水泥基材料早齡期自收縮測量裝置及測量方法
2023-04-26 09:52:41 7
水泥基材料早齡期自收縮測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，包括試件模具、預埋標靶及位移測量系統；試件模具包括外模和內模，外模為上部開口的盒狀長方體，內模為可容納於外模中的長方框，在外模的兩個相對的端面和內模的兩個相對的端面的對應位置處分別設置有一圓形通孔；預埋標靶包括相互適配的內螺紋空心管和螺紋杆，該螺紋杆可穿過所述內模和外模上的圓形通孔；位移測量系統為非接觸式位移測量系統，包括位移傳感器和位移信號採集處理單元，位移傳感器可非接觸地監測預埋標靶的位移並將監測到的位移信息傳輸至位移信號採集處理單元處理。本發明還公開了一種水泥基材料早齡期自收縮測量方法。本發明可將測試齡期提前到初凝前，且結構簡單、成本低廉。
【專利說明】水泥基材料早齡期自收縮測量裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種水泥基材料早齡期自收縮測量裝置及測量方法，屬於水泥材料性能測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著社會的不斷進步與發展，實際工程中對混凝土等水泥基材料的性能要求越來越高，同時伴隨高性能混凝土的高收縮導致的施工期開裂也越來越普遍。而混凝土結構開裂，其耐久性、長期力學性能、整體性能和美觀性能均將大為削弱，甚至嚴重喪失，是目前影響工程安全性、耐久性降低的主要原因之一。因此，為了有效減小和控制自收縮、提高其耐久性，首要解決的問題是建立測量自收縮的準確有效方法和方便測試裝置。
[0003]水泥基材料內部溫溼度是影響其收縮的重要因素，水泥基材料入模後，由於膠凝材料水化以及環境溫度影響，其內部溫溼度經歷複雜變化。在測量水泥基材料收縮時，同時測量試件內部的溫度和溼度，有助於揭示收縮的機理，從而從機理上採取減小有害收縮的手段和方法。
[0004]目前已建立了多種水泥基材料自收縮測量方法，部分方法已被各種專業性標準和規範所採用，例如中國國標GBJ82-85、中國交通行業標準JTJ270-98、中國電力行業標準DL/T5150-2001中採用的臥式混凝土收縮測定儀方法，國外混凝土收縮試驗方法主要是比長儀方法，如美國 ASTM C157/C157M-2003、ASTM C490a_2000，英國標準BS1881:Part5,日本標準JIS A 1129:2001中採用的方法等。上述方法都存在無法解決對早齡期Id內收縮測量的缺點，且基本都在標準養護條件下進行。但是自收縮與凝膠材料的水化進程、環境溫溼度密切相關，早齡期收縮變形發展迅速、複雜，且實際工程中混凝土澆筑後經歷較複雜的溫度、溼度歷程，因此準確測量不同溫溼度作用下早齡期的自收縮非常重要。然而對於早齡期的水泥基材料而言，自收縮的測量並無統一的標準方法可依，目前已有的測試方法絕大多數存在起測齡期較晚、起測齡期較難判斷等不足之處，直接影響測試的精度。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題在於克服現有水泥基材料自收縮測量技術的不足，提供一種水泥基材料早齡期自收縮測量裝置及測量方法，從水泥基材料稍具塑性後即可進行變形的測量，可測量水泥基材料從超早齡期到硬化的自收縮情況，同時可更準確確定等效初凝時間，從而更加精確確定自收縮起測時間，為水泥基材料早期力學、變形性能研究及數值仿真分析提供準確的自收縮技術參數。
[0006]本發明的水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，包括試件模具、預埋標靶及位移測量系統；所述試件模具包括外模和內模，外模為上部開口的盒狀長方體，內模為可容納於外模中的長方框，在外模的兩個相對的端面和內模的兩個相對的端面的對應位置處分別設置有一圓形通孔；所述預埋標靶包括相互適配的內螺紋空心管和螺紋杆，該螺紋杆可穿過所述內模和外模上的圓形通孔；所述位移測量系統為非接觸式位移測量系統，包括位移傳感器和位移信號採集處理單元，位移傳感器可非接觸地監測預埋標靶的位移並將監測到的位移信息傳輸至位移信號採集處理單元處理。
[0007]優選地，所述外模由可拆裝的兩塊端板、兩塊側板及一塊底板組成；內模由相互分離的兩塊端板和兩塊側板組成，所述圓形通孔分別設置於外模的兩塊端板和內模的兩塊端板的對應位置處。
