雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混凝土凍融試驗(yàn)裝置，具體是一種雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土的抗凍性能是評(píng)價(jià)混凝土長(zhǎng)期耐久性指標(biāo)的一個(gè)重要內(nèi)容，在重要的混凝上工程中，每一個(gè)有抗凍要求的混凝土配比幾乎都需要進(jìn)行抗凍性能檢測(cè)(包括配比設(shè)計(jì)和施工抽檢)，因此每年有大量的抗凍試驗(yàn)要做。混凝土抗凍試驗(yàn)設(shè)備就是用于檢驗(yàn)混凝土抗凍性能的試驗(yàn)設(shè)備，主要包括混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備、混凝土慢速凍融試驗(yàn)設(shè)備和混凝土單邊凍融試驗(yàn)設(shè)備，其中應(yīng)用最普遍的是混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備。
[0003]現(xiàn)有的混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備均采用單一凍融試驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)形式，如圖1所示，混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備分為室內(nèi)運(yùn)行主設(shè)備和室外散熱設(shè)備兩部分，冷凝放熱器I一般放置在室外作為室外機(jī)部分，由于散熱量比較大，通常采用室外散熱水塔(或室外大型風(fēng)冷設(shè)備)的方式進(jìn)行散熱。試驗(yàn)時(shí)將混凝土抗凍試件放入橡膠試件盒5，再將橡膠試件盒5放入凍融試驗(yàn)箱A6中，打開(kāi)電源，在自動(dòng)控制系統(tǒng)12的指令下，控制壓縮機(jī)2和加熱器4分別運(yùn)行，通過(guò)制冷和加熱防凍液，使管路中的防凍液分別處于制冷循環(huán)和加熱循環(huán)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)凍融試驗(yàn)箱A6內(nèi)(包括防凍液和箱內(nèi)物體)的冷熱循環(huán)。混凝上快速凍融試驗(yàn)設(shè)備的國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的一次凍融循環(huán)歷時(shí)一般2.5?4.0h，試件中心溫度上下限一般分別控制在-18±2°C和5±2°C，防凍液的溫度上下限一般分別控制在-25?-23°C和10?15°C?；炷量箖鲈嚰某叽鐬?0mmX 10mmX400mm，一般情況下，一組試件為三塊。從上述國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中的溫控范圍和凍融循環(huán)歷時(shí)短的要求看來(lái)，采用單一凍融試驗(yàn)箱整箱進(jìn)行制冷和加熱運(yùn)行時(shí)的功率和能耗都是比較大的。
[0004]在JG/T 243-2009《混凝土抗凍試驗(yàn)設(shè)備》中，將混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備按公稱容量分為三個(gè)檔次:3組、5組和9組，且有要求“公稱容量為9組、5組和3組的快速凍融試驗(yàn)設(shè)備的滿載最大運(yùn)行功率分別不應(yīng)超過(guò)llkW、6kW和4kW，且滿載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)凍融循環(huán)的耗電量分別不應(yīng)超過(guò)33kWh、18kWh和12kWh”。該要求主要是受到試驗(yàn)室供電功率的限制，混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備的最大試件容量一般不超過(guò)9組，再大容量的設(shè)備需要特殊定制，并有特定供電保證。下面以某公司生產(chǎn)的公稱容量為9組的混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備為例，舉例說(shuō)明混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備的能耗情況，該設(shè)備為單一凍融試驗(yàn)箱結(jié)構(gòu)，其經(jīng)歷冷熱溫度循環(huán)的主要包括以下幾部分:1)凍融試驗(yàn)箱容納的9組試件，總重約為270kg(每個(gè)試件約1kg) ；2)防凍液，重約120kg ；3)橡膠試驗(yàn)盒(包含盒內(nèi)的介質(zhì)水)和不銹鋼支架，重約60kg ;4)試驗(yàn)箱內(nèi)壁和部分循環(huán)管路，詳細(xì)重量不詳，低估按20kg計(jì)。在凍融循環(huán)的過(guò)程中，2、3、4部分(總重約200kg)全部經(jīng)歷防凍液溫度上下限的溫度循環(huán)，I部分總體約270kg經(jīng)歷稍低于防凍液溫度上下限的溫度循環(huán)。混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備消耗的大量電能就用于1、2、3、4部分的快速冷熱循環(huán)過(guò)程中，該設(shè)備I天若進(jìn)行8個(gè)凍融循環(huán)需要消耗兩百多度電。
