混凝土熱膨脹係數測定系統的製作方法
2023-06-13 01:55:41 1
專利名稱：混凝土熱膨脹係數測定系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及混凝土技術領域，尤其涉及一種混凝土熱膨脹係數測定系統。
背景技術：
熱膨脹是物體由於溫度改變而產生脹縮的現象，物體的變化能力可以通過熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion)表示，熱膨脹係數為等壓(P—定)條件下單位溫度變化所導致的體積變化，因此，熱膨脹係數可以採用公式α = Δ V/(VX Δ Τ)表示， 其中，α為熱膨脹係數，為V為物體體積，Δ V為物體體積變化，Δ T為物體溫度變化。與上述熱膨脹係數不同，混凝土的熱膨脹係數通常以單位溫度變化所導致長度方向上的變化表示，因此，混凝土的熱膨脹係數可以採用公式α = AL/(LX Δ Τ)表示，其中， α為混凝土的熱膨脹係數，L為混凝土塊的長度，Δ L為混凝土塊的長度變化，Δ T為混凝土塊的溫度變化。隨著高性能混凝土的廣泛應用，混凝土早期開裂問題日益突出，影響混凝土開裂性能的主要原因在於其自收縮和熱膨脹引起的混凝土早期體積不穩定性。混凝土的熱膨脹係數是影響混凝土早期行為的重要因素，作為混凝土熱膨脹的重要表徵參數，對混凝土早期開裂性能有著直接影響，是混凝土早期開裂敏感性分析的重要參數。《公路混凝土路面設計規範》(JTG D40-2009)對普通混凝土路面中溫度翹曲應力的計算和連續配筋混凝土路面中平均裂縫間距、配筋率的計算時均明確提出對混凝土熱膨脹係數的要求。現有技術採用電阻應變計採集由恆溫水浴引起的混凝土塊熱變形，進而計算混凝土的熱膨脹係數，由於電阻應變計可靠性不高，且精度往往不能達到10_6/°c，得到的混凝土熱膨脹係數不精確。
實用新型內容本實用新型提供一種混凝土熱膨脹係數測定系統，用以解決現有技術中混凝土熱膨脹係數不精確的缺陷，實現精確測量混凝土熱膨脹係數。本實用新型提供一種混凝土熱膨脹係數測定系統，包括溫控試驗箱、用於傳遞所述溫控試驗箱內部液體中放置的待測混凝土塊的熱膨脹變形的頂杆、用於放大所述待測混凝土塊熱變形尺寸的光槓桿以及用於對所述待測混凝土塊的熱變形尺寸進行測量的望遠鏡尺寸測量系統；所述溫控試驗箱內設置有用於控制所述溫控試驗箱內部液體溫度的控溫管；所述頂杆設置於所述待測混凝土塊之上，所述光槓桿設置於所述頂杆之上，所述望遠鏡尺寸測量系統置於所述溫控試驗箱外部。進一步地，該混凝土熱膨脹係數測定系統還包括網格底座，所述網格底座設置於所述待測混凝土塊下部。其中，所述網格底座優選為單層鋼筋網。再進一步地，該混凝土熱膨脹係數測定系統還包括用於記錄所述溫控試驗箱內部液體中放置的待測混凝土塊中心溫度的溫度記錄儀和設置於所述待測混凝土塊中心的溫度傳感器；所述溫度傳感器與所述溫度記錄儀連接，用於向所述溫度記錄儀發送所述待測混凝土塊中心的溫度。優選地，所述溫控試驗箱的頂蓋上設置有用於穿過所述頂杆的圓孔，所述頂杆穿過所述圓孔粘接於所述待測混凝土塊的上表面。其中，所述光槓桿的後腳置於所述頂杆的上表面，所述光槓桿的底座水平，所述光槓桿的反射鏡豎直。此外，所述望遠鏡尺寸測量系統包括望遠鏡架、望遠鏡和遊標卡尺，所述望遠鏡與所述遊標卡尺等距的分列望遠鏡架兩側；所述望遠鏡軸線水平，所述望遠鏡的鏡面、所述光槓桿的反射鏡的反射面與遊標卡尺平行，所述望遠鏡與光槓桿的反射鏡的反射面等高；所述光槓桿的反射鏡的反射面，用於將所述待測混凝土塊熱變形前後的遊標卡尺的像反射進入望遠鏡。所述頂杆優選為溫度惰性頂杆。本實用新型的混凝土熱膨脹係數測定系統，通過控制溫控試驗箱內部液體的溫度來控制其中放置的待測混凝土塊的溫度，可以保證待測混凝土塊的受熱均勻，同時採用光槓桿放大待測混凝土塊熱變形尺寸，使望遠鏡尺寸測量系統測得的待測混凝土塊的變形精確，從而得到精確的混凝土熱膨脹係數。