[0008]優選地，內模組成的空間為截面尺寸為150mmX 150mm,長度為500mm。
[0009]優選地，所述組成預埋標靶的內螺紋空心管和螺紋杆由塑料類或低密度合金等輕質材料製成。
[0010]優選地，所述組成預埋標靶的內螺紋空心管上設置有至少一片沿徑向向外擴展且關於內螺紋空心管軸線對稱的擴展片。所述擴展片的形狀優選圓形、方形、或十字形。
[0011]優選地，所述組成預埋標靶的螺紋杆的一端為垂直於螺紋杆軸線的擴大的平面。
[0012]優選地，所述位移傳感器為電渦流式位移傳感器或雷射位移傳感器。
[0013]優選地，所述外模和內模的材質均為有機玻璃或合金，外模的厚度為15?25mm,內模的厚度為2-3mm。
[0014]進一步地，所述測量裝置還包括可容納所述試件模具的試驗箱，該試驗箱內部的溫度和溼度可調整。
[0015]一種水泥基材料早齡期自收縮測量方法，使用如上所述水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，包括以下步驟:
步驟1、將所述內模放置於外模中，並使外模兩端的圓形通孔與內模兩端的圓形通孔分別對準；將兩個預埋標靶的螺紋杆分別穿過外模和內模兩側的圓形通孔，然後在兩個螺紋杆位於內模內部的一端分別擰入相應的內螺紋空心管，再分別用螺母將兩根螺紋杆固定在外模上，同時在內模內部鋪設塑料薄膜；
步驟2、根據試驗目的，將攪拌後的待測水泥基材料注入內模中形成試件，並用塑料薄膜覆蓋試件上表面；
步驟3、待試件稍具塑性，先將兩根螺紋杆從相應的內螺紋空心管中擰出，然後拔出內模，再將兩根螺紋杆穿過外模兩端的圓形通孔，分別與埋於試件端部的兩根螺紋空心管擰為一體；
步驟4、將裝有試件的試件模具置於所述試驗箱中，並在試驗箱外側對應於預埋標靶的位置安裝位移傳感器，使位移傳感器能夠對預埋標靶的位移進行監測；
步驟5、調節試驗箱內部的溫度和溼度，使之達到試驗要求的溫溼度狀態，同時通過位移信號採集處理單元獲取該溫溼度狀態下的預埋標靶的位移隨時間的變化曲線；以該變化曲線中的拐點為等效初凝時間，並作為收縮變形的起測齡期，該等效初凝時間以後的變化曲線即為待測水泥基材料在所述溫溼度狀態下的自收縮曲線。
[0016]進一步地，該測量方法還包括:
步驟6、在不同的溫溼度狀態下對不同配合比的水泥基材料重複步驟2?步驟5，得到不同配合比水泥基材料在不同溫溼度條件下的自收縮曲線。
[0017]進一步地，若內模側板厚度選擇為45mm，則試件寬度為60mm，同時起測時除去試件側面和頂麵塑料薄膜，則可進行水泥材料的乾燥收縮試驗。
[0018]相比現有技術，本發明具有以下有益效果: 一、本發明為非接觸式試驗方法，測試齡期可以提前到初凝前。由於水泥基材料凝結前還未完全硬化，難以通過傳統的接觸式位移傳感器進行測量，本發明方法可以從裝置安裝就位後、水泥基材料稍具塑性後即可以測試。
[0019]二、本發明是從超早齡期開始測試水泥基材料自由變形，並基於變形曲線的拐點自動判斷自收縮開始齡期，避免了通過傳統的貫入阻力法等人為判斷帶來的誤差。
[0020]三、本發明可以自動調節養護溫度、溼度等環境條件，可以從裝置安裝完成後即可以同步、連續監測不同養護溫度、溼度水泥基材料早齡期自由變形。
[0021]四、本發明的測試結果不但可以為水泥基材料提供變形參數，同時也可以來評估水泥基材料初凝、終凝時間，以及深刻理解早期微觀結構形成與發展變化規律。
[0022]五、本發明裝置結構簡單，成本低廉，拆模方便，測量方法易於實施。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明測量裝置的一個優選實施例的結構示意圖；
圖2 (a)、圖2 (b)分別為試件|吳具的主視圖和俯視圖；
圖3為預埋標靶的結構示意圖；
圖4 (a)、圖4 (b)分別為內螺紋空心管的王視圖和右視圖；
圖5為採用本發明測量裝置得到的C50混凝土、養護溫度為20.(TC的自由變形曲線和自收縮曲線；
圖中各標號含義如下:
I為試驗箱，2為支架，3為試件模具，4為溫溼度調節系統，5為位移測試系統，6為外模，61為端板,62為側板,63為底板,7為內模,71為端板,72為側板,8為溫溼控制主機,9為箱內環境溫溼度傳感器，10為試件內部溫溼度傳感器，11為溫溼調節器，12為預埋標靶，13為位移傳感器，14為位移採集主機，15為內螺紋空心管，16為螺紋杆，161為螺母，17為擴展片。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明:
圖1顯示了本發明的測量裝置的一個優選實施例的結構。如圖1所示，該測量裝置包括試驗箱1、試件模具3以及位移測試系統5，在試驗箱I底部設有支架2，試件模具3置於支架2上，試驗箱I配有溫溼度調節系統4。
[0025]本實施例中的溫溼度調節系統4包括設置於試驗箱I內的箱內環境溫溼度傳感器
9、試件內部溫溼度傳感器10、溫溼調節器11，以及試驗箱I外的溫溼度控制主機8，溫溼度控制主機8通過溫溼度傳感器9和10監測密封試驗箱I內和試件內部溫溼度，並通過溫溼度調節器11調整試驗箱I內的溫溼度環境。
[0026]位移測試系統5為非接觸式的位移測量系統，包括位移傳感器13和位移採集主機14，實驗中，位移傳感器13位置固定，通過測量設置在試件兩端的預埋標靶12的位移來獲得試件的變形，優選地，位移傳感器13為電渦流式或雷射位移傳感器。
[0027]如圖2 (a)、圖2 (b)所不,試件模具3分為外模6和內模7。外模6由端板61、側板62和底板63組成，本實施例中外模6為可拆裝結構，其中側板62預留有放置端板61和底板63的凹槽，端板61、側板62和底板63可固定成上開口的長方體盒狀。內模7由端板71和側板72組成,可構成長方框。外模6和內模7的端板61、71的中心位置均設有圓形通孔。優選地，外模6的厚度為15?25_，內模7的厚度為2?3_，外模6和內模7的材質為輕質光滑材料如有機玻璃或合金材料。外模6為試件燒築承載部分，內模7在試件稍具塑性後可以拔出，以便於在試件與外模之間形成間隙，從而實現試件為自由變形。外模6和內模7的端板中心的圓形通孔的直徑大於預埋標靶12的螺紋杆16的直徑，使螺紋杆16可以穿過。
[0028]如圖3所示，預埋標靶12由內螺紋空心管15和螺紋杆16組成，螺紋杆16與內螺紋空心管15適配，可以擰為一體，優選使用輕質材料如塑料或合金製成。優選地，內螺紋空心管15直徑較端板71的中心圓形通孔直徑大f 2_，便於預埋標靶12與端板通過螺母161固定；優選地，螺紋杆16直徑較端板61、71中心圓孔直徑小f 2mm，避免螺紋杆與端板孔壁摩擦，影響測量精度。如圖3所示，內螺紋空心管15上設有一組沿徑向向外擴展且關於內螺紋空心管15軸線對稱的擴展片17，其材質為塑料、有機玻璃或合金材料，形狀優選方形、圓形或十字形，通過擴展片17可增強預埋標靶12在試件中的錨固性能，確保使之與試件變形同步。優選地，螺紋杆16外端部為擴大的平面，方便位移傳感器13與其對準。本實施例中採用帶有一組圓形擴展片的內螺紋空心管，其主視圖和右視圖分別如圖4 U)、圖4 (b)所示。
[0029]利用上述測量裝置進行測量時，具體包括以下步驟:
步驟A、將試件模具3的端板61、側板62和底板63插入側板62預留的凹槽內，並使之固定；
步驟B、將試件模具3的內模7的側板72和端板71分別貼置於外模6的側板62和端板61的內側，將螺紋杆16穿過端板61、端板71中心預設的圓形通孔，然後擰入帶有擴展片17的內螺紋空心管15，再用螺母161將內螺紋空心管15和螺紋杆16固定在端板模具端板61和端板71上，同時在模具內部鋪設塑料薄膜；
步驟C、根據試驗目的，攪拌水泥基材料並注入模具內，同時將試件內部溫溼度傳感器10埋於試件內，並用塑料薄膜覆蓋待測水泥基材料上表面；
步驟D、待試件稍具塑性、水泥基材料初凝前，將螺紋杆16輕輕從內螺紋空心管15擰出，然後拔出試件內模7的端板71和側板72，將螺紋杆16穿過端板61的圓形通孔，與埋於試件端部的螺紋空心管15擰為一體,這樣試件的變形將帶動螺紋杆16產生同步位移；步驟E、將試件模具3和試件置於試驗箱I中的支架2上；
步驟F、在試驗箱I外側安裝位移傳感器13，使其對準螺紋杆16端頭擴大的平面；步驟H、操作溫溼度調節系統4，使試驗箱I內部逐漸達到試驗要求的溫溼度狀態，同時記錄溫溼度和位移數據，從而獲取該溫溼度狀態下的預埋標靶的位移隨時間的變化曲線；以該變化曲線中的拐點為等效初凝時間，並作為收縮變形的起測齡期，該等效初凝時間以後的變化曲線即為待測水泥基材料在該溫溼度狀態下的自收縮曲線。；
步驟1、通過溫溼度調節系統4，在不同的溫溼度狀態下對不同配合比的水泥基材料重複步驟C?步驟H，得到不同配合比待測水泥基材料在不同溫度、溼度條件下的變形情況。
[0030]圖5顯示了採用本發明測量裝置得到的C50混凝土、養護溫度為20.(TC的自由變形曲線和自收縮曲線。
【權利要求】
