CN101813610B - 侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置及其测试方法。该测试装置由加载系统、采集系统和集料系统三部分组成。将设定水灰比的拌制混凝土装入集料系统采集初始体积数据；通过加载系统对新拌混凝土施加振动荷载，振动过程中及振动过后由长行程位移传感器对新拌混凝土体积压缩变形量进行测试，最后由数据处理系统输出在振动过程中及振动过后，有侧限条件下新拌混凝土的体积压缩系数。本发明所提供的测试装置和测试方法，可研究不同水灰比、振动能量作用下新拌混凝土的体积压缩系数或压缩模量与混凝土早期强度、后期强度、耐久性等重要性能指标之间的内在联系，可为混凝土结构的设计、施工和运行提供源头技术支持。

Description

侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置及其测试方法。具体地说是涉及一种采用压电式长行程位移传感器，测试侧限条件下新拌混凝土在振捣过程中和振捣过程之后体积压缩系数的装置及其测试方法。

背景技术

现阶段对混凝土压缩模量的测试，各个国家均是对成型以后的混凝土试块(立方体或圆柱体)进行轴心压缩试验，获得轴向压缩值与径向拉伸值，而后推导出成型后混凝土的压缩模量。这类测试方法仅考虑成型后混凝土的压缩模量，对新拌混凝土的体积压缩系数则未涉及。

此外，现阶段由生产厂家提供的新拌混凝土测定仪，具备了测试新拌混凝土质量的功能，包括测定混凝土水灰比、坍落度、浇入模度、并预估28天强度。实施测量时，将一特殊的探头插入样本中转动，利用测量探头在混凝土中转动时所受到的阻力自动计算出混凝土的水灰比、坍落度和28天强度，利用其附带的软件从仪器中下载数据，并做出分析并后进行质量验证。这类仪器仅对新拌混凝土的材料参数(水灰比、坍落度、浇入模度等)进行测试，而无法实现对新拌混凝土的力学性能(压缩模量等)进行测试。

而混凝土早期强度、后期强度、耐久性等势必与浇筑时混凝土的体积压缩系数密切相关。同时，作为混凝土力学性能的直接表征，良好的立方体抗压强度、棱柱体轴心抗压强度等强度指标是保证许多重要混凝土工程安全、耐久的必要条件。

目前，对混凝土强度的测定均按照《混凝土强度检验评定标准》(GBJ107-87)进行，新拌混凝土在试模内浇筑完毕并按照一定的养护条件养护成型后，在试验机上测试成型后混凝土试块的抗压强度。即目前测试混凝土抗压强度的方法，均是基于已成型混凝土试块进行的，均不涉及测定新拌混凝土在振捣荷载作用下的体积压缩系数，也并未建立新拌混凝土的体积压缩系数与混凝土早期或后期强度的关系。而事实上，新拌混凝土的体积压缩系数与混凝土浇筑成型效果及混凝土成型质量有着必然的相互关系。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置。

本发明的另一个目的在于提供一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试方法。

为了实现上述的目的，本发明通过以下技术特征来实现：

一种侧限条件下新拌混凝土压缩系数的测试装置，由加载系统、采集系统和集料系统三部分构成，集料系统固定放置于加载系统的上方，采集系统连接至集料系统。

前述侧限条件下新拌混凝土压缩系数的测试装置，所述加载系统包括振动加载装置、振动加载控制系统。

所述集料系统设在加载系统的振动加载装置上，包括料桶、滤水垫块、门形架三部分，其中料桶位于集料系统的最下方且设在振动加载装置的上面，门形架固定在料桶桶壁的上方，滤水垫块压在料桶内盛放的新拌混凝土的顶面。

所述采集系统包括压电式长行程位移传感器、数据采集仪、数据处理系统，长行程位移传感器安装在滤水垫层和门形架之间，长行程位移传感器的固定端安装在集料系统的门形架上，感应端安装在滤水垫层的顶面，压电式长行程位移传感器、数据采集仪、数据处理系统依次连接。

前述料桶为圆柱体外形，料桶底板的直径大于料桶直径，且在底板上轴向地设有若干安装孔，用于将料桶固定在加载装置上，在料桶外壁的上部对称地设有突出部，在突出部上径向地设有安装孔，门形架通过这些安装孔与料桶连接。

本发明所提供测试装置的工作原理为：

集料系统装载新拌混凝土，由加载系统对集料系统施加水平和垂直振动，有侧限条件下吸收振动能量后的新拌混凝土体积发生变化。由采集系统直接测得新拌混凝土在振动过程中和振动之后的体积变形量，进而推算出侧限条件下新拌混凝土的体积压缩系数。

