本发明涉及混凝土试验，尤其是一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱及试验方法。
背景技术：
1、混凝土的碳化试验是检验混凝土结构耐久性能的一个重要指标，自然环境中的紫外线会加速碳化反应的进行，紫外线环境在较大程度上取决于日照，我国不同地区温度、湿度、日照差异大，如黑龙江省漠河市年平均气温-3.5℃，海南省三亚市年平均气温25.7℃，两地年平均温差接近30℃。科研工作者要想获得不同地区混凝土在自然状态下的碳化数据，只有实地进行碳化试验才能得到，给研究带来诸多不便。
2、混凝土结构是最常见的建筑结构形式，处于滨海盐雾区的钢筋混凝土结构还容易受到盐雾侵蚀,导致钢筋锈蚀,引起建筑结构耐久性问题,缩短建筑结构服役时间和影响使用。
技术实现思路
1、本发明提出一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱及试验方法，能够根据混凝土试块的尺寸调整光照范围，确保紫外线照射均匀全面，并且能够模拟混凝土在盐雾环境下的碳化规律。
2、本发明采用以下技术方案。
3、一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱，用于以紫外线对混凝土试块进行碳化测试试验，其特征在于：所述试验箱包括控制模块(20)、碳化箱体(1)和水箱(16)；所述碳化箱体内腔设有罩于试件上的紫外线照射灯罩(5)；紫外线照射灯罩顶部相对于试件的竖向距离由灯罩升降伸缩杆(6)调整；紫外线照射灯罩的侧壁可移动，侧壁相对于试件的横向距离由平移伸缩杆(25)调整；
4、紫外线照射灯罩内壁均匀布设紫外线照射灯(7)；紫外线照射灯的灯珠处设有使出射光垂直照射于试件表面的橘皮反光杯(9)，还设有用于监测紫外线照射灯工况的无线传感器(21)；所述控制模块按试验所需，根据无线传感器的监测值、混凝土试块的尺寸，以灯罩升降伸缩杆、平移伸缩杆调整紫外线照射灯罩，或是调整紫外线照射灯的功率，控制紫外线对试块的照射范围和照射强度。
5、所述碳化箱体的一侧外壁设置有防护门(2)，防护门的两侧通过铰链(3)和碳化箱体铰接，防护门的外壁固定连接有把手(4)；
6、所述紫外线照射灯罩上侧和前后侧是尺寸一致的长方形，紫外线照射灯罩正侧剖切的截面为正方形；所述混凝土试块为用于对混凝土材料进行耐久性能和力学性能测试的标准试件，混凝土试块为正方体或者长方体。
7、所述水箱(16)通过水泵(18)连接喷管(15)，喷管(15)与碳化箱体(1)中的紫外线照射灯罩(5)内侧上方中间固定的雾化喷头(14)连接；
8、碳化箱体(1)内底部设置排水口(20)，且水泵处用于监测水泵工况的无线传感器的控制端与控制器(20)无线连接；
9、所述碳化箱体(1)内侧顶部装设有温湿度控制机构(24)、用于向箱内输入二氧化碳的二氧化碳控制机构(23)，紫外线照射灯罩(5)上方装有二氧化碳浓度传感器(31)，且二氧化碳控制机构(23)和用于监测温湿度控制机构(24)工况的无线传感器(21)的控制端与控制器(20)无线连接。
10、紫外线照射灯罩的左侧壁、右侧壁通过与之相连的平移伸缩杆(25)驱动平移，以根据混凝土试块尺寸来调整灯罩左右侧出光面到混凝土试块表面的距离；
11、所述灯罩升降伸缩杆用于驱动紫外线照射灯罩(5)的升降运动，使紫外线照射灯罩的位置高度可被调整，当需要进行试验时，紫外线照射灯罩(5)下降并罩在混凝土试块上对其照射紫外线，在碳化测试结束后，将紫外线照射灯罩其上升至碳化箱体内腔顶端，以便于使用者取用、观察试块。
12、所述紫外线照射灯罩的上方的碳化箱体内腔装设灯罩升降伸缩杆(6)，且灯罩升降伸缩杆的伸缩端与紫外线照射灯罩的顶部装配组合，灯罩升降伸缩杆的固定端通过紧固件装配连接在碳化箱体的顶部内壁处。
