一種水泥基材料開裂及收縮性能的測試裝置和方法

2023-05-03 20:38:26 2

專利名稱：一種水泥基材料開裂及收縮性能的測試裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種測試水泥基材料在約束條件下收縮及開裂性能的裝置和方法。
背景技術：
矽酸鹽水泥為滿足現代施工要求而不斷改進其高強和早強性能，但水泥固有的弱點——收縮與開裂問題卻更加嚴重。工程中頻繁出現的相關事故，尤其是重大工程中多次出現的收縮與開裂問題，使得有關研究成為目前水泥基材料研究中最重要的課題之一。研究水泥基材料在約束狀態下的第一開裂時間和收縮性能對解決上述問題具有重要意義，因此出現了大量的相關研究方法和測試裝置。但現有裝置和方法存在相對不足，主要表現在測試與評價方法的相互割裂，操作複雜而使結果的可靠性降低，有些測試和評價方法存在較大局限性。
現有研究水泥基材料第一開裂時間的裝置主要有橢圓環測試裝置、偏芯環測試裝置、混凝土開裂架測試裝置，以及更早出現的圓環測試裝置等。其缺陷主要是裝置結構複雜、測試結果規律性不強、誤差大、與其他相關測試結果的可比性差以及測試操作不便等。
現有的水泥收縮性能研究方法及裝置主要有JC/T453、JC/T603、JC 313等規定的自由線收縮測試及評價方法，該方法研究水泥自身的理論收縮性能，脫離實際的水泥應用環境。而實際上，水泥基材料的開裂與收縮性能受到環境中存在的各種限制力的作用，因此，通常按照國標方法得出的自由線收縮性能並不能與實際工程所關心的開裂性能準確地聯繫起來。同時，按照JC/T453測試並計算的只是在經向限制條件下的結構應變性能，與水泥實際應用條件下的開裂性能存在差距。到目前為止，尚未見到在切向及垂直方向共同約束狀態下研究收縮性能的報導。

發明內容
本發明的目的是提供一種的可以同時檢測水泥基材料的第一開裂時間和收縮性能的裝置和方法，該裝置可以同時檢測在切向及垂直方向共同約束條件下水泥基材料的第一開裂時間和收縮性能，能夠在相同條件下評價兩者性能的關係，更全面地了解水泥基材料自身的收縮性與其在硬化過程中開裂敏感性的相互作用。
本發明的一種水泥基材料開裂及收縮性能的測試裝置，由安置在同一底板上的模具A及測試電路、模具B及測量卡尺組成，見附圖1；模具A由限制內圓環和可拆裝的外圓環組成，其內圓環的外側設置有一個突出尖劈，見附圖2；測試電路由漆包細銅線、電源、計時器和連接導線組成串聯迴路；模具B由限制內圓環和可拆裝外環組成，在限制內圓環和可拆裝外環之間設置有兩片垂直擋板，每片擋板的正中位置安置著測頭，見附圖3；測頭形狀見附圖5；測量卡尺由千分表、卡尺和彈簧組成，卡尺卡在兩測頭頂端，見附圖4。
所述的水泥基材料開裂及收縮性能的測試裝置，其模具B的內外環直徑比模具A的內外環直徑大，且通過模具B成型的缺口圓環試樣弧長與通過模具A成型的圓環試樣周長相等。
所述的模具A的限制內圓環的直徑為26.65cm、可拆裝外圓環的直徑為34.65cm，內、外環之間的距離為4cm，在內環外側設置的一個突出尖劈的側面底邊長和高均為0.3cm的等腰三角形。
所述的模具B的限制內圓環7的直徑為27.65cm、可拆裝外圓環8的直徑為35.65cm，內外環之間的距離為4cm，在兩環之間設置有兩片厚度為0.5cm的垂直擋板，兩擋板中心之間的弧線(以兩圓環之間的中環弧線弧度)淨距離為2.15cm，每片擋板的正中位置開有一個直徑0.6cm的小孔。
