤其對(duì)于低溫低濕和高溫高濕的處理實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難。對(duì)腐蝕環(huán)境的模擬，無(wú)疑對(duì)機(jī)組的防腐提出更高要求，需要采用防腐設(shè)備及有效的防腐措施。
人要?dú)夂蚴覂?nèi)安裝溫濕度傳感器，通過設(shè)在控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。機(jī)組內(nèi)也裝有可編程序控制器進(jìn)行控制，也可以手動(dòng)控制。
2.4 結(jié)論
環(huán)境模擬試驗(yàn)室可為人們提供一種擺脫自然規(guī)律、從時(shí)間到空間按主觀的意愿去模擬各種理想環(huán)境，服務(wù)于科學(xué)實(shí)驗(yàn)。在試驗(yàn)室內(nèi)模擬各種實(shí)際環(huán)境作用，研究考核材料、結(jié)構(gòu)或設(shè)備等實(shí)驗(yàn)對(duì)象對(duì)所處的環(huán)境產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)，可獲得實(shí)驗(yàn)對(duì)象各種環(huán)境條件下的特性、環(huán)境適應(yīng)性。
目前，環(huán)境模擬技術(shù)已趨成熟。利用單一因素的環(huán)境模擬試驗(yàn)，如溫度、濕度、氣壓、沙塵、鹽霧、淋雨、風(fēng)、太陽(yáng)輻射、空間環(huán)境等氣候環(huán)境模擬試驗(yàn)以及靜載、振動(dòng)、沖擊等力學(xué)環(huán)境模擬試驗(yàn)，易于找出單一環(huán)境因素對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響規(guī)律以；綜合環(huán)境模擬是指2個(gè)以上環(huán)境參數(shù)同時(shí)作用的模擬試驗(yàn)，可以真實(shí)地模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象實(shí)際經(jīng)受綜合環(huán)境的影響，增加試驗(yàn)的真實(shí)性和可靠性。國(guó)內(nèi)外對(duì)于環(huán)境試驗(yàn)也相繼分布了有關(guān)的針對(duì)各種研究領(lǐng)域的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，但在實(shí)際應(yīng)用中還要進(jìn)行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的剪裁、試驗(yàn)應(yīng)力篩選等項(xiàng)工作，以得到更加可靠適用的試驗(yàn)成果。
用環(huán)境模擬技術(shù)，建設(shè)混凝土材料、結(jié)構(gòu)的環(huán)境模擬試驗(yàn)室是*可行的。混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、早期特性及裂縫控制研究所需要的各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，如氣候環(huán)境、工業(yè)腐蝕環(huán)境、海洋侵蝕環(huán)境等等，都是可以實(shí)現(xiàn)的。因此，開展混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗(yàn)室技術(shù)的研究，深入探討混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗(yàn)的關(guān)健技術(shù)，定能建成高標(biāo)準(zhǔn)高水平的混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究平臺(tái)，促進(jìn)混凝土相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。
3 現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)
現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)包括環(huán)境模擬試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、多種耦合環(huán)境的實(shí)現(xiàn)、加速試驗(yàn)與自然環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)性以及牿檢測(cè)設(shè)備、儀器的應(yīng)用等諸多關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
3.1 利用環(huán)境試驗(yàn)剪裁方法，合理確定環(huán)境因子
環(huán)境試驗(yàn)的剪裁為根據(jù)產(chǎn)品壽命期內(nèi)將遇到的各種環(huán)境及其影響嚴(yán)重程度和可以搜集到的有關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)和信息，按照環(huán)境試驗(yàn)不同階段的具體目的，選擇各階段環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目，確定各項(xiàng)目的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)程序，合理安排各階段試驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施次序的過程，以使設(shè)計(jì)和安排的環(huán)境試驗(yàn)滿足檢測(cè)要求，保證產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性。進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境試驗(yàn)，要根據(jù)混凝土材料的特性、使用環(huán)境、壽命期內(nèi)所經(jīng)歷的環(huán)境因素，按科學(xué)的邏輯推理步驟設(shè)計(jì)出所需要的試驗(yàn)項(xiàng)目，試驗(yàn)的參數(shù)、程序順序和失效準(zhǔn)則。試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)要確定合理的試驗(yàn)條件，人工環(huán)境試驗(yàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生影響的機(jī)理、模式應(yīng)該與實(shí)際工程結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境條件的性能變化機(jī)理相同；對(duì)不同使用目的、重要性程度不同的混凝土結(jié)構(gòu)要建立不同的失效準(zhǔn)則。
