CN101482526B - 一种早龄期混凝土热膨胀系数的测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，所述测定方法包括如下步骤：混凝土试件的养护、混凝土试件的密封、试件安装、数据采集、数据处理，本发明中所述的数据采集采用如下方法：在-2～3℃的温度范围内赋予密封混凝土试件以温度变化并同时采集数据。本发明在上述温度范围内获得了温度上升与下降近似重合的线性温度-应变关系，即测定过程中的胶凝材料的水化反应得到了抑制，自收缩得以剔除；并且测试过程中试件处于密封状态，没有水分的进入和逸散，干燥收缩也得以剔除。所测定的试件变形为单纯的温度变形，故获得的是真实的混凝土热膨胀系数。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，属土木建筑工程技术领域。
(二)背景技术
不仅在讨论温度变形时，混凝土热膨胀系数是必须的；在评价自收缩及干燥收缩时，也首先要从实测的变形中利用混凝土的热膨胀系数扣除温度变形才能得以进行。普通混凝土的热膨胀系数通常被认为是一常数，其值不随混凝土龄期变化(通常取10×10-6/℃)。然而，由于现代混凝土中混合材料和外加剂的掺入，尤其是高性能混凝土的广泛应用，混凝土中胶凝材料基体相数量多、混凝土自收缩影响大，而且内部结构发展快，致使热膨胀系数的变化也较大。研究表明，早龄期处于硬化过程中的混凝土的热膨胀系数比完全硬化时的常数值要大的多，无视热膨胀系数的时间依存性(随龄期变化的特性)是不合理的。因此混凝土早龄期(硬化过程中)的热膨胀系数的测试方法成为研究早龄期混凝土的特性、尤其是变形特性的重要前提。
由于早龄期的水化热引起的混凝土温度上升和下降与自收缩几乎是同时发生的，而且非密封的混凝土热膨胀系数测试试件还伴随有干燥收缩，现有的热膨胀系数的测定方法无法克服自收缩和干燥收缩的影响，难以获得单纯的温度变形，因而难以得到合理的热膨胀系数。此外，早龄期热膨胀系数测定时，混凝土尚处于胶凝材料的水化硬化阶段，混凝土内部结构状态在测定过程中易发生变化，因而现行方法难以获得某一时点(龄期)的热膨胀系数，尤其是早龄期的热膨胀系数。
(三)发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是要提供一种早龄期混凝土热膨胀系数的测定方法，该方法不但能测定混凝土在早龄期某一时点(龄期)的热膨胀系数，而且通过测定不同时点的热膨胀系数来考察混凝土热膨胀系数的时间依存性。
本发明的思路与原理为：利用低温对胶凝材料水化反应的阻碍作用抑制自收缩，利用试件的密封处理抑制干燥收缩的发生，以获得单纯的温度变形。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，所述测定方法采用的装置包括用以固定混凝土试件的试件支持台座、固定在试件支持台座上可与混凝土试件连接的位移传感器、分别布置在试件支持台座表面及位移传感器上的热电偶；内装不冻液的绝热箱、加热器、制冷器、循环泵、温度控制和数据采集仪，加热器、制冷器置于绝热箱不冻液中，热电偶安装在支持台座钢板表面及位移传感器上，循环泵置于绝热箱外，循环泵与绝热箱内液体通过循环水管构成循环回路，混凝土试件预埋有热电偶；热电偶、位移传感器、加热器、制冷器、循环泵均与温度控制和数据采集仪连接；
所述测定方法包括如下步骤：当事先预埋有热电偶的混凝土试件养护至某一热膨胀系数测定龄期的前30分钟内对混凝土试件作全面密封处理；将混凝土试件安装在试件支持台座上，将安装了混凝土试件的支持台座置于绝热箱不冻液中(一般使得不冻液面高出试件顶面2～3cm)，带有热电偶的位移传感器安装在混凝土试件顶面，于-2～3℃的温度范围在规定的测定龄期开始降温与升温过程，并同时采集温度与变形值，经数据处理得到该龄期的热膨胀系数，通常是根据变形-温度曲线计算斜率得到。
在上述测定方法的数据处理过程中，由于位移传感器和试件支持台座本身也可能存在温度变形，本领域技术人员可以通过常规方法对位移传感器和试件支持台座作温度变形补正。
优选的，本发明所述的试件支持台座推荐使用殷钢制作。因殷钢的热膨胀系数极低，可以消除在数据采集过程中其温度变形的影响，即在数据处理过程中无需对试件支持台座做温度变形补正。
本发明所述的混凝土试件的密封处理可采用如下方法：混凝土试件用铝箔胶带进行全面密封，胶带接口处用石蜡封口。
本发明所述的测定方法推荐采用某一规定龄期的多个(比如三个)混凝土试件的热膨胀系数平均值作为该规定龄期的混凝土热膨胀系数特征值。
本发明具体推荐所述的测定方法按照如下步骤进行：
(1)成型混凝土时在混凝土试件中心预埋热电偶测定温度，在支持试件台座钢板表面粘贴热电偶；
(2)将上述混凝土试件在规定条件下养护，本领域技术人员可以根据实际情况规定龄期，如可规定为9、12、15、20、24、72、168小时龄期；