本測試裝置的模具A和模具B均由不鏽鋼製成，其限制內圓環均固定在不鏽鋼底板上，測頭為銅質本發明的裝置使用方法是通過模具A成型水泥淨漿或砂漿試樣，當試樣硬化後拆除外圓環，並採用測試電路測試試樣的第一開裂時間，具體方法是，採用膠水將細銅線粘貼在環形試樣外側面對應尖劈處，連接銅線兩端並與電源、計時器形成串聯迴路，並組成測試電路，當試樣開裂時，細銅線斷開，迴路也斷開，計時器記錄下試樣的開裂時間；同時，通過模具B成型試樣，並採用測量卡尺測試試樣在約束條件下的收縮性能，首先將兩個測頭分別安置在兩檔板的小孔中，然後成型水泥淨漿或砂漿試樣，當試樣硬化後拆除外圓環和擋板，得到缺口的圓環形試樣，採用測量卡尺卡在兩測頭頂端，卡尺上的千分表測試出兩測頭之間的距離變化，彈簧可以保證測試精度。


圖1是本發明整體裝置的俯視示意圖；圖2是成型模具A的立體示意圖；
圖3是成型模具B的立體示意圖；圖4是測量卡尺9的平面示意圖；圖5是測頭的立體示意圖。
圖中1模具A的限制內圓環；2模具A的可拆裝外環；3電源；4計時器；5尖劈；6細銅線；7模具B的限制內圓環；8模具B的可拆裝外環；9測量卡尺；10測頭；11擋板；12底板；13千分表；14彈簧。
具體實施例方式
1、水泥基材料開裂及收縮性能的測試裝置的製作水泥基材料開裂的測試裝置如附圖2，模具A的限制內圓環1的直徑設計為26.65cm、可拆裝外圓環2的直徑設計為34.65cm，內、外環之間的距離為4cm，在內環外側設置一個側面底邊長和高均為0.3cm的等腰三角形突出尖劈5；測試電路由漆包細銅線、電源、計時器和連接導線組成，漆包銅線可採用普通的多股銅芯電線中的細銅線；水泥基材料收縮性能的測試裝置如附圖3，模具B的限制內圓環7直徑設計為27.65cm、可拆裝外圓環8的直徑設計為35.65cm，內外環之間的距離為4cm，在兩環之間設置兩片厚度為0.5cm的垂直擋板11，兩擋板中心之間的弧線(以兩圓環之間的中環弧線弧度)淨距離為2.15cm，每片擋板的正中位置開有一個直徑0.6cm的小孔；兩組模具均由不鏽鋼製成，其限制內圓環均固定在不鏽鋼底板12上，測頭為銅質。
2、水泥基材料開裂及收縮性能的測試裝置使用方法採用模具A成型水泥淨漿或砂漿試樣，當試樣硬化後拆除外圓環，如附圖1。採用防水的強力膠水將細銅線6粘貼在環形試樣外側面對應尖劈5處，連接銅線兩端並與電源3、計時器4形成串聯迴路，並組成測試電路，銅線兩端接頭處用砂紙打磨，去掉絕緣層，電子計時器可利用電子表、石英表改裝，方法是將電源取出，用導線將表中原來接電源的一個電極(正極或負極)與測試銅線的一端相連，將另一個電極與電源串聯後與測試銅線的另一端相連，當銅線被拉斷時，迴路斷開，計時器停止走時並顯示出開裂的時間。
同時，將兩個測頭10分別安置在兩檔板11的小孔中，然後採用模具B成型試樣，當試樣硬化後拆除外圓環和擋板，得到缺口的圓環形試樣，採用測量卡尺9卡在兩測頭10頂端，千分表13測試出兩測頭之間的距離變化，彈簧14可以保證測試精度。
本發明裝置由於細銅線的抗拉強度遠小於水泥基材料的膨脹應力，所以當水泥基硬化體開裂並拉斷銅線時，銅線不會對開裂時間產生影響。
雖然模具B的圓環直徑比模具A的圓環直徑大，但在B上設置有兩塊隔斷擋板，所以通過B成型的缺口圓環形試樣弧長與通過A成型的圓環試樣周長相等，這樣便於對比兩種測試結果；兩試樣中心的圓周長度和圓弧長度均為90cm，為JC 453等有關標準中測試自由線膨脹率試樣長度的5倍，這樣也便於將該實驗結果與JC 453等方法的實驗結果作對比；模具A上設置的突出尖劈可以保證試樣在此處開裂，並加快開裂速度、提高測試效率；約束條件下的收縮性能、即試樣在不同齡期的體積變化通過兩測頭傳遞至卡尺，並由卡尺上固定的千分表測得。
將測試開裂和收縮性的兩套裝置放在一起，可以在相同應用環境中比較兩種性能的相互關係，使測試結果的可靠性更強；同時，利用收縮性能的測試結果可以對第一開裂時間作出預測，因為第一開裂時間通常出現在幾十小時至幾十天的較長期間，因此這種預測可以使第一開裂時間的測試更加簡便。