一种侧限条件下新拌混凝土压缩系数的测试方法，其步骤如下：

步骤一：按照设定的水灰比拌制混凝土；

步骤二：将新拌混凝土装入集料系统，在新拌混凝土料顶部放上滤水垫块。

步骤三：启动采集系统，对未受扰动的新拌混凝土初始状态进行测试，并记录初始数据；

步骤四：启动加载系统，设置不同的振动能量参数，对装有新拌混凝土的集料系统进行水平和垂直振动，并由采集系统在振动过程中对新拌混凝土的体积变化进行采集；

步骤五：停止加载，由采集系统继续采集在振动加载过后新拌混凝土的体积变化；

步骤六：根据振动过程中和振动后的体积变化率，由采集系统中的分析软件计算出侧限条件下两阶段新拌混凝土的体积压缩系数。

有益效果：采用本发明所提供的测试装置和测试方法，可研究不同水灰比、振动能量作用下新拌混凝土的体积压缩系数或压缩模量，从而揭示出新拌混凝土的体积压缩系数或压缩模量与混凝土早期强度、后期强度、耐久性等重要性能指标之间的内在联系，可为混凝土结构的设计、施工和运行提供源头技术支持。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进一步详细说明：

图1是本发明所提供的一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置的结构示意图；

图2是本发明所提供的一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置的集料系统结构示意图；

图3是本发明所提供的一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置的集料系统中钢制料桶的三维示意图；

图4是加载过程中和振动加载完毕后的W/C＝0.40位移-时间曲线图；

图5是加载过程中和振动加载完毕后的W/C＝0.50位移-时间曲线图。

附图中各附图标记的说明如下：

门形架1、长行程位移传感器2、滤水垫层3、料桶4、新拌混凝土5、振动加载装置6、振动加载控制系统7、数据采集仪8、数据处理系统9、连接螺栓10。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明：

图1是本发明所提供的一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置的结构示意图。图2是本发明所提供的一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置的集料系统结构示意图。参照图1、图2所示，侧限条件下新拌混凝土压缩系数的测试装置，由加载系统、采集系统和集料系统三部分构成，集料系统固定在加载系统的上方，采集系统连接至集料系统。

其中加载系统包括振动加载装置6、振动加载控制系统7；集料系统设在加载系统的台座上，包括料桶4、滤水垫块3、门形架1三部分，均由钢材加工制作而成，其中料桶4位于集料系统的最下方且设在振动加载装置6的上面，门形架1固定在料桶桶壁的上方，滤水垫块3压在料桶内盛放的新拌混凝土5的顶面；采集系统包括压电式长行程位移传感器2和数据采集仪8、数据处理系统9，长行程位移传感器2安装在滤水垫层3和门形架1之间，长行程位移传感器2的固定端安装在集料系统的门形架1上，感应端安装在滤水垫层3的顶面，压电式长行程位移传感器2、数据采集仪8、数据处理系统9依次连接。

图3是本发明所提供的一种侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置的集料系统中料桶的三维示意图。参照图3所示，料桶为圆柱体外形，料桶底板的直径大于料桶直径，且在底板上轴向地设有若干安装孔，用于将料桶固定在振动加载装置6上，在料桶外壁的上部对称地设有突出部，在突出部上径向地设有安装孔，门形架1通过这些安装孔与料桶桶连接。

实施例1

侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试装置制作及组装步骤：

第一步：采用宽500mm、厚20mm的钢板制作集料系统的料桶4；采用小槽钢制作门形架1；在料桶的底板上均匀留设8个螺栓孔，用于连接集料系统与加载系统。

第二步：测试采集系统，将长行程位移传感器2、数据采集仪8和数据处理系统9组装成型，人工调节长行程位移传感器2的位移量，根据数据处理系统9中反映的位移时程曲线判断采集系统是否连接完好。

第三步：测试加载系统，调节振动加载控制系统中振动加载方向和振动加速度值，测试振动加载装置6工作是否正常。

第四步：待加载系统和采集系统测试完毕后，将料桶4安装至振动加载装置6上。

第五步：将新拌混凝土5倒入料桶4内，并在混凝土顶部放上滤水垫块3。

第六步：安装门形架1至料桶4顶部并借助连接螺栓10固定，将长行程位移传感器2的感应部分安装在滤水垫块3和门形架1之间，长行程位移传感器2的固定端固定于门形架1上，感应端固定于滤水垫层3上。