13、碳化箱体(1)的内腔底部设置有底座(12)，所述底座(12)内设有紫外线照射灯板(28)，紫外线照射灯板处均匀排布设置紫外线照射灯(7)；
14、紫外线照射灯板(28)底侧与灯板升降伸缩杆(29)装配连接，控制模块通过灯板升降伸缩杆(29)调整紫外线照射灯板的紫外线照射灯(7)到混凝土试块表面的距离；
15、灯板升降伸缩杆(29)处用于监测灯板升降伸缩杆工况的无线传感器的控制端与控制器(20)无线连接；
16、碳化箱体左右两侧的内壁上均安装有滑轨(27)，所述滑轨(27)处设置有滑块(26)，滑块(26)与平移伸缩杆(25)装配连接，平移伸缩杆(25)的伸缩端与紫外线照射灯罩(5)的左右侧装配组合，且平移伸缩杆处用于监测平移伸缩杆工况的传感器的控制端与控制器无线连接；
17、所述碳化箱体(1)前侧的外壁上设置控制器(20)，所述控制器(20)包括数值设置模块(22)与设于试验箱多个机构处的无线传感器，控制器(20)与无线传感器(21)以无线方式连接；通过数值设置模块(22)对试验中的紫外线照射强度和范围、紫外线照射灯罩(5)左右两侧平移的距离、紫外线照射灯板(28)到混凝土试块表面的距离、盐雾中的喷雾量、箱内的温湿度及二氧化碳浓度进行设定，在达到所需时间后，控制器(20)通过无线传输发出终止信号至试验箱的各机构。
18、所述底座(12)的表面固定装配设置透光钢化玻璃板(13)，混凝土试块通过透光钢化玻璃板(13)上的四个正方体可移动支架(30)支撑；所述透光钢化玻璃板(13)和紫外线照射灯板(28)的尺寸与所述紫外线照射灯罩(5)的上侧和前后侧均一致。
19、所述紫外线照射灯(7)内部配置灯珠(8)，各个灯珠(8)皆配置有独立的橘皮反光杯(9)和无线传感器(21)；各个灯珠的灯壳(11)前端装配有透镜(10)；所述橘皮反光杯(9)用于实现优化光线的散射方式和聚焦效果，通过提升光线的聚焦效果，使得每个紫外线照射灯所发出光线垂直照身于试件表面，以避免其它照射源的灯光通过反射或折射到受测试件表面并影响光照强度。
20、一种混凝土碳化盐雾耦合试验方法，使用混凝土碳化盐雾耦合试验箱，包括以下步骤；
21、步骤1、准备试件：测量待试验混凝土试块的尺寸，打开试验箱的防护门(2)；
22、若待试验的混凝土试块为正方体，将混凝土试块放置在透光钢化玻璃板(13)正中间，确保混凝土试块与透光钢化玻璃板(13)的前后边距离是一致的，之后将正方体可移动支架上(31)放置在试块的四个底部边角，确保其平稳；若待试验的混凝土试块为长方体，则将试块表面为正方形的两侧作为左右侧放置透光钢化玻璃板(13)正中间，确保混凝土试块与透光钢化玻璃板(13)的前后边距离是一致的，之后将正方体可移动支架上(31)放置在试块的四个底部边角，确保其平稳；然后关闭防护门；步骤2、调节距离和环境；控制灯罩升降伸缩杆(6)向下伸展，使紫外线照射灯罩(5)覆盖在混凝土试块上方；然后通过测量得到的混凝土尺寸，已知紫外线照射灯罩(5)的尺寸，用紫外线照射灯罩(5)内部的高度或宽度h减去混凝土试块的高度或宽度x和正方体可移动支架的高度a，则紫外线照射灯罩(5)内部上侧紫外线照射灯(7)到混凝土试块上表面的距离为d＝h-x-a；
23、得到紫外线照射灯罩(5)内部上侧紫外线照射灯(7)到混凝土试块上表面的距离为d，紫外线照射灯罩(5)内部前后侧到混凝土试块前后侧的距离为0.5(h-x)；
24、假设混凝土试块的高度或宽度为x，紫外线照射灯罩(5)内部前后侧到混凝土试块前后侧的距离为y，紫外线照射灯罩(5)内部的高度或宽度为h，因紫外线照射灯罩(5)侧面剖切面为正方形，各边等长，且混凝土试块放置于透光钢化玻璃板(13)正中间，则混凝土试块前后侧到紫外线照射灯罩(5)内部前后侧的距离是相同，有等式：
25、h＝y+x+y
