CN102608150A - 一种混凝土膨胀性能测试装置以及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混凝土膨胀性能测试装置以及基于这种测试装置的测试方法，测试装置包括环模、底座和环形指针，环模为圆环柱体，其上设有切口，切口长度等于环模高度，且切口长度方向平行于环模的轴向；底座上设有与环模外径相适应，且下端封闭的支撑孔；环形指针由环形端和指针组成，环形端上设有与环模上的切口宽度相同的第二切口，第二切口的每个端部各连接一个指针，两个指针的延伸方向相互平行；环形端的内径与环模外径相适应，使得环形端可套在环模外周。在测试时，将环模、底座与环形指针三者装配组合，通过测量环形指针中指针之间的距离变化，即进一步推算出施工现场中混凝土的膨胀性能，且本发明的装置可反复使用，成本较低。

Description

一种混凝土膨胀性能测试装置以及测试方法

技术领域

本发明涉及建筑材料测试技术领域，特别是一种能够在施工现场快速测量掺膨胀剂的混凝土性能的测试装置以及测试方法。

背景技术

在吴中伟院士补偿收缩混凝土理论的指导下，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土在我国得到了迅猛发展，膨胀剂的开发应用取得了很大的成绩。我国膨胀剂虽然经过二十多年的发展，但尚未摆脱产品技术水平较低、市场比较混乱的状况。究其原因是膨胀剂在使用过程中缺乏立竿见影的检测方法。我们目前采用GB23439-2009《混凝土膨胀剂》提供的试验方法来测试混凝土膨胀剂的膨胀性能。其中规范性附录A规定了限制膨胀率试验方法，包括纵向限制器尺寸和测量仪器，试验室温度和湿度，试体制备，试体测长以及结果计算与分析；资料性附录B规定了掺膨胀的混凝土限制膨胀和收缩试验方法，包括纵向限制器尺寸和相应的测量仪器，试验室温度和湿度，试体的制作，试体的测长和养护以及结果的分析计算。这两种方法用来评价混凝土膨胀剂和掺膨胀剂的混凝土膨胀性能，具有科学合理性，但由于其试验仪器精度要求高、试验测试龄期长、试验过程的控制相对比较复杂，只能在有资质的检测单位进行，不能用于施工现场的快速测试。

因此，在测定限制膨胀率之前，为了快速判断膨胀剂或混凝土是否有膨胀性能，GB23439-2009资料性附录C也规定了一种用于检测混凝土膨胀剂和掺膨胀剂混凝土膨胀性能快速试验方法。一种是将搅拌好的掺膨胀剂的水泥浆体注满容积为600ml的玻璃啤酒瓶，通过观察玻璃啤酒瓶出现裂缝的时间来定性判别混凝土膨胀剂的膨胀性能；另一种是在现场取搅拌好的掺膨胀剂的混凝土400ml左右，装入500ml的玻璃烧杯中，通过观察玻璃烧杯出现裂缝的时间来定性判别掺膨胀剂的混凝土的膨胀性能。鉴于玻璃啤酒瓶的本质目的是用来盛放啤酒的，各种品牌的啤酒生产企业所使用的玻璃啤酒瓶的质量肯定是千差万别的，即使是用同一品牌的啤酒生产企业所使用的玻璃啤酒瓶来测试同一种膨胀剂的膨胀性能，玻璃啤酒瓶出现裂缝的时间也会有很大的差异性，用市售不同品牌的啤酒生产企业所使用的玻璃啤酒瓶来测试同一种膨胀剂的膨胀性能，玻璃啤酒瓶出现裂缝的时间的差异性更加显著。用玻璃烧杯来测试掺膨胀剂的混凝土的膨胀性能时，玻璃烧杯出现裂缝的时间一般在3天以后，且同一组试验的结果离散性很大，不能起到真正快速测试判断膨胀剂膨胀性能的目的。另外，试验过程中玻璃烧杯的使用只能是一次性的，不能重复多次使用，造成一定的经济浪费。

发明内容

本发明针对现有试验方法各自的不足，对混凝土膨胀剂的膨胀性能快速测试方法进行了探索，并设计出一种混凝土膨胀性能测试装置，其能够在施工现场科学合理的快速测量掺膨胀剂的混凝土膨胀性能，并可以对不同种类膨胀剂的膨胀性能进行定量对比分析，对控制掺膨胀剂的混凝土质量提供帮助。另外，本发明还提供基于这种测试装置的测试方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种混凝土膨胀性能测试装置，包括：

环模，为圆环柱体；环模上设有切口，切口长度等于环模高度，且切口长度方向平行于环模的轴向；

底座，其上设有与环模外径相适应的支撑孔，支撑孔的下端封闭，使得环模放置于支撑孔内时，环模的下端被封闭；

环形指针，由环形端和指针组成；环形端上设有与环模上的切口宽度相同的第二切口，第二切口的每个端部各连接一个指针，两个指针的延伸方向相互平行；环形端的内径与环模外径相适应，使得环形端可套在环模外周。

优选的，本发明的测试装置中，环模、底座以及环形指针采用不锈钢材料制成；或者也可采用其他寿命较长、韧性较强的材料。

为了使得环形指针可以较好的与环模贴合，不易上下滑动，本发明的测试装置中，环形指针中的环形端截面以及指针的截面为半圆形；环形端中，环形内侧为平面，外侧为半圆面；指针中，两个指针相对的一侧为平面，另一侧为半圆面。