為了更清楚地說明本實用新型或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例一提供的混凝土熱膨脹係數測定系統的結構示意圖；圖2為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹係數測定系統的結構示意圖；圖3為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹係數測定系統中光槓桿與頂杆的結構示意圖；圖4為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹係數測定系統中網格底座的結構示意圖；圖5為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹係數測定系統中測量原理的示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。[0027]實施例一圖1為本實用新型實施例一提供的混凝土熱膨脹係數測定系統的結構示意圖，如圖1所示，該混凝土熱膨脹係數測定系統包括溫控試驗箱11、用於傳遞所述溫控試驗箱11 內部液體中放置的待測混凝土塊30的熱膨脹變形的頂杆13、用於放大待測混凝土塊30熱變形尺寸的光槓桿15以及用於對所述待測混凝土塊30的熱變形尺寸進行測量的望遠鏡尺寸測量系統17 ；所述溫控試驗箱11內設置有用於控制所述溫控試驗箱11內部液體溫度的控溫管 111 ；所述頂杆13設置於所述待測混凝土塊30之上，所述光槓桿15設置於所述頂杆13 之上，所述望遠鏡尺寸測量系統17置於所述溫控試驗箱11外部，其中，望遠鏡與光槓桿15 的間距應滿足所述待測混凝土塊30熱變形量的放大倍數的需要，可以優選為5-10m。本實施例混凝土熱膨脹係數測定系統的溫控試驗箱，通過控制溫控試驗箱內部液體的溫度來控制其中放置的待測混凝土塊的溫度，可以保證待測混凝土塊的受熱均勻，同時採用光槓桿放大待測混凝土塊熱變形尺寸，使望遠鏡尺寸測量系統測得的待測混凝土塊的變形精確，從而得到精確的混凝土熱膨脹係數。實施例二圖2為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹係數測定系統的結構示意圖，如圖2所示，在實施例一的基礎上，該混凝土熱膨脹係數測定系統還可以包括用於記錄所述溫控試驗箱11內部液體中放置的待測混凝土塊30溫度的溫度記錄儀18和設置於所述待測混凝土塊30中心的溫度傳感器19 ；所述溫度傳感器19與所述溫度記錄儀18連接，用於向所述溫度記錄儀18發送所述待測混凝土塊30中心的溫度，可以精確監測混凝土塊中心的實時溫度，減小由水溫和待測混凝土塊30的溫度差異引起的誤差。其中，溫度傳感器19可以在成型時放入待測混凝土塊30的中心，溫度傳感器19與溫度記錄儀18的連接可以為有線，也可以為無線。進一步地，該混凝土熱膨脹係數測定系統的溫控試驗箱11的頂蓋上可以設置有用於穿過所述頂杆13的圓孔113，所述頂杆13穿過所述圓孔113粘接於所述待測混凝土塊 30的上表面。再進一步地，圖3為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹係數測定系統中光槓桿與頂杆的結構示意圖，如圖3所示，該混凝土熱膨脹係數測定系統的光槓桿15的後腳 151置於所述頂杆13的上表面，所述光槓桿15的底座153水平，所述光槓桿15的反射鏡 155豎直。優選地，圖4為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹係數測定系統中網格底座的結構示意圖，如圖4所示，該混凝土熱膨脹係數測定系統還可以包括網格底座40，參見圖2，所述網格底座40設置於所述待測混凝土塊30下部，既有效限制溫度升高時溫控試驗箱11內部液體對待測混凝土塊30的擾動，又可以使待測混凝土塊30底部均勻受熱。此外，參見圖2，該混凝土熱膨脹係數測定系統的望遠鏡尺寸測量系統17可以包括望遠鏡架171、望遠鏡173和遊標卡尺175，所述望遠鏡與所述遊標卡尺175等距的分列望遠鏡架171兩側，距離可以優選為約2. 5cm,當然也可以為其他尺寸，具體可以根據應用場景選擇；[0039]所述望遠鏡173軸線水平，所述望遠鏡173的鏡面、所述光槓桿15的反射鏡155 的反射面與遊標卡尺175平行，所述望遠鏡173與光槓桿15的反射鏡155的反射面等高；所述光槓桿15的反射鏡155的反射面，用於將所述待測混凝土塊30熱變形前後的遊標卡尺175的像反射進入望遠鏡；具體地，初始狀態時，所述望遠鏡173與所述遊標卡尺175等距的分列望遠鏡架 171兩側，距離約2. 