3.2 加速試驗(yàn)與自然環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)性
加速試驗(yàn)可以相對(duì)快速地測(cè)試材料結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用中的特性變化?；炷镰h(huán)境試驗(yàn)中加速耐久性試驗(yàn)考慮環(huán)境效應(yīng)的強(qiáng)度和時(shí)間因素，利用加速試驗(yàn)計(jì)算模型評(píng)估性能壽命，可節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間和費(fèi)用。加速試驗(yàn)要根據(jù)混凝土材料的不同成分、使用的方式以及實(shí)際環(huán)境等情況設(shè)計(jì)不同的加速速率，并選用不同的加速試驗(yàn)計(jì)算分析模型。
加速試驗(yàn)與自然環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)性可反映出兩種試驗(yàn)結(jié)果趨同的能力。根據(jù)多種基礎(chǔ)試驗(yàn)包括自然環(huán)境長(zhǎng)期試驗(yàn)、各種影響因素的初步加速試驗(yàn)等確定影響因素的作用效果、作用機(jī)理，建立起自然環(huán)境試驗(yàn)與加速試驗(yàn)的相似性準(zhǔn)則，為加速模擬試驗(yàn)提供理論上的依據(jù)。通過相關(guān)性的研究，可指導(dǎo)改變各種試驗(yàn)條件獲得任意的加速試驗(yàn)方法，同時(shí)根據(jù)加速試驗(yàn)結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境條件下的性能及壽命。
3.3 多種環(huán)境的耦合
進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗(yàn)，需要模擬的實(shí)際環(huán)境多種多樣，如單一環(huán)境因素的模擬，包括高溫、低溫、濕度循環(huán)、濕度循環(huán)、寒潮襲擊、劇烈干燥、淋雨、結(jié)露、凍融循環(huán)、鹽類及化學(xué)物質(zhì)浸蝕、酸性氣體腐蝕等各種氣候及腐蝕環(huán)境，以及力學(xué)加載環(huán)境等。此外，還要實(shí)現(xiàn)多種耦合環(huán)境的模擬，包括氣候環(huán)境與力學(xué)荷載作用的綜合、氣候環(huán)境與腐蝕工業(yè)環(huán)境的綜合，等等，充分考慮試驗(yàn)的綜合環(huán)境設(shè)置、荷載施加力架的布置、腐蝕環(huán)境下加載方式和設(shè)備防護(hù)等技術(shù)問題。
3.4 設(shè)備的優(yōu)化布置及牿檢測(cè)儀器應(yīng)用技術(shù)
混凝土環(huán)境模擬試驗(yàn)室是綜合性的環(huán)境試驗(yàn)室，要體現(xiàn)大型、多功能及自動(dòng)化的特點(diǎn)。試驗(yàn)室設(shè)備種類多，不能將各類單項(xiàng)的環(huán)境模擬設(shè)備簡(jiǎn)單進(jìn)行羅列，需要進(jìn)行設(shè)備的配置優(yōu)化研究，充分發(fā)揮設(shè)備的性能，達(dá)到良好的環(huán)境模擬效果。根據(jù)混凝土環(huán)境試驗(yàn)的特點(diǎn)，并且考慮節(jié)省能源，較大的試驗(yàn)空間要進(jìn)行分割，可進(jìn)行全空間試驗(yàn)，也可單獨(dú)進(jìn)行每個(gè)隔段小空間的試驗(yàn)。因此需要進(jìn)行環(huán)境控制設(shè)備的配置實(shí)驗(yàn)，分別考慮在端部集中布置或者在各個(gè)隔斷空間分別布置兩種方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及可靠性比較，優(yōu)化選擇。
混凝土環(huán)境模擬試驗(yàn)室根據(jù)研究的需要進(jìn)行各種各樣復(fù)雜環(huán)境的模擬，因此所用的檢測(cè)設(shè)備儀器也要能經(jīng)受各種環(huán)境的考驗(yàn)。應(yīng)根據(jù)實(shí)際的模擬環(huán)境，選擇相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備儀器。
4 大型多功能自動(dòng)控制混凝土環(huán)境試驗(yàn)室建設(shè)發(fā)案
4.1 試驗(yàn)室主要功能
1 模擬自然條件下的氣候環(huán)境、海洋環(huán)境、工業(yè)環(huán)境；
2 人工氣候環(huán)境下各種工程材料、結(jié)構(gòu)的耐久性試驗(yàn)；
3 人工氣候環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)熱學(xué)性能及早期特性試驗(yàn)；
4 人工氣候環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制研究；
5 海洋環(huán)境下工程材料、結(jié)構(gòu)的耐久性試驗(yàn)；
6 海洋環(huán)境混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制研究；
7 工業(yè)腐蝕環(huán)境下工程材料、結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)；
8 其他有關(guān)的環(huán)境試驗(yàn)綜合環(huán)境、可靠性試驗(yàn)等。
4.2 試驗(yàn)室布局及協(xié)調(diào)控制
環(huán)境模擬試驗(yàn)室分為2部分，一部分為高低溫濕熱交變?nèi)照沼炅軐?shí)驗(yàn)區(qū)，另一部分為鹽霧、腐蝕氣體環(huán)境、海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn)區(qū)，見圖1。兩部分可獨(dú)立運(yùn)行，單獨(dú)進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)，也可交替進(jìn)行同批次結(jié)構(gòu)模型試件的試驗(yàn)，即實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)環(huán)境的綜合性。兩實(shí)驗(yàn)區(qū)有效空間分別為：10m×4m×3m和4m×4m×3m。