26、h-x＝y+y
27、h-x＝2y
28、2y＝h-x
29、y＝0.5(h-x)
30、所述控制器(20)内的数值设置模块(22)，设置输入紫外线照射灯罩(5)左右两侧和紫外线照射灯板(28)到试块表面的距离为d，平移伸缩杆(25)和灯板升降伸缩杆(29)内的无线传感器按控制信号进行移动，使除了紫外线照射灯罩(5)内部前后侧之外的紫外线照射灯到混凝土试块表面的距离一致；紫外线照射灯罩(5)内部前后侧紫外线照射灯(7)到混凝土试块表面的距离为紫外线照射灯罩(5)内部高度或宽度减去混凝土试块高度或宽度之差的一半；
31、根据所需浓度配置水箱(16)里的氯化钠溶液。准备好与水箱容量相等的去离子水或蒸馏水；然后在一个容器中逐步加入氯化钠到水中，并不断搅拌，确保氯化钠完全溶解，用浓度计或其他测量工具检查溶液的实际浓度，确保与目标浓度一致；
32、通过控制器(20)调节箱内的温湿度，向箱内供入所需浓度的二氧化碳。通过湿度控制机构(24)内的无线传感器实时监测箱内的温湿度变化，并确保二氧化碳气瓶已连接到二氧化碳控制机构的供气系统，检查所有连接部件是否密封良好；当温湿度控制机构(24)里的无线传感器检测到温湿度达到实验要求，且位于紫外线照射灯罩(5)上方的二氧化碳浓度传感器(31)检测到箱内达到所需二氧化碳浓度后，调整供气量，确保二氧化碳浓度达到并稳定在设定值；保证试验能在所要求温湿度和二氧化碳浓度下，从而可进行下一步操作；
33、步骤3、设定混凝土试块表面紫外线照射强度e：用控制器(20)选择混凝土尺寸对应照射区域内的紫外线照射灯(7)，开启照射；将混凝土试块表面目标照射强度e在控制器(20)内的数值设置模块(22)输入，通过控制器(20)的计算后调整紫外线照射灯输出功率，达到所需的紫外线照射灯的照射强度i，从而实现精确控制混凝土试块表面的紫外线照射强度e；
34、紫外线照射照度e与紫外线照射灯的照射强度i，紫外线照射灯与试件表面的距离d之间的关系遵循逆平方定律，其计算公式如下：
35、e＝i/d2；
36、其中：
37、e:紫外线照射强度，单位为μw/cm2；
38、i:紫外线照射灯的照射强度，单位为μw；
39、d:紫外线照射灯与试件表面的距离，单位为cm；
40、步骤4、开始实验：设定实验时间；并开启喷雾系统，使其模拟真实的海工混凝土结构的服役环境；
41、步骤5、保持实验条件：实验期间保持温湿度、二氧化碳浓度、紫外线灯照射强度，喷雾量稳定；
42、步骤6.完成实验：实验进行到设定时间，控制器(20)通过发出无线信号至无线传感器(21)接收端，关闭紫外线照射灯(7)、水泵(18)、二氧化碳供给机构(23)及温湿度控制机构(24)，控制灯罩升降伸缩杆(6)上升至顶部；最后，开启防护门(2)，将混凝土试块取出。
43、步骤3中，要达到紫外线照射灯(7)目标照射强度e，所需调整紫外线照射灯(7)的照射强度i，通过以下步骤进行计算和实现：
44、设紫外线照射灯参数：紫外线照射灯(7)的功率为a，最大照度为b，电流为c；
45、计算公式应用：设紫外线照射灯罩(5)内部上侧紫外线照射灯(7)到混凝土试块上表面的距离为d，紫外线照射灯罩(5)内部前后侧到混凝土试块表面距离为0.5(h-x)。要达到紫外线照射灯(7)目标照射强度e，则计算所需紫外线照射灯(7)的照射强度i0，i1分别为：
46、e＝i0/d2
47、i0＝e×d2
48、e＝i1/[0.5(h-x))]2
49、i1＝e×0.25(h-x)2
50、通过控制器(20)调整除了紫外线照射灯罩(5)内部前后侧外紫外线照射灯(7)的输出功率达到相应的照射强度i0，调整紫外线照射灯罩(5)内部前后侧紫外线照射灯(7)的的输出功率达到相应的的照射强度i1。