5cm，遊標卡尺175的像通過光槓桿15的反射鏡155的反射面反射進入望遠鏡的鏡面，通過望遠鏡173可以讀出初始示數；溫度升高後，混凝土塊膨脹，光槓桿15 後腳151升高，反射鏡155偏轉一定角度如θ，則反射到望遠鏡的遊標卡尺175的像發生變化，通過望遠鏡173可以讀出變化後的示數；前後示數差則為經光槓桿15放大了的混凝土塊熱變形。此外，頂杆13優選為溫度惰性頂杆例如熔融石英棒、陶瓷棒等，頂杆13的材料為溫度惰性材料即可。下面介紹一種採用本實用新型實施例的混凝土熱膨脹係數測定系統測定混凝土塊熱膨脹係數的具體應用實例參見圖2，假設溫控試驗箱11例如熱膨脹係數 (Coefficient of Thermal Expansion ；簡稱CTE)試驗箱內的液體為水，水位略高於豎直放置的待測混凝土塊30的高度，待測混凝土塊30可以為稜柱體(高寬比優選為不小於2) 或圓柱體(高和直徑比優選為不小於2)的能夠代表被測物性質的混凝土塊，頂杆13為熔融石英棒，測試溫度區間為10°C -50°C。其中，溫控試驗箱11的頂蓋上可以預留直徑約1. 5cm的圓孔113，以便熔融石英棒穿過，將水浴中混凝土柱的變形傳遞至試驗箱的光槓桿15，測定稜柱體混凝土塊在10°C -50°C下的變形，可以得到待測混凝土塊30的熱膨脹係數其中，該實施例的試驗條件僅為一種設定，而非限制，可以為其他合理的試驗條件。具體地，採用該混凝土熱膨脹係數測定系統測量混凝土塊的熱膨脹係數的具體過程包括以下步驟步驟101、將待測混凝土塊30豎直放在溫控試驗箱11的底部，使待測混凝土塊30 完全浸泡在水裡，由於待測混凝土塊30底面與溫控試驗箱11的箱底接觸的部分採用網格底座40例如單層鋼筋網墊起，既有效限制溫度升高時待測混凝土塊30的擾動，溫控試驗箱11中的液體可以透過鋼筋網和待測混凝土塊30有效接觸，使待測混凝土塊30底部均勻受熱。步驟102、連接頂杆13，如熔融石英棒，用膠水將熔融石英棒牢固的粘在試件的上表面，熔融石英棒從溫控試驗箱11頂蓋的圓孔113中豎直伸出。其中，傳遞膨脹變形的頂杆13採用的熔融石英棒為溫度惰性材料，其線膨脹係數僅為1X10—9，可以減小溫度梯度引起的頂杆13的變形造成的誤差。步驟103、向溫控試驗箱11中注水，水面優選為高過待測混凝土塊30上表面 3_5cm0步驟104、架設光槓桿15，將光槓桿15的後腳151放在熔融石英棒的上表面，並使光槓桿15的底座153水平，光槓桿15的反射鏡155豎直。步驟105、調整望遠鏡173，使望遠鏡173軸線水平，望遠鏡173軸線和遊標卡尺 175垂直，望遠鏡173的鏡面、光槓桿15的反射鏡155的反射面與遊標卡尺175平行，望遠鏡與光槓桿15的反射鏡155的反射面等高。[0049]步驟106、微調望遠鏡，在望遠鏡視窗內，找到遊標卡尺175的清晰讀數，分別記錄光槓桿15前後腳151間的距離d，光槓桿15反射鏡155面與遊標卡尺175間的距離D。步驟107、接通待測混凝土塊30中心的溫度傳感器19與溫度記錄儀18，根據溫度記錄儀18的讀數，可以確定待測混凝土塊30的溫度。 步驟108、將水溫設定為10°C，開啟溫控試驗箱11，溫控試驗箱11的控溫管111可以將水溫調整並保持在10°c。待溫度記錄儀18顯示溫度為10°C後，保持4小時，記錄遊標卡尺175讀數hp然後，將水溫設定為50°C，隨著水溫的升高，混凝土塊會膨脹，反射鏡155 後腳151會抬高，溫度記錄儀18顯示為50°C後，保持4小時，這時反射鏡155面偏轉一定角度如θ，記錄遊標卡尺175讀數h2。進一步地，為了驗證升溫時的望遠鏡173示數是否準確，可以重新將水溫設定為10°C，待溫度記錄儀18示數為10°C後，穩定2小時，記錄遊標卡尺175讀數h/，如果升溫前後的望遠鏡173的示數差超過一定值例如15%，則需要重新測量。其中，採用遊標卡尺175測量混凝土熱變形精度高於一般直尺，得到的熱膨脹係數更精確。鑑於遊標卡尺與望遠鏡分劃板不重合的事實，推導了膨脹變形的精確計算公式 參見圖5，為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹係數測定系統中測量原理的示意圖， 其中Ntl為遊標卡尺上的物點，N1為反射鏡偏轉θ後遊標卡尺上真實的的物點，Δη為混凝土塊熱變形尺寸，S為Ntl對應的像點，F為反射鏡過0點的法線與平面N1SNtl的交點，M為反射鏡偏轉θ後&對應的像點，a為Ntl距望遠鏡的距離，1為入射角，2為反射角，0為反射鏡的軸心，0』為反射鏡過0點的法線與SNtl的交點。在水溫上升後，光槓桿的反射鏡偏轉θ，