試驗(yàn)室各分系統(tǒng)主要有：主室體、空氣循環(huán)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、日照系統(tǒng)、淋雨系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。研究各分系統(tǒng)的技術(shù)及設(shè)備配套，在保證各分系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上，進(jìn)行智能化操作控制。試驗(yàn)室設(shè)備應(yīng)使用防腐材料，以適應(yīng)所模擬的腐蝕環(huán)境，保證其使用壽命。
試驗(yàn)室大門與澆筑場(chǎng)地之間的通道設(shè)置專門的帶滾輪平板小車及滑移軌道，試件或結(jié)構(gòu)模型在小車上的模具內(nèi)直接澆筑，拆模后移入試驗(yàn)室內(nèi)。
4.3 試驗(yàn)室的主要技術(shù)性能指標(biāo)
依據(jù)試驗(yàn)室所要實(shí)現(xiàn)的功能以及混凝土材料結(jié)構(gòu)的實(shí)際工程環(huán)境，確定其主要技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。
表1 混凝土環(huán)境模擬試驗(yàn)室主要技術(shù)性能指標(biāo)
項(xiàng) 目 | 高低溫濕熱交變?nèi)照沼炅軐?shí)驗(yàn)區(qū) | 鹽霧、腐蝕氣體環(huán)境實(shí)驗(yàn)區(qū) |
容積/m3 | 16 | 14 |
參考尺寸/m | 3500×2300×2000 | 3500×2000×2000 |
溫度/℃ | -20～70 | +5～60 |
升降溫速率/℃·h-1 | 0～5 | 0～5 |
相對(duì)濕度/% | 20～95 | 60～～95 |
風(fēng)速/m·s-1 | 0～7 | 新風(fēng)換氣 |
大熱輻射強(qiáng)度/KW·m-2 | 1.12±10% |
|
鹽霧沉降量/ml·cm-2·h-1 |
| 0.0125～0.025 |
雨淋 | 簡(jiǎn)易噴淋裝置 |
|
腐蝕氣體 |
| CO2、SO2濃度可調(diào) |
控制系統(tǒng) | 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、手動(dòng)控制 | 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制、手動(dòng)控制 |
加載系統(tǒng) | 加載反力架、液壓加載 | 加載反力架 |
5 試驗(yàn)室的配套設(shè)備
5.1 加載反力架
試驗(yàn)室內(nèi)設(shè)計(jì)布置水平、豎向反力架及加載千斤頂?shù)?。加載反力架初步布置方案如圖2所示。
5.2 混凝土早期特性熱學(xué)、力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備
混凝土環(huán)境試驗(yàn)室進(jìn)行混凝土早期特性熱學(xué)、力學(xué)及裂縫控制試驗(yàn)研究，需配備包括導(dǎo)溫儀、導(dǎo)熱儀、絕熱量熱器、絕熱溫升儀、線膨脹系數(shù)測(cè)定儀、干縮儀、混凝土早期自收縮測(cè)定系統(tǒng)、徐變加荷儀、開裂試驗(yàn)架、拉伸儀等設(shè)備。
5.3 試驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備儀器
根據(jù)試驗(yàn)要求和所設(shè)計(jì)的模擬環(huán)境，選擇相適應(yīng)的各種檢測(cè)設(shè)備儀器：溫濕度檢測(cè)儀、光照強(qiáng)度測(cè)定儀、風(fēng)速儀、荷載傳感器、位移傳感器、氣體含量檢測(cè)儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。
5.4 環(huán)保設(shè)施
試驗(yàn)室部分實(shí)驗(yàn)空間存在噪聲、腐蝕氣體等環(huán)保問題，應(yīng)采取減震降噪措施及污染氣體回收凈化措施，配備環(huán)保設(shè)備，將噪音、空氣污染控制到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許的水平。
6 結(jié)語(yǔ)
利用環(huán)境模擬技術(shù)，建設(shè)大型多功能混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境試驗(yàn)室，是一項(xiàng)創(chuàng)新的、有意義的嘗試。通過對(duì)現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境模擬試驗(yàn)室技術(shù)的研究應(yīng)用，可從時(shí)間到空間模擬所需要的各種環(huán)境，如自然氣候環(huán)境、工業(yè)環(huán)境、海洋環(huán)境等，并實(shí)現(xiàn)多種耦合環(huán)境的共同作用。在模擬的實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行各種工程材料的試驗(yàn)，可對(duì)環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行定性定量的、全面系統(tǒng)的仿真分析，對(duì)混凝土的耐久性、裂縫控制、各種早期特性的研究實(shí)現(xiàn)從源頭創(chuàng)新，有積極的推動(dòng)作用。
目前環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展迅速，科技成果不斷涌現(xiàn)，需要掌握環(huán)境模擬技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)和技術(shù)水平，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境試驗(yàn)的具體要求，研究混凝土環(huán)境模擬試驗(yàn)室關(guān)鍵技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)、高水平混凝土環(huán)境模擬試驗(yàn)室，制定詳細(xì)的混凝土早期特性試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)、裂縫控制試驗(yàn)的規(guī)劃藍(lán)本，為下一步科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)結(jié)構(gòu)工程學(xué)科的快速發(fā)展。
