基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量方法及裝置的製作方法
2023-04-24 15:59:26
專利名稱：基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種水泥基材料力學性能的測試方法，尤其涉及一種基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量方法及裝置。
背景技術：
混凝土結構的早期開裂所涉及的問題綜合而複雜，涵蓋了水泥基材料早期熱學、力學及變形性能的方方面面，礦物摻合料和外加劑應用也大大增加了其早期性能的複雜性。國內外研究者對混凝土早期宏觀性能進行了大量的試驗研究，試圖闡明混凝土早期開裂機理、早期性能變化規律和技術參數取值問題。其中早期彈性模量隨齡期的發展變化過程是研究人員關心的熱點問題之一，測量彈性模量的方法主要有靜態法，如拉伸法、壓入法、彎曲法等，但是傳統的通過荷載變形關係求得彈性模量的方法，至少要在試件澆築一天拆模後進行，因此通過傳統的方法難以測得水泥基材料更早期的彈性模量。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於克服現有技術的不足，提供一種基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量·測量方法及裝置，可以實現在從入模到硬化的早期階段，無損地對水泥基材料的彈性模量隨齡期發展進行連續監測，從而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彈性模量參數。本發明具體採用以下技術方案解決上述技術問題:本發明的基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量方法，首先將拌和好的待測水泥基材料充滿並封裝於等截面的空心直管中；然後通過空心直管兩端的簡支支承使該空心直管水平放置，形成由待測水泥基材料與空心直管組成的組合簡支梁；通過設置於組合簡支梁中點處的振動傳感器，持續監測組合簡支梁的自振頻率；通過下式計算待測水泥基材料在齡期為t時的彈性模量:
64I.: JJ) = [ I](!) - KJ1]-r式中，Ec (t)表示齡期為t時的待測水泥基材料的彈性模量；EaIa為空心直管的剛度噸為空心直管內徑；EI(t)表示齡期為t時組合簡支梁的剛度，通過求解以下方程得到:!.:/( = 0.4053講/4./.二其中，G為單位長度組合簡支梁的均布質量；1為組合簡支梁的計算長度；f 為齡期t時組合簡支梁的第一自振頻率，齡期t從水泥和水開始拌和算起。優選地，所述空心直管的剛度EaIa通過以下方法得到:通過空心直管兩端的簡支支承使該空心直管水平放置，形成簡支梁；通過設置於所述簡支梁中點處的振動傳感器，測量簡支梁的自振頻率；通過下式計算簡支梁剛度，即空心直管剛度EaIa:
EJa =0.4053t^/4/o2，式中，Gts為單位長度簡支梁的均布質量；1為簡支梁的計算長度為簡支梁的第
一自振頻率。進一步地，該方法還包括通過調整所述空心直管溫度，測量待測水泥基材料在不同養護溫度下的早期彈性模量。從而實現對水泥基材料在不同養護溫度下的早期力學、變形性能研究及數值仿真分析提供準確的彈性模量參數。為了便於灌注拌和好的待測水泥基材料，所述空心管可以在一端或兩端設置可開合及封閉的蓋或塞；也可兩端開口，先用封管塞體封閉一端，再將空心管灌滿拌和好的待測水泥基材料後，利用封管塞體將另一開口端封閉。一種使用上述測量方法的基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量裝置，包括:等截面空心直管，用於灌注待測水泥基材料；簡支支撐裝置，用於支撐所述空心直管，形成由待測水泥基材料與空心直管組成的組合簡支梁；振動測量裝置 ，包括設置於所述組合簡支梁中點處的振動傳感器，以及與振動傳感器連接的振動信號採集處理裝置。優選地，所述測量裝置還包括用於調整所述空心直管溫度的溫度控制裝置。優選地，所述空心直管的截面為圓形或矩形。所述空心管的橫截面尺寸小於100mm,長度為600-1000_。所述空心管的材質為塑料或合金材料。相比現有技術，本發明具有以下有益效果:一、本發明為無損試驗方法，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，難以通過拆模進行加載試驗獲得彈性模量，本發明方法不需要拆模，因此可以從裝置安裝就位後即可以測試，而拌合物澆灌及裝置安裝整個過程可以在30分鐘內完成。二、本發明是一種主動接收信號的監測方法，不需要人為激勵，整個監測過程是自動且連續的，同時可以設定養護溫度，可以從裝置安裝完成後即可以連續監測不同養護溫度水泥基材料早期彈性模量隨齡期變化的過程。三、本發明裝置結構簡單，成本低廉，測量方法易於實施。
圖1為具體實施方式
中本發明水泥基材料早期彈性模量測量裝置的結構示意圖；圖中，I為空心直管，2為簡支支撐裝置，3為振動傳感器，4為數據採集儀，5為計算機，6為工作檯，7為封管膠體，8為電源，9為功率調節開關；圖2為簡支支撐裝置2的結構示意圖；圖3為水灰比為0.5、養護溫度為25.(TC的水泥淨漿彈性模量發展曲線。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明:
本發明的思路是將待測水泥基材料與空心直管組成組合簡支梁，通過組合簡支梁中點處的振動傳感器，持續監測組合簡支梁的自振頻率，然後根據組合簡支梁的力學特性求得待測水泥基材料的早期彈性模量。本發明的水泥基材料早期彈性模量測量裝置，如圖1所示，包括空心直管1、簡支支撐裝置2、振動傳感器3以及與振動傳感器3依次連接的數據採集儀4、計算機5。本發明測量裝置還包括用於調整所述空心直管I溫度的溫度控制裝置，本具體實施方式
中採用了一種簡易的溫度控制裝置:空心直管I的管壁外纏繞有加熱電阻絲，外層包裹一層保溫材料，加熱電阻絲通過功率調節開關9與電源8連接，接通電源8後通過調節功率開關9，可以使空心直管I的管壁加熱到預定養護溫度。本具體實施方式
中，空心管I是橫截面為圓形的等截面直空心管，兩端開口，橫截面直徑不超過100mm，材質優選塑料(例如聚苯乙烯)或合金材料，長度為600-1000_。振動傳感器3可以採用加速度計或應變計等傳感器,數據採集儀4是同傳感器3適配的數據採集記錄設備。利用上述裝置進行水泥基材料早期彈性模量的測量時，具體按照以下方法:步驟1、通過簡支支撐裝置2將空心直管I水平固定於工作檯6上，如圖1所示，從而形成簡支梁結構；本具體實施方式
中所使用的簡支支撐裝置2的結構如圖2所示；步驟2、在空心直管I的中點處安裝採集振動信號的傳感器3，並與數據採集儀4連接；步驟3、啟動數據採集儀4，通過傳感器3持續採集簡支梁在周圍環境幹擾下的振動信號，並由數據採集儀4記錄保存；步驟4、計算機5對數 據採集儀4記錄的振動信號經時域和頻域變換處理得到簡支梁的自振頻率，並根據第一自振頻率通過下式計算簡支梁剛度，即空心直管剛度EaIa:
權利要求
1.基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量方法，其特徵在於，首先將拌和好的待測水泥基材料充滿並封裝於等截面的空心直管中；然後通過空心直管兩端的簡支支承使該空心直管水平放置，形成由待測水泥基材料與空心直管組成的組合簡支梁；通過設置於組合簡支梁中點處的振動傳感器，持續監測組合簡支梁的自振頻率；通過下式計算待測水泥基材料在齡期為 時的彈性模量:
2.如權利要求1所述基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量方法，其特徵在於，該方法還包括通過調整所述空心直管溫度，測量待測水泥基材料在不同養護溫度下的早期彈性模量。
3.如權利要求1所述基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量方法，其特徵在於，所述空心直管的截面為圓形。
4.如權利要求1所述水泥基材料早期彈性模量測量方法，其特徵在於，所述組合簡支梁的自振頻率通過對所述振動傳感器所採集的振動信號進行時域和頻域分析得到。
5.如權利要求1所述水泥基材料早期彈性模量測量方法，其特徵在於，所述空心直管的剛度通過以下方法得到:通過空心直管兩端的簡支支承使該空心直管水平放置，形成簡支梁；通過設置於所述簡支梁中點處的振動傳感器，測量簡支梁的自振頻率；通過下式計算簡支梁剛度，即空心直管剛度Ija:
6.一種使用權利要求1所述測量方法的基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量裝置，其特徵在於，包括: 等截面空心直管，用於灌注待測水泥基材料； 簡支支撐裝置，用於支撐所述空心直管，形成由待測水泥基材料與空心直管組成的組合簡支梁； 振動測量裝置，包括設置於所述組合簡支梁中點處的振動傳感器，以及與振動傳感器連接的振動信號採集處理裝置。
7.如權利要求6所述基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量裝置，其特徵在於，還包括用於調整所述空心直管溫度的溫度控制裝置。
8.如權利要求6所述基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量裝置，其特徵在於，所述空心直管的橫截面尺寸小於IOOmm,長度為600-1000mm。
9.如權利要求6所述基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量裝置，其特徵在於，所述空心直管的材質為 塑料或合金材料。
全文摘要
本發明公開了一種基於簡支結構的水泥基材料早期彈性模量測量方法。本發明方法首先將拌和好的待測水泥基材料充滿並封裝於等截面的空心直管中；然後通過空心直管兩端的簡支支承使該空心直管水平放置，形成由待測水泥基材料與空心直管組成的組合簡支梁；通過設置於組合簡支梁中點處的振動傳感器，持續監測組合簡支梁的自振頻率；最後根據組合簡支梁在各齡期的自振頻率計算出待測水泥基材料各齡期的彈性模量。本發明還公開了一種水泥基材料早期彈性模量測量裝置，包括等截面空心直管、簡支支撐裝置、振動測量裝置。本發明可以從水泥基材料入模後且不脫模連續監測不同養護溫度下水泥基材料早期彈性模量隨齡期變化的過程，且結構簡單，成本低廉。
文檔編號G01N3/00GK103245554SQ20131011797
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月7日 優先權日2013年4月7日
發明者趙海濤, 吳勝興, 祁瀟, 陳育志, 黃冬輝, 陳徐東, 駱勇軍, 徐東芝 申請人:河海大學