实施例2

侧限条件下新拌混凝土体积压缩系数的测试方法

1.测试设备与参数

采用低频运输型DY600-5电动振动台对盛放新拌混凝土的料桶实施水平及垂直振动，选用100mm长行程位移传感器，Econ-AVANT动态自动采集系统。料桶直径200mm，高600mm，分为排水(侧边内衬CPFL)与不排水两种条件类型。方案中新拌混凝土水胶比W/C＝0.5或0.4、振捣能量加速度为4.5g或3g，振捣时间t＝90s。

2.测试步骤

步骤1：测试DY600-5电动振动台的工作状态和Econ-AVANT动态自动采集系统是否运转正常。

步骤2：将料桶安装至振动加载装置上。

步骤3：将600mm宽的CPFL衬于料桶内壁上，若为不排水试件则此步骤省略。

步骤4：将水胶比W/C＝0.5的新拌混凝土倒入料桶内，并在其顶部放置滤水垫层。

步骤5：安装门形架至料桶顶部，并将100mm的长行程位移传感器安装在滤水垫层与门形架之间，读取新拌混凝土的体积初始状态。

步骤6：设定DY600-5电动振动台的工作参数为：振动加速度为4.5g、振动时间为90s。

步骤7：启动Econ-AVANT动态自动采集系统并平衡完毕后，启动DY600-5电动振动台对新拌混凝土进行振动加载。

步骤8：记录振动过程中(t＝30s或40s)和振动过后(t＝60s或50s)新拌混凝土的体积变形量。

步骤9：由数据分析系统计算出两阶段新拌混凝土有侧限条件下的体积压缩系数。

3.试验结果

根据试验结果，绘制振动加载过程中和振动加载完毕后的位移-时间曲线图。图4是加载过程中和振动加载完毕后的W/C＝0.40位移-时间曲线图。图5是加载过程中和振动加载完毕后的W/C＝0.50位移-时间曲线图。如图4、图5所示，其中图4的参数为振动加速度(VAL)＝4.5g，水胶比(W/C)＝0.40，r×h＝100×600mm，振动加载时间(t)＝30s，图5中的参数为振动加速度(VAL)＝4.5g，水胶比(W/C)＝0.50，r×h＝100×600mm，振动加载时间(t)＝30s。

表1各试验参数条件下两阶段新拌混凝土体积压缩系数。

上述具体实施方式不以任何形式限制本发明的技术方案，凡是采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种侧限条件下新拌混凝土压缩系数的测试装置，其特征在于由加载系统、采集系统和集料系统三部分构成，集料系统放置于加载系统上，采集系统连接至集料系统；所述加载系统包括振动加载装置(6)以及振动加载控制系统(7)；

所述集料系统包括料桶(4)、滤水垫块(3)、门形架(1)三部分，其中料桶(4)位于集料系统的最下方且设在振动加载装置(6)的上面，门形架(1)固定在料桶(4)桶壁的上方，滤水垫块(3)压在料桶(4)内盛放的新拌混凝土(5)的顶面，所述的料桶侧边内衬CPFL；

所述采集系统包括压电式长行程位移传感器(2)、数据采集仪(8)、数据处理系统(9)，压电式长行程位移传感器(2)安装在滤水垫块(3)与门形架(1)之间，固定端安装在集料系统的门形架(1)上，感应端安装在滤水垫块(3)的顶面，压电式长行程位移传感器(2)、数据采集仪(8)、数据处理系统(9)依次连接。

2.根据权利要求1所述的侧限条件下新拌混凝土压缩系数的测试装置，其特征在于所述料桶底板上轴向地设有若干安装孔，用于将料桶固定在振动加载装置上，在料桶外壁的上部对称地设有突出部，在突出部上径向地设有安装孔，门形架(1)通过突出部的安装孔与料桶固定连接。

3.一种基于权利要求1所述的侧限条件下新拌混凝土压缩系数的测试装置的测试方法，其步骤如下：

步骤一：按照设定的水灰比拌制混凝土；

步骤二：所述的料桶侧边内衬CPFL，将步骤一所获得的新拌混凝土装入集料系统，在新拌混凝土顶部放上滤水垫块；

步骤三：启动采集系统，对未受扰动的新拌混凝土初始状态进行测试，并记录初始体积数据；

步骤四：启动加载系统，设置不同的振动能量参数，对装有新拌混凝土的集料系统进行振动，并由采集系统在振动过程中对新拌混凝土的体积变形量进行采集；

步骤五：停止加载，由采集系统继续采集在振动加载过后一段时间内新拌混凝土的体积变形量；

步骤六：根据振动过程中和振动后的体积变化率，由采集系统中的分析软件计算出侧限条件下两阶段新拌混凝土的体积压缩系数或压缩模量。