[0005]此外，混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備的噪音污染也是比較嚴(yán)重的。在JG/T 243-2009《混凝土抗凍試驗(yàn)設(shè)備》中還提到混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備滿載運(yùn)轉(zhuǎn)的工作噪聲不應(yīng)大于70dB(A)。噪音主要來(lái)源于兩個(gè)部位:大功率制冷壓縮機(jī)和室外散熱水塔(或室外大型風(fēng)冷設(shè)備)。大功率制冷壓縮機(jī)的噪音由于設(shè)備功率較大，運(yùn)行噪音很大，很難降低，解決辦法是盡量選用質(zhì)量好噪音低的壓縮機(jī)，必要時(shí)還需進(jìn)行封閉降噪及其他降噪措施，若能降低功率消耗而使用功率較低的壓縮機(jī)也可以降低部分噪音。室外散熱水塔(或室外大型風(fēng)冷設(shè)備)也是噪音的主要來(lái)源之一，其解決辦法也是盡量選用質(zhì)量好噪音低的風(fēng)扇電機(jī)(這樣成本會(huì)增加很多)，必要時(shí)還需進(jìn)行封閉降噪及其他降噪措施，若能降低功率消耗而使用功率較低的風(fēng)扇電機(jī)也可以降低部分噪音。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種低能耗、低噪音的雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置，采用了雙凍融試驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)形式，所述裝置包括兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱、雙箱間的防凍液循環(huán)交換系統(tǒng)、雙箱分別加熱冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)；所述兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱分別稱作凍融試驗(yàn)箱A、凍融試驗(yàn)箱B ;所述雙箱間的防凍液循環(huán)交換系統(tǒng)通過(guò)交換管道分別與凍融試驗(yàn)箱A、凍融試驗(yàn)箱B連接，所述雙箱分別加熱冷卻系統(tǒng)通過(guò)加熱和冷卻管道分別與凍融試驗(yàn)箱A、凍融試驗(yàn)箱B連接；所述兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱內(nèi)均安裝有溫度傳感器，根據(jù)接收到的溫度數(shù)據(jù)，所述自動(dòng)控制系統(tǒng)分別控制雙箱間的防凍液循環(huán)交換系統(tǒng)的交換管道、雙箱分別加熱冷卻系統(tǒng)的加熱和冷卻管道與兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱的連接或斷開(kāi)；存儲(chǔ)系統(tǒng)用于存儲(chǔ)自動(dòng)控制系統(tǒng)接收到的溫度數(shù)據(jù)和時(shí)間數(shù)據(jù)。
[0009]一種利用所述的雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)使兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱分別處于凍和融的不同運(yùn)行狀態(tài)，循環(huán)往復(fù)，異步運(yùn)行。
[0010]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:異步運(yùn)行時(shí)的能量交換主要包括兩個(gè)過(guò)程:
[0011]第一個(gè)過(guò)程，當(dāng)兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱異步運(yùn)行到循環(huán)轉(zhuǎn)換時(shí)，一個(gè)凍融試驗(yàn)箱處于高溫狀態(tài)，另一個(gè)凍融試驗(yàn)箱處于低溫狀態(tài)，通過(guò)雙箱間的防凍液循環(huán)交換系統(tǒng)直接使兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱內(nèi)的防凍液進(jìn)行能量相互交換，從而達(dá)到對(duì)兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱分別制冷、加熱的效果，直到兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱內(nèi)的防凍液溫度接近時(shí)為止。在這一過(guò)程中，高溫防凍液和低溫防凍液的溫度都得到了利用，避免了這一部分原來(lái)需要電制冷和電加熱的能量消耗。僅這部分節(jié)約的能量就達(dá)到了同條件單一試驗(yàn)箱能量消耗的50%以上，極大的降低了能源消耗。