權利要求
1.一種水泥基材料開裂及收縮性能的測試裝置，其特徵是裝置由安置在同一底板(12)上的模具(A)及測試電路、模具(B)及測量卡尺組成，模具(A)包括模具(A)的限制內圓環(1)，模具(A)的可拆裝外環(，2)，內環(1)的外側設置有一個突出尖劈(5)；測試電路是由細銅線(6)、電源(3)、計時器(4)和連接導線組成的串聯迴路；模具(B)包括模具(B)的限制內圓環(7)，模具(B)的可拆裝外環(8)，在限制內圓環(7)和可拆裝外環(8)之間設置有兩片垂直擋板(11)，每片擋板(11)的正中位置安置著測頭(10)；測量卡尺由千分表(13)、卡尺(9)和彈簧(14)組成，卡尺(9)卡在兩測頭(10)頂端測試兩個測頭之間的距離變化。
2.根據權利要求1所述的開裂及收縮性能測試裝置，其特徵是模具(B)的內外環直徑比模具(A)的內外環直徑大，且通過模具(B)成型的缺口圓環試樣弧長與通過模具(A)成型的圓環試樣周長相等。
3.根據權利要求1所述的開裂及收縮性能測試裝置，其特徵是模具(A)的約束內圓環(1)的直徑為26.65cm、可拆裝外圓環(2)的直徑為34.65cm，內、外環之間的距離為4cm，在內環外側設置的一個突出尖劈(5)的側面底邊長和高均為0.3cm的等腰三角形。
4.根據權利要求1所述的開裂及收縮性能測試裝置，其特徵是模具(B)的限制內圓環(7)的直徑為27.65cm、可拆裝外圓環(8)的直徑為35.65cm，內外環之間的距離為4cm，在兩環之間設置有兩片厚度為0.5cm的垂直擋板(11)，兩擋板中心之間的弧線淨距離為2.15cm，每片擋板的正中位置開有一個直徑0.6cm的小孔。
5.根據權利要求1所述的開裂及收縮性能測試裝置，其特徵是模具(A)和模具(B)均由不鏽鋼製成，
6.根據權利要求1所述的開裂及收縮性能測試裝置，其特徵是所述的測頭為銅質測頭(10)為銅質。
7.用權利要求1所述的裝置測試水泥基材料在約束條件下第一開裂時間的方法，其特徵是採用模具(A)成型水泥淨漿或砂漿試樣，當試樣硬化後拆除外圓環，採用防水的強力膠水將細銅線(6)粘貼在環形試樣外側面對應尖劈(5)處，連接銅線兩端並與電源(3)、計時器(4)形成串聯迴路，並組成測試電路，計時器採用具有秒表功能的電子計時器，用導線將表中接電源的正極或負極與測試銅線的一端相連，將另一個電極與電源串聯後與測試銅線的另一端相連。
8.用權利要求1所述的裝置測試水泥基材料在約束條件下收縮性能的方法，其特徵是首先將兩個測頭(10)分別安置在兩檔板(11)的小孔中，然後採用模具(B)成型水泥淨漿或砂漿試樣，當試樣硬化後拆除外圓環(8)和擋板(11)，得到缺口的圓環形試樣，採用測量卡尺測試兩測頭的距離變化。
全文摘要
一種測試水泥基材料在約束條件下開裂及收縮性能的裝置和方法，通過模具A成型試樣並通過測試電路測試試樣在約束狀態下的第一開裂時間，通過模具B成型試樣並通過測量卡尺測試試樣在約束狀態下的收縮性能，A上設置的尖劈可以保證開裂發生在此處並加速開裂，收縮性能通過測頭傳遞至卡尺，並由卡尺上固定的千分尺測得。該裝置同時測試開裂和收縮性能，可以更有效地評價兩者之間的關係，使測試結果互為印證，並具有裝置製作簡單、操作便利，測試結果可靠性強的特點。
文檔編號G01N27/00GK1645138SQ20051001813
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月12日 優先權日2005年1月12日
發明者朱洪波, 馬保國, 董榮珍 申請人:武漢理工大學