1．目的及意义
水泥混泥土作为全世界应用最广泛的建筑材料之一，已经有了百多年的历史了。在工业和民用建筑上，如在大坝，高楼，桥梁，港口等工程中大量使用。在一个的工程项目之中，混凝土结构在温度或湿度的影响之下，它的体积会发生变化，如果其各部分能够自由地收缩和膨胀，那么这个结构就不会开裂。但是实际上，由于混凝土各个位置之间受到了不同程度的约束，从而导致其各部分体积变化并不是相同的，所以在收缩或者膨胀的过程中，当应变产生的抗应力大于抗拉强度时，水泥混凝土结构就会产生裂缝。

混凝土结构的早龄期开裂是影响混凝土结构耐久性的主要原因之一，早龄期时胶凝材料（主要是硅酸盐水泥）的水化热引起混凝土结构内温度场的显著变化，在受约束条件下产生温度应力阵。对于工程上应用最广泛的普通强度混凝土，一般水泥与胶凝材料比例大于0.4，早期自收缩很小，因此温度变形是早期最主要的变形，在温升膨胀时期，由于较低的弹性模量，初龄期混凝土中只出现很小的压应力。随后，在降温收缩时期，混凝土具有较高的刚度，产生较高的拉应力。根据裂缝出现时间对由温度变化引起的裂缝进行分类，分为膨胀阶段（温升）裂缝和收缩阶段（降温）裂缝。

膨胀阶段的开裂通常发生在浇筑后的几天内，跟混凝土断面的零应力温度梯度以及混凝土的松弛性能密切相关。混凝土内部与表面的应力梯度取决于实际温度梯度与零应力温度梯度的差值以及混凝土弹性模量。零应力温度及其梯度主要取决于混凝土早期硬化的温度历程。如果温度梯度曲线与零应力温度梯度一致，则没有内部应力出现，那么表面开裂的危险性就为零，即使测得的表面温度低于混凝土构件中心温度。表面混凝土具有较低的零应力温度是非常有利的，这种情况下，可以容忍相对更大的温差，而如果表面混凝土的零应力温度高于中心混凝土，那么即使内外温度一致，在表面上也会出现拉应力。后面这种情况可能会出现在桥面板或路面，由于阳光辐射等造成较高环境温度下硬化的混凝土。在这样不利的情况下，表面开裂的危险性就更高，即使混凝土内外表面的温差很小。因此，按通常做法简单地以混凝土内外温差来评价混凝土开裂危险性是与实际并不相符。

收缩阶段的开裂通常会出现在混凝土浇筑后几周、几个月，甚至几年以后，这类裂缝取决于混凝土的开裂温度及其松弛能力。温峰越高、开裂温度越高，混凝土早期产生热裂缝的趋势就越大。现今混凝土结构由于重视温控，温升反而小。

环境温差对混凝土裂缝产生的影响也非常明显，对于混凝土的施工更应该注意早期的温控措施。环境温度变化，除了影响混凝土水分蒸发速率外，还对混凝土水化进程有影响。环境温度升高，混凝土水分蒸发速率增大，初凝时间缩短，发生收缩的初始时间提前，早期收缩增大，混凝土开裂有减小趋势。环境相对湿度对于混凝土早期收缩和塑性开裂也有较大的影响，主要是通过影响混凝土水分蒸发速率起作用。环境湿度增大，混凝土水分蒸发速率降低，发生塑性收缩的初始时间延迟，早期收缩减小，塑性裂缝面积减小。

德国慕尼黑技术大学的研究员根据道路和水工工程建设的需要，开发了固定横梁的单轴约束试验机，使得热应力的测量成为现实，由RILEM-TC119制定了固定横梁的单轴约束试验机的推荐性标准。试验架可以被称为第一代单轴约束试验装置，它能够测定早期约束混凝土的应力发展，提供了高的但却未知的约束度。以色列的BLOOM和Bentur等通过监测可调横梁的位移，进行周期性的拉应力补偿来实现100%的约束度，并将其用于研究高强度混凝土早期干燥和自收缩的影响，Kovler使用闭环计算机控制系统，并使用两个相同的试件进行试验一个在约束条件下收缩，另外一个为自由收缩，最重要是通过两个试件的试验结果能够对徐变进行定量测量。美国UIUC大学的Slah和David对单轴约束混凝土的受拉徐变进行了系统研究。日本Penev和Kawamara采用单轴约束试验装置研究了土壤-水泥拌和物的收缩断裂性能获得了应变能释放速率的数据。

在我国清华大学土木工程系研制的温度-应力试验机，控制精度为1℃，且采用传统的测量方法，测量试件外表面温度作为试件的整体温度，测量结果与实际的温度有一定的误差。试验机主要完成基准试验、大体积混凝土温度控制试验、等温控制试验、约束度变化试验等功能。

因此，综合国内外同类装置的研究现状，从测量、控制角度和软硬件实现方式上对混凝土温度-应力试验机温度控制系统进行研究，利用目前比较成熟的技术方案来设计温度控制系统，提高控制系统的测量精度和操作性能，达到温度控制系统的设计要求。

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2. 研究的基本内容与方案

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