[0012]第二個(gè)過(guò)程，當(dāng)前面過(guò)程中兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱內(nèi)的防凍液溫度接近時(shí)，斷開(kāi)雙箱間的防凍液循環(huán)交換系統(tǒng)的交換管路，啟動(dòng)雙箱分別加熱冷卻系統(tǒng)，利用雙箱分別加熱冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的冷能量和副產(chǎn)品熱能量分別對(duì)兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱中需要繼續(xù)降溫的凍融試驗(yàn)箱進(jìn)行制冷，對(duì)兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱中需要繼續(xù)升溫的凍融試驗(yàn)箱進(jìn)行加熱，直至需要降溫的凍融試驗(yàn)箱降溫至設(shè)定溫度成為低溫箱，需要升溫的凍融試驗(yàn)箱升溫到設(shè)定溫度成為高溫箱。在這一過(guò)程中，制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的副產(chǎn)品熱能量得到了利用，不再被白白浪費(fèi)。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的節(jié)能效果顯著。與傳統(tǒng)采用單一凍融試驗(yàn)箱不同，本發(fā)明采用了雙凍融試驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)使兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱分別處于凍和融的不同運(yùn)行狀態(tài)，異步運(yùn)行，能夠使系統(tǒng)體系內(nèi)的能源交換和利用更充分，從而達(dá)到大量節(jié)約能源的目的。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0015](I)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)體系內(nèi)的能源交換和利用，節(jié)約能源，在同等試驗(yàn)量時(shí)的能量消耗僅為同類現(xiàn)有的單一試驗(yàn)箱裝置的30?35% ;
[0016](2)能突破原來(lái)供電限制下的設(shè)備容量，可以建造更大容量的設(shè)備；
[0017](3)降低造價(jià)和減少設(shè)備體積，由于能量消耗的減少和制冷設(shè)備廢熱的利用，可以大大縮小或取消原制冷設(shè)備的室外水塔或室外大型風(fēng)冷設(shè)備；
[0018](4)能耗的減少促進(jìn)了設(shè)備的小型化，進(jìn)而降低設(shè)備噪音，改善運(yùn)行環(huán)境。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是現(xiàn)有的混凝土快速凍融試驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021 ] 圖3是雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置的凍融循環(huán)運(yùn)行第一個(gè)步驟/第三個(gè)步驟的不意圖；
[0022]圖4是雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置的凍融循環(huán)運(yùn)行第二個(gè)步驟的示意圖；
[0023]圖5是雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置的凍融循環(huán)運(yùn)行第四個(gè)步驟的示意圖；
[0024]圖中:1-冷凝放熱器、2-壓縮機(jī)、3-蒸發(fā)制冷器、4-電加熱器、5-橡膠試件盒、6-凍融試驗(yàn)箱A、7-循環(huán)泵A、8-膨脹閥、9-電磁閥、10-過(guò)濾器、11-貯液罐、12-自動(dòng)控制系統(tǒng)、13-凍融試驗(yàn)箱B、14-閥門(mén)A、15-閥門(mén)B、16-循環(huán)泵B、17-閥門(mén)C、18-閥門(mén)D、19-循環(huán)泵C、20-循環(huán)泵D、21-第一管道、22-第二管道、23-第三管道、24-第四管道、25-混合交換器。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0026]請(qǐng)參閱圖2?5，本發(fā)明實(shí)施例中，雙箱異步式混凝土凍融試驗(yàn)裝置，采用了雙凍融試驗(yàn)箱的結(jié)構(gòu)形式，其裝置包括兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱、雙箱間的防凍液循環(huán)交換系統(tǒng)、雙箱分別加熱冷卻系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)；兩個(gè)凍融試驗(yàn)箱分別稱作凍融試驗(yàn)箱A6、凍融試驗(yàn)箱B13