本發明涉及混凝土性能試驗裝置，具體地，涉及一種凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置及方法。

背景技術：

1、在西北高原地區大溫差、強風沙的環境條件下，服役混凝土結構面臨著凍融循環、風沙沖蝕的雙重損傷。在晝夜溫差劇烈波動的環境下，混凝土內部水分反復凍結和融化，產生體積變化導致混凝土內部微裂紋的形成和擴展，同時，強風攜帶大量沙粒，對混凝土表面產生磨蝕作用，削弱其抗侵蝕能力，進而加速材料的劣化。此外，混凝土結構服役過程中始終處于荷載作用下，荷載施加會引發應力集中，使得凍融和風沙沖蝕的損傷累積效應進一步增強。凍融、風沙沖蝕和荷載的耦合作用相互疊加并相互作用，形成復雜的耦合損傷機制，導致混凝土劣化速度遠高于單一因素作用，且多種因素之間存在顯著的加速效應。

2、相關技術中，試驗裝置大多只能模擬單一因素的作用，如單一的凍融循環，單一的風沙沖蝕，所謂的凍融循環與風沙沖蝕耦合試驗實際上是將這兩種因素依次施加，為間接耦合，未能真正意義上實現凍融循環與風沙沖蝕的耦合，并經常忽略混凝土服役過程中的荷載因素，使得既有的試驗裝置的試驗結果難以真實、準確反映西北高原地區復雜環境下服役混凝土初始損傷演化及其與耐久性退化的關系。

技術實現思路

1、本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

2、為此，本發明實施例提出一種凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，該凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置能夠根據測試需求，模擬凍融循環、風沙沖蝕與軸向荷載耦合作用下西北高原地區混凝土服役的復雜環境，保證試驗結果的真實度，更準確地反映大溫差、強風沙耦合作用下服役混凝土的初始損傷演化及帶初始損傷混凝土的耐久性退化規律，提高了試驗研究的準確度。

3、本發明實施例還提出一種凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗方法。

4、本發明實施例的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，包括：

5、試驗箱，所述試驗箱具有試驗腔，所述試驗箱上設有用于施加荷載的壓力機，所述壓力機的活動端伸入所述試驗腔且端部設有第一夾板，所述試驗箱內對應所述第一夾板設有第二夾板，所述第一夾板和所述第二夾板用于夾持混凝土塊；

6、吹沙組件，所述吹沙組件包括送風機、送風管、盛沙筒、下料管和吹沙管，所述送風管的一端與所述送風機連接且另一端伸入所述試驗腔，所述盛沙筒通過所述下料管與所述送風管連通，所述吹沙管相對所述試驗箱活動設于所述送風管的端部，所述吹沙管的軸線與所述送風管的軸線所呈夾角的角度可調；

7、溫控組件，所述溫控組件包括用于調節所述試驗腔內空氣溫度的制熱單元和制冷單元。

8、本發明實施例的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置能夠根據測試需求，模擬凍融循環、風沙沖蝕與軸向荷載耦合作用下西北高原地區混凝土服役的復雜環境，保證試驗結果的真實度，更準確地反映大溫差、強風沙耦合作用下服役混凝土的初始損傷演化及帶初始損傷混凝土的耐久性退化規律，提高了試驗研究的準確度。

9、在一些實施例中，包括支架和連接管，所述支架連接于所述試驗箱且包括豎直板段和水平板段，所述豎直板段上設有球鉸孔，所述連接管可柔性變形或可彈性折疊，所述連接管連接于所述送風管和所述吹沙管之間，所述吹沙管上固定套設有球鉸塊，所述球鉸塊鉸接配合于所述球鉸孔。

10、在一些實施例中，包括連接件、電動液壓推桿和驅動件，所述連接件設于所述吹沙管，所述電動液壓推桿設于所述水平板段，所述驅動件設于所述電動液壓推桿的活動端且與所述連接件滑動配合，所述驅動件用于驅動所述吹沙管繞所述球鉸孔轉動。

11、在一些實施例中，包括固定板和第一驅動電機，所述固定板固定設于所述試驗腔，所述水平板段上固定設有第一驅動軸，所述第一驅動軸轉動設于所述固定板，所述第一驅動電機與所述第一驅動軸傳動連接并用于驅動所述支架繞所述第一驅動軸擺動。

12、在一些實施例中，包括換熱箱，所述換熱箱具有第一口和第二口，所述送風管包括第一管段和第二管段，所述第一管段與所述第一口連接，所述第二管段與所述第二口連接，所述制熱單元和所述制冷單元設于所述換熱箱并用于調節所述換熱箱內空氣的溫度；

13、和/或，所述試驗箱上設有溫濕度傳感器和濕度調節單元，所述濕度調節單元用于調節實驗腔內空氣的濕度，所述溫濕度傳感器用于監測所述試驗腔內的溫度和濕度。

14、在一些實施例中，所述第一夾板上轉動設有第一卡板，所述第二夾板上轉動設有第二卡板，所述第一卡板和所述第二卡板用于夾持混凝土塊并用于驅動混凝土塊轉動。

15、在一些實施例中，包括第二驅動電機，所述第二卡板上同軸且固定設有第二驅動軸，所述第二驅動軸穿過所述第二夾板，所述第二驅動電機固定設于所述第二夾板并用于驅動所述第二驅動軸轉動。