51、本发明提出了一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱及试验方法。该试验箱能够根据混凝土试块的尺寸调整光照范围，确保紫外线照射均匀全面，并且能够模拟混凝土在盐雾环境下的碳化规律。通过这种设计，本发明提供了一种更为精确和全面的试验方法，从而提升建筑结构耐久性设计和使用寿命预测的准确性，其优点在于：
52、1、本发明能够实现对不同尺寸的混凝土试块进行紫外线照射范围的控制，从而节省电源的浪费；这是因为本发明通过紫外线照射灯中无线传感器的设置，控制器内的数值设置模块可以控制紫外线照射灯在混凝土尺寸对应区域内的照明。
53、2.本发明能够实现每个紫外线照射灯所发出光线垂直照身于试件表面，避免了其它照射板的灯光通过反身或折射到本试件表面，影响光照强度。这是因为紫外线照射灯(7)中灯珠(8)配置的独立橘皮反光杯(9)，此设置可以实现优化光线的散射方式和聚焦效果。
54、3.本发明能够实现混凝土试块表面到紫外线照射灯罩(5)左右侧和底侧距离的控制。这是因为通过紫外线照射灯罩(5)内壁左右两侧平移伸缩杆(25)的设计，此设置可以实现对灯罩(5)内壁左右两侧的紫外线照射灯(7)到混凝土试块表面的距离的控制；之后通过紫外线照射灯板(28)下灯板升降伸缩杆(29)的设置，此设置可以实现紫外线照射灯板(28)中紫外线照射灯(7)到混凝土试块表面的距离的控制；
55、4.本发明能够实现根据不同的试验要求对紫外线照射到混凝土试块各表面的照射强度进行精准控制。这是因为通过本发明优点1、2、3的设置，可以通过控制紫外线照射灯的照射强度i即紫外线照射灯的输出功率来对试件表面的紫外线照射强度进行精准控制。
56、5、本发明混凝土试块的紫外线照射覆盖全面，提高了试验的效果。这是因为碳化箱底座内紫外线照射灯板的设置减少了碳化试验中的照射盲区，提高了碳化效率；
57、6、本发明能够有效地模拟出不同温湿度和紫外线照射环境条件下混凝土的碳化规律,且结构简单,易操作,较为真实地反映了海工结构混凝土的侵蚀状况。这是因为本发明通过紫外线碳化系统、盐雾供给系统，二氧化碳供给系统、温湿度控制系统以及控制器的设置满足了该种工况的条件要求；
58、7、本发明通过将不同的试验系统分开设置,可以同时或分开进行盐雾试验和碳化试验,大大提高了试验空间的利用效率,有效降低了试验成本。
59、在本发明的技术方案中，本发明通过紫外线照射灯(7)中无线传感器(21)的设置，控制器(20)内的数值设置模块(22)可以单独控制混凝土尺寸对应区域内紫外线照射灯(7)的照明，由此本发明可以实现针对不同尺寸的混凝土试块匹配相应的紫外线照射灯进行照射。
60、本发明通过紫外线照射灯(7)中灯珠(8)配置的独立橘皮反光杯(9)，可以实现优化光线的散射方式和聚焦效果，使得每个紫外线照射灯所发出光线垂直照身于试件表面，避免了其它照射源的灯光通过反身或折射到本试件表面，影响光照强度。
61、本发明通过紫外线照射灯罩(5)内壁左右两侧平移伸缩杆(25)的设计，可以实现对灯罩(5)内壁左右两侧的紫外线照射灯(7)到混凝土试块表面的距离的控制；之后通过紫外线照射灯板(28)下灯板升降伸缩杆(29)的设置，本发明通过此设置，可以实现紫外线照射灯板(28)中紫外线照射灯(7)到混凝土试块表面的距离的控制；
62、本发明通过以上设计，可以通过控制紫外线照射灯的照射强度i即紫外线照射灯的输出功率来对试件表面的紫外线光照强度进行精准控制，最终在实验中的紫外线照射灯(7)，紫外线照射灯罩(5)和紫外线照射灯板(28)的设计，能使紫外线照射到混凝土试块各表面的照射强度，可根据不同的试验要求进行精准控制；
63、本发明通过底座(12)内紫外线照射灯板(28)和透光钢化玻璃板(14)的设置，可以使底座(12)中紫外线照射灯(7)的光线均匀穿过透光钢化玻璃板(14)向上照射至混凝土试块的底面，使混凝土试块底面被照射；解决了光线照射死角的问题，更符合高楼建筑类构件的场景。