(3)当养护至某一热膨胀系数测定龄期(如：9、12、15、20、24、72或168小时龄期)的前30分钟内用铝箔胶带进行全面密封，胶带接口处用石蜡封口；
(4)将按步骤(3)密封处理后的混凝土试件置于殷钢制成的试件支持台座，然后将安装了混凝土试件的支持台座置于绝热箱的不冻液中，带有热电偶的位移传感器安装在混凝土试件顶面；
(5)启动热膨胀系数测定装置，控制温度在-2～3℃，在规定的测定龄期开始降温与升温过程，比如可控制升降温速度为每10分钟0.4～0.6℃，并同时每隔5分钟左右采集温度与变形值；
(6)补正位移传感器的温度变形漂移，再根据变形-温度曲线计算热膨胀系数。采用三个混凝土试件的平均值作为该龄期的混凝土热膨胀系数特征值。
再进一步，在其他热膨胀系数测定龄期重复步骤(3)至步骤(6)的操作，即可获得不同龄期下的热膨胀系数。
与现有技术相比，本发明的创新之处体现在如下几方面：
a)本发明在-2℃～3℃的低温区间赋予密封混凝土试件以温度变化，此温度范围既不会导致混凝土破坏也基本没有自收缩和干燥收缩发生，从而可测定到纯温度应变而求得真实的热膨胀系数。另一方面，也由于低温对胶凝材料水化反应的阻碍作用，可将混凝土的内部结构状态控制在某一时点。进一步地在不同龄期进行实验，从而把握混凝土热膨胀系数的时间依存性。
b)测试过程中试件处于密封状态，没有水分的进入和逸散，因此也没有干燥收缩和水分进入引起的膨胀的发生；
c)本发明测试过程在不冻液中进行，可使混凝土试件的升降温更均匀与快速；
d)本发明用殷钢制作试件支持台座，可以消除在数据采集过程中其温度变形的影响；
综上，本发明所述混凝土热膨胀系数的测定方法在-2℃～3℃的温度范围内获得了温度上升与下降近似重合的线性温度-应变关系，即所测定的试件变形为单纯的温度变形，故获得的是真实的混凝土热膨胀系数。
(四)附图说明
图1是成型混凝土试件与试件支持台座的示意图；
图2是本发明采用的混凝土热膨胀系数的测定装置；
图3a是实施例一获得的混凝土早龄期热膨胀系数随龄期变化图；
图3b是实施例二获得的混凝土早龄期热膨胀系数随龄期变化图。
其中，图1和图2中各标号表示如下：1成型混凝土试件，2试件支持台座，3热电偶，4不冻液面，5传感器支架，6位移传感器，7制冷器，8加热器，9循环泵，10绝热箱，11控制记录装置，12不冻液。
(五)具体实施例
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但不是对本发明的材料组成及测定方法的限制。
实施例一：掺矿渣粉的混凝土的早龄期热膨胀系数
水泥：52.5级普通硅酸盐水泥；粗骨料：碎石，最大粒径20mm；细骨料：河砂，细度模数2.97；减水剂：聚羧酸型高效减水剂；矿渣粉：比表面积6000cm2/g。
混凝土一(25-BS)，其配合比为：水胶比0.25，水泥320kg/m3、矿渣粉320kg/m3、水160kg/m3、粗骨料986kg/m3、细骨料687kg/m3、减水剂6.72kg/m3。混凝土坍落度为163mm。
热膨胀系数测定过程：
(1)成型混凝土时在混凝土试件中心预埋热电偶测定温度，在支持试件台座钢板表面粘贴热电偶；
(2)将上述混凝土试件在规定条件下养护，混凝土养护温度为20℃±1℃，湿度＞95％；规定为9、12、16、20、24、72、168小时龄期；；
(3)当养护至某一热膨胀系数测定龄期(9、12、16、20、24、72或168小时龄期)的前30分钟内用铝箔胶带进行全面密封，胶带接口处用石蜡封口；
(4)将按步骤(3)密封处理后的混凝土试件置于殷钢制成的试件支持台座，然后将安装了混凝土试件的支持台座置于绝热箱的不冻液中，并设定好带有热电偶的位移传感器；
(5)启动热膨胀系数测定装置，控制温度在-2～3℃，在规定的测定龄期开始降温与升温过程，控制升降温速度为每10分钟0.5℃，并同时每隔5分钟采集温度与变形值；
(6)补正位移传感器的温度变形漂移，再根据变形-温度曲线计算热膨胀系数。采用三个混凝土试件的平均值作为该龄期的混凝土热膨胀系数特征值。
采用上述方法和步骤测得的热膨胀系数及其随龄期的变化如附图3(a)所示。
混凝土二(35-BS)，其配合比为：水胶比0.35，水泥239kg/m3、矿渣粉239kg/m3、水167kg/m3、粗骨料987kg/m3、细骨料798kg/m3、减水剂5.50kg/m3。混凝土坍落度为171mm。
热膨胀系数测定过程：
混凝土养护温度为20℃±1℃，湿度＞95％；测定龄期为10、13、16、20、24、72、168小时龄期；其余测试方法与过程与前述混凝土一(25-BS)相同。
采用上述方法和步骤测得的热膨胀系数及其随龄期的变化如附图3(a)所示。
实施例二：掺硅粉的混凝土的早龄期热膨胀系数