16、在一些實施例中，包括接料斗，所述試驗箱的底部連接有排料斗，所述排料斗上設有卸料口，所述接料斗對應所述卸料口設置并用于承接從所述試驗箱排出的沙粒；

17、和/或，所述試驗箱上設有調壓閥，所述調壓閥用于連通所述試驗腔與所述試驗箱外的環境以調節所述試驗腔內的空氣壓力。

18、在一些實施例中，包括活動管，所述活動管滑動套設于所述吹沙管且與所述吹沙管尺寸適配，所述活動管上螺紋連接有緊固件，所述緊固件用于抵壓于所述吹沙管以固定所述活動管的位置。

19、本發明實施例的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗方法包括上述任一實施例的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，所述試驗方法包括以下步驟：

20、s1：通過第一夾板和第二夾板夾持混凝土塊，并通過壓力機對混凝土塊施加設定的荷載；

21、s2：通過溫控組件對試驗腔內的空氣溫度進行升溫和降溫的調節，并開啟送風機向試驗腔內輸送空氣，校驗試驗腔內的溫度，以在外部送風情況下使試驗腔內的空氣溫度滿足凍融循環實驗要求；

22、s3：啟動吹沙組件，送風管內的空氣攜帶下料管內排出的沙粒并經過吹沙管沖擊混凝土塊，調節送風機的送風量、下料管的下料速度以及吹沙管的吹沙角度，模擬自然環境下的風沙侵蝕環境；

23、s4：設定周期的凍融循環和風沙沖蝕后，關閉吹沙組件和溫控組件，增加壓力機施加在混凝土塊上的荷載至混凝土塊破壞，記錄試驗中設定荷載參數、環境條件參數以及混凝土塊的應力變化曲線。

技術特征：

1.一種凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，其特征在于，包括支架和連接管，所述支架連接于所述試驗箱且包括豎直板段和水平板段，所述豎直板段上設有球鉸孔，所述連接管可柔性變形或可彈性折疊，所述連接管連接于所述送風管和所述吹沙管之間，所述吹沙管上固定套設有球鉸塊，所述球鉸塊鉸接配合于所述球鉸孔。

3.根據權利要求2所述的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，其特征在于，包括連接件、電動液壓推桿和驅動件，所述連接件設于所述吹沙管，所述電動液壓推桿設于所述水平板段，所述驅動件設于所述電動液壓推桿的活動端且與所述連接件滑動配合，所述驅動件用于驅動所述吹沙管繞所述球鉸孔轉動。

4.根據權利要求2所述的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，其特征在于，包括固定板和第一驅動電機，所述固定板固定設于所述試驗腔，所述水平板段上固定設有第一驅動軸，所述第一驅動軸轉動設于所述固定板，所述第一驅動電機與所述第一驅動軸傳動連接并用于驅動所述支架繞所述第一驅動軸擺動。

5.根據權利要求1所述的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，其特征在于，包括換熱箱，所述換熱箱具有第一口和第二口，所述送風管包括第一管段和第二管段，所述第一管段與所述第一口連接，所述第二管段與所述第二口連接，所述制熱單元和所述制冷單元設于所述換熱箱并用于調節所述換熱箱內空氣的溫度；

6.根據權利要求1所述的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，其特征在于，所述第一夾板上轉動設有第一卡板，所述第二夾板上轉動設有第二卡板，所述第一卡板和所述第二卡板用于夾持混凝土塊并用于驅動混凝土塊轉動。

7.根據權利要求6所述的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，其特征在于，包括第二驅動電機，所述第二卡板上同軸且固定設有第二驅動軸，所述第二驅動軸穿過所述第二夾板，所述第二驅動電機固定設于所述第二夾板并用于驅動所述第二驅動軸轉動。

8.根據權利要求1所述的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，其特征在于，包括接料斗，所述試驗箱的底部連接有排料斗，所述排料斗上設有卸料口，所述接料斗對應所述卸料口設置并用于承接從所述試驗箱排出的沙粒；

9.根據權利要求1所述的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，其特征在于，包括活動管，所述活動管滑動套設于所述吹沙管且與所述吹沙管尺寸適配，所述活動管上螺紋連接有緊固件，所述緊固件用于抵壓于所述吹沙管以固定所述活動管的位置。

10.一種凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗方法，其特征在于，基于權利要求1-9任一項所述的凍融-風蝕-荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置，所述試驗方法包括以下步驟：

技術總結
本發明公開了一種凍融?風蝕?荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置及方法，涉及混凝土性能試驗裝置技術領域。本發明的凍融?風蝕?荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置包括試驗箱、吹沙組件和溫控組件，所述試驗箱具有試驗腔，所述試驗箱上設有用于夾持混凝土塊并施加荷載的壓力機，所述吹沙組件包括用于向混凝土塊輸送風沙的吹沙管，且所述吹沙管的軸線與送風管的軸線所呈夾角的角度可調，所述溫控組件用于調節試驗腔內溫度。本發明的凍融?風蝕?荷載耦合的混凝土損傷試驗裝置能夠模擬凍融循環、風沙沖蝕與軸向荷載耦合作用下混凝土服役的復雜環境，更準確地反映服役混凝土的初始損傷演化及帶初始損傷混凝土的耐久性退化規律，提高了試驗研究的準確度。

技術研發人員：劉鐵軍,周傲,毛金旺
受保護的技術使用者：哈爾濱工業大學（深圳）（哈爾濱工業大學深圳科技創新研究院）
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28