1.一種水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，其特徵在於，包括試件模具、預埋標靶及位移測量系統；所述試件模具包括外模和內模，外模為上部開口的盒狀長方體，內模為可容納於外模中的長方框，在外模的兩個相對的端面和內模的兩個相對的端面的對應位置處分別設置有一圓形通孔；所述預埋標靶包括相互適配的內螺紋空心管和螺紋杆，該螺紋杆可穿過所述內模和外模上的圓形通孔；所述位移測量系統為非接觸式位移測量系統，包括位移傳感器和位移信號採集處理單元，位移傳感器可非接觸地監測預埋標靶的位移並將監測到的位移信息傳輸至位移信號採集處理單元處理。
2.如權利要求1所述水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，其特徵在於，所述外模由可拆裝的兩塊端板、兩塊側板及一塊底板組成；內模由相互分離的兩塊端板和兩塊側板組成，所述圓形通孔分別設置於外模的兩塊端板和內模的兩塊端板的對應位置處。
3.如權利要求1所述水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，其特徵在於，所述組成預埋標靶的內螺紋空心管上設置有至少一片沿徑向向外擴展且關於內螺紋空心管軸線對稱的擴展片。
4.如權利要求3所述水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，其特徵在於，所述擴展片的形狀為圓形、方形、或十字形。
5.如權利要求1所述水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，其特徵在於，所述組成預埋標靶的螺紋杆的一端為垂直於螺紋杆軸線的擴大的平面。
6.如權利要求1所述水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，其特徵在於，所述位移傳感器為電渦流式位移傳感器或雷射位移傳感器。
7.如權利要求1所述水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，其特徵在於，所述外模和內模的材質均為有機玻璃或合金，外模的厚度為15~25mm，內模的厚度為2_3mm。
8.如權利要求1~7任一項所述水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，其特徵在於，還包括可容納所述試件模具的試驗箱，該試驗箱內部的溫度和溼度可調整。
9.一種水泥基材料早齡期自收縮測量方法，使用如權利要求8所述水泥基材料早齡期自收縮測量裝置，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟1、將所述內模放置於外模中，並使外模兩端的圓形通孔與內模兩端的圓形通孔分別對準；將兩個預埋標靶的螺紋杆分別穿過外模和內模兩側的圓形通孔，然後在兩個螺紋杆位於內模內部的一端分別擰入相應的內螺紋空心管，再分別用螺母將兩根螺紋杆固定在外模上，同時在內模內部鋪設塑料薄膜； 步驟2、根據試驗目的，將攪拌後的待測水泥基材料注入內模中形成試件，並用塑料薄膜覆蓋試件上表面； 步驟3、待試件稍具塑性，先將兩根螺紋杆從相應的內螺紋空心管中擰出，然後拔出內模，再將兩根螺紋杆穿過外模兩端的圓形通孔，分別與埋於試件端部的兩根螺紋空心管擰為一體； 步驟4、將裝有試件的試件模具置於所述試驗箱中，並在試驗箱外側對應於預埋標靶的位置安裝位移傳感器，使位移傳感器能夠對預埋標靶的位移進行監測； 步驟5、調節試驗箱內部的溫度和溼度，使之達到試驗要求的溫溼度狀態，同時通過位移信號採集處理單元獲取該溫溼度狀態下的預埋標靶的位移隨時間的變化曲線；以該變化曲線中的拐點為等效初凝時間，並作為收縮變形的起測齡期，該等效初凝時間以後的變化曲線即為待測水泥基材料在所述溫溼度狀態下的自收縮曲線。
10.如權利要求9所述水泥基材料早齡期自收縮測量方法，其特徵在於，還包括: 步驟6、在不同的溫溼度狀態下對不同配合比的水泥基材料重複步驟2~步驟5，得到不同配合比水泥基材 料在不同溫溼度條件下的自收縮曲線。
【文檔編號】G01N1/28GK103837670SQ201310733746
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】趙海濤, 吳勝興, 陳育志, 駱勇軍, 祁瀟, 周亮亮 申請人:河海大學