水泥：52.5级普通硅酸盐水泥；粗骨料：碎石，最大粒径20mm；细骨料：河砂，细度模数2.97；减水剂：聚羧酸型高效减水剂；硅粉：比表面积2×105cm2/g，SiO2含量91％。
混凝土一(25-SF)，其配合比为：水胶比0.25，水泥576kg/m3、硅粉64kg/m3、水160kg/m3、粗骨料985kg/m3、细骨料677kg/m3、减水剂11.52kg/m3。混凝土坍落度为169mm。
热膨胀系数测定过程：
混凝土养护温度为20℃±1℃，湿度＞95％；测定龄期：9、12、16、20、24、72、168小时龄期；升降温速度控制为每10分钟0.4℃；其余测试方法与过程与前述混凝土一(25-BS)相同。
采用上述方法和步骤测得的热膨胀系数及其随龄期的变化如附图3(b)所示。
混凝土二(35-SF)，其配合比为：水胶比0.35，水泥471kg/m3、硅粉47kg/m3、水165kg/m3、粗骨料1019kg/m3、细骨料785kg/m3、减水剂8.48kg/m3。混凝土坍落度为178mm。
热膨胀系数测定过程：
混凝土养护温度为20℃±1℃，湿度＞95％；测定龄期：10、13、16、20、24、72、168小时龄期；升降温速度控制为每10分钟0.4℃；其余测试方法与过程与前述混凝土一(25-BS)相同。
采用上述方法和步骤测得的热膨胀系数及其随龄期的变化如附图3(b)所示。
Claims (7)
1.一种早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，其特征在于所述测定方法采用的装置包括用以固定混凝土试件的试件支持台座、固定在试件支持台座上可与混凝土试件连接的位移传感器、分别布置在试件支持台座表面及位移传感器上的热电偶、内装不冻液的绝热箱、加热器、制冷器、循环泵、温度控制和数据采集仪；加热器、制冷器置于绝热箱不冻液中，循环泵置于绝热箱外，循环泵与绝热箱内液体通过循环水管构成循环回路，混凝土试件预埋有热电偶；热电偶、位移传感器、加热器、制冷器、循环泵均与温度控制和数据采集仪连接；
所述测定方法包括如下步骤：当事先预埋有热电偶的混凝土试件养护至某一热膨胀系数测定龄期的前30分钟内对混凝土试件作全面密封处理；将混凝土试件安装在试件支持台座上，将安装了混凝土试件的支持台座置于绝热箱不冻液中，带有热电偶的位移传感器安装在混凝土试件顶面，于-2～3℃的温度范围在规定的测定龄期开始降温与升温过程，并同时采集温度与变形值，所得变形-温度曲线的斜率即为该龄期的热膨胀系数。
2.如权利要求1所述的早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，其特征在于所述的试件支持台座使用殷钢制作。
3.如权利要求1所述的早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，其特征在于所述的混凝土试件的密封处理方法如下：混凝土试件用铝箔胶带进行全面密封，胶带接口处用石蜡封口。
4.如权利要求1所述的早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，其特征在于数据处理过程中，对位移传感器和试件支持台座作温度变形补正。
5.如权利要求2所述的早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，其特征在于数据处理过程中，对位移传感器作温度变形补正。
6.如权利要求1～5之一所述的早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，其特征在于所述的测定方法采用某一规定龄期的多个混凝土试件的热膨胀系数平均值作为该规定龄期的混凝土热膨胀系数特征值。
7.如权利要求6所述的早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，其特征在于所述的测定方法按照如下步骤进行：
(1)成型混凝土时在混凝土试件中心预埋热电偶并测定温度；在试件支持台座表面粘贴热电偶；
(2)将上述混凝土试件在规定条件下养护；
(3)当养护至某一热膨胀系数测定龄期的前30分钟内用铝箔胶带进行全面密封，胶带接口处用石蜡封口；
(4)将按步骤(3)密封处理后的混凝土试件固定于殷钢制成的试件支持台座，然后将安装了混凝土试件的支持台座置于绝热箱的不冻液中，带有热电偶的位移传感器安装在混凝土试件顶面；
(5)启动热膨胀系数测定装置，控制温度在-2～3℃，在规定的测定龄期开始降温与升温过程，并同时采集温度与变形值；
(6)补正位移传感器的温度变形漂移，再根据变形-温度曲线计算热膨胀系数，采用多个试件的平均值作为该龄期的混凝土热膨胀系数特征值。
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