則
權利要求1.一種混凝土熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，包括溫控試驗箱、用於傳遞所述溫控試驗箱內部液體中放置的待測混凝土塊的熱膨脹變形的頂杆、用於放大所述待測混凝土塊熱變形尺寸的光槓桿以及用於對所述待測混凝土塊的熱變形尺寸進行測量的望遠鏡尺寸測量系統；所述溫控試驗箱內設置有用於控制所述溫控試驗箱內部液體溫度的控溫管；所述頂杆設置於所述待測混凝土塊之上，所述光槓桿設置於所述頂杆之上，所述望遠鏡尺寸測量系統置於所述溫控試驗箱外部。
2.根據權利要求1所述的混凝土熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，還包括網格底座，所述網格底座設置於所述待測混凝土塊下部。
3.根據權利要求2所述的混凝土熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，還包括所述網格底座為單層鋼筋網。
4.根據權利要求1所述的混凝土熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，還包括用於記錄所述溫控試驗箱內部液體中放置的待測混凝土塊中心溫度的溫度記錄儀和設置於所述待測混凝土塊中心的溫度傳感器；所述溫度傳感器與所述溫度記錄儀連接，用於向所述溫度記錄儀發送所述待測混凝土塊中心的溫度。
5.根據權利要求1-4任一所述的混凝土熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，所述溫控試驗箱的頂蓋上設置有用於穿過所述頂杆的圓孔，所述頂杆穿過所述圓孔粘接於所述待測混凝土塊的上表面。
6.根據權利要求5所述的混凝土熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，所述光槓桿的後腳置於所述頂杆的上表面，所述光槓桿的底座水平，所述光槓桿的反射鏡豎直。
7.根據權利要求1-4任一所述的混凝土熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，所述望遠鏡尺寸測量系統包括望遠鏡架、望遠鏡和遊標卡尺，所述望遠鏡與所述遊標卡尺等距的分列望遠鏡架兩側；所述望遠鏡軸線水平，所述望遠鏡的鏡面、所述光槓桿的反射鏡的反射面與遊標卡尺平行，所述望遠鏡與光槓桿的反射鏡的反射面等高；所述光槓桿的反射鏡的反射面，用於將所述待測混凝土塊熱變形前後的遊標卡尺的像反射進入望遠鏡。
8.根據權利要求1-4任一所述的混凝土熱膨脹係數測定系統，其特徵在於，所述頂杆為溫度惰性頂杆。
專利摘要本實用新型公開了一種混凝土熱膨脹係數測定系統，包括溫控試驗箱、用於傳遞所述溫控試驗箱內部液體中放置的待測混凝土塊的熱膨脹變形的頂杆、用於放大所述待測混凝土塊熱變形尺寸的光槓桿以及用於對所述待測混凝土塊的熱變形尺寸進行測量的望遠鏡尺寸測量系統；所述溫控試驗箱內設置有用於控制所述溫控試驗箱內部液體溫度的控溫管；所述頂杆設置於所述待測混凝土塊之上，所述光槓桿設置於所述頂杆之上，所述望遠鏡尺寸測量系統置於所述溫控試驗箱外部。本實用新型通過控制溫控試驗箱內部液體的溫度可以保證待測混凝土塊的受熱均勻，採用光槓桿放大使望遠鏡尺寸測量系統測得的待測混凝土塊的變形精確，從而得到精確的混凝土熱膨脹係數。
文檔編號G01N25/16GK202066814SQ20112012802
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者付智, 何哲, 劉 英, 孫宏峰, 張豔聰, 彭鵬, 王大鵬, 王稷良, 田波, 莫秀雄, 謝晉德 申請人:交通運輸部公路科學研究所, 北京科路泰技術有限公司