64、本发明通过紫外线碳化系统，盐雾供给系统，二氧化碳供给系统、温湿度控制系统以及控制器的设置，能够有效地模拟出不同温湿度和紫外线照射环境条件下混凝土的碳化规律，能在实验中较为真实地反映了海工结构混凝土的侵蚀状况。
1.一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱，用于以紫外线对混凝土试块进行碳化测试试验，其特征在于：所述试验箱包括控制模块(20)、碳化箱体(1)和水箱(16)；所述碳化箱体内腔设有罩于试件上的紫外线照射灯罩(5)；紫外线照射灯罩顶部相对于试件的竖向距离由灯罩升降伸缩杆(6)调整；紫外线照射灯罩的侧壁可移动，侧壁相对于试件的横向距离由平移伸缩杆(25)调整；
2.根据权利要求1所述的一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱，其特征在于：所述碳化箱体的一侧外壁设置有防护门(2)，防护门的两侧通过铰链(3)和碳化箱体铰接，防护门的外壁固定连接有把手(4)；所述紫外线照射灯罩上侧和前后侧是尺寸一致的长方形，紫外线照射灯罩正侧剖切的截面为正方形；所述混凝土试块为用于对混凝土材料进行耐久性能和力学性能测试的标准试件，混凝土试块为正方体或者长方体。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱，其特征在于：所述水箱(16)通过水泵(18)连接喷管(15)，喷管(15)与碳化箱体(1)中的紫外线照射灯罩(5)内侧上方中间固定的雾化喷头(14)连接；
4.根据权利要求1所述的一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱，其特征在于：紫外线照射灯罩的左侧壁、右侧壁通过与之相连的平移伸缩杆(25)驱动平移，以根据混凝土试块尺寸来调整灯罩左右侧出光面到混凝土试块表面的距离；
5.根据权利要求4所述的一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱，其特征在于：所述紫外线照射灯罩的上方的碳化箱体内腔装设灯罩升降伸缩杆(6)，且灯罩升降伸缩杆的伸缩端与紫外线照射灯罩的顶部装配组合，灯罩升降伸缩杆的固定端通过紧固件装配连接在碳化箱体的顶部内壁处。
6.根据权利要求4所述的一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱，其特征在于：碳化箱体(1)的内腔底部设置有底座(12)，所述底座(12)内设有紫外线照射灯板(28)，紫外线照射灯板处均匀排布设置紫外线照射灯(7)；
7.根据权利要求6所述的一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱，其特征在于：所述底座(12)的表面固定装配设置透光钢化玻璃板(13)，混凝土试块通过透光钢化玻璃板(13)上的四个正方体可移动支架(30)支撑；所述透光钢化玻璃板(13)和紫外线照射灯板(28)的尺寸与所述紫外线照射灯罩(5)的上侧和前后侧均一致。
8.根据权利要求1所述的一种混凝土碳化盐雾耦合试验箱，其特征在于：所述紫外线照射灯(7)内部配置灯珠(8)，各个灯珠(8)皆配置有独立的橘皮反光杯(9)和无线传感器(21)；各个灯珠的灯壳(11)前端装配有透镜(10)；
9.一种混凝土碳化盐雾耦合试验方法，使用混凝土碳化盐雾耦合试验箱，其特征在于：包括以下步骤；
10.根据权利要求9所述的一种混凝土碳化盐雾耦合试验方法，其特征在于：步骤3中，要达到紫外线照射灯(7)目标照射强度e，所需调整紫外线照射灯(7)的照射强度i，通过以下步骤进行计算和实现：