理论上，环模的尺寸越大，其内能盛放的混凝土量必然就越多，这就相对于在一定抽样总数的前提下，抽样样本的量增多，抽样结果也就越具有代表性，即测试得到的混凝土膨胀性能的结果就越有代表性，但既然是抽样，就应该有一定的限度，所以本发明的测试装置的各部分尺寸选择既不能太大，也不能太小；同时，从测试试验在工程实际中可操作性方面来言，当前水泥混凝土行业使用的沸煮箱基本上都是标准化生产的，其有效容积一般为：410×240×310mm，为了使环模放入沸煮箱沸煮时能合理占用空间，沸煮箱自身尺寸就对环模尺寸大小进行了一定的限定。因此，本发明优选为，环模内径为35mm，厚度为1.0mm，高度为70.0mm，切口宽度小于1.0mm；底座为一个下端封闭的环形底座，环形内径为36.0mm，厚度为2.0mm，高为10.0mm；环形指针中，环形端的内径为36.0mm，厚度为1.0mm，第二切口的宽度小于1.0.mm；指针的长度为200mm；环形指针和底座为了能与环模紧密接触，也就进行了相应的设定，环形端以及指针的截面皆为半径为2.0mm的半圆：环形端中，环形内侧为平面，外侧为半圆面；指针中，两个指针相对的一侧为平面，另一侧为半圆面。各部件尺寸的选择，需要保证环模、底座、环形指针三者装配组合后，环模的外壁与底座支撑孔的内壁紧密贴合、环模外壁与环形指针的环形端内侧面紧密贴合，以获得更精准的切口宽度变化值，从而准确分析混凝土的膨胀性能；且各部件选择适当的尺寸大小，在能够完成测试的基础上，还可使得本发明的测试装置较为小巧，不会占据太大空间。

本发明还提供基于上述混凝土膨胀性能测试装置的测试方法，其包括以下步骤：

1).在环模下部的外壁涂抹润滑油，然后将环模置入底座的支撑孔中，使环模的下端面与支撑孔的底部平面相贴合；

2).在施工现场取正在浇筑成型的混凝土，筛除其中的粗骨料，然后将筛取的水泥砂浆装入附有底座的环模中，装满为止；优选使用筛孔孔径为4.75mm的方孔筛来筛除混凝土中的粗骨料。

3).将装满水泥砂浆的环模，连同底座置于施工现场环境中进行养护，养护时间约为24h；养护结束后脱去底座，将装有水泥砂浆的环模，置入沸煮箱内进行加热沸煮约3h，然后待冷却至室温后取出；

步骤3)中利用沸煮温度的加速效应，使膨胀剂在短时间内加快水化反应速度，膨胀剂加速水化产生的体积膨胀，受到环模内壁的约束而对环模内壁产生反作用力，由于环模上设有切口，而非全封闭，则膨胀剂水化产生的体积膨胀力将使环模切口的宽度逐渐增大；

4).将环形指针的环形端套在环模的外周，使第二切口的中心点与环模上的切口的中心点重合；待环形端的切口宽度与环模的切口宽度协同变化，再用测量尺测取指针尖端两端点之间的距离，即环模切口宽度放大后的值；然后根据测试结果，对掺膨胀剂的混凝土膨胀性能进行定量的对比分析；

步骤4)中优选将环形指针的环形端套在环模中间高度的外周，使得环形指针受到的作用力较为平均；同时由于环形端内壁与环模外壁紧密接触，且环形端的切口中心点与环模的切口中心点基本重合，则环形端的切口与环模的第二切口将协同变形，两个切口的切口宽度变化一致，这时用测量尺测取指针尖端两端点之间的距离，就是环形端的切口距离放大后的值，也就是环模的切口距离放大后的值。两指针端部之间的尺寸变化与环模切口宽度尺寸的变化值是成比例的，这不仅方便了切口尺寸变化值的测量，也能很容易的通过相应比例系数，进一步的对掺膨胀剂的混凝土膨胀性进行定量分析；

5).测量完毕后，先取下环形指针，然后将环模内的水泥砂浆清除，最后将环模、底座和环形指针清洗干净，以备下次使用。

本发明的有益效果为，解决了GB23439-2009中所推荐的常规试验装置不能快速测试膨胀剂的膨胀性能，以及采用GB23439-2009中所推荐的快速测试方法受试验装置的影响，试验结果离散性大、只能定性分析，不能定量表征等问题，实现了在施工现场对掺膨胀剂的混凝土膨胀性能的快速定量测试，为在实际工程中科学合理的控制掺膨胀剂的混凝土的质量提供技术支持。

附图说明

图1所示为本发明的测试装置立体结构示意图；

图2所示为本发明的测试装置竖直方向剖面示意图；

图3所示为本发明的测试装置水平方向剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式作进一步描述。

结合图1至图3，本发明的测试装置包括环模1、底座2、环形指针；其中环模1为圆环主体，其上设有切口11，切口11的长度方向平行于环模1的轴向，且切口11的长度等于环模1的高度；底座2上设有与环模1外径相适应的支撑孔，支撑孔的下端封闭，使得环模放置于支撑孔内时，环模1的下端被封闭；环形指针由环形端31和指针端32组成，在应用时，环形端31套在环模1中部高度的外周；环形端31上设有第二切口33，第二切口33的宽度等于环模1上切口11的宽度；第二切口33的两个端部各连接一个指针32，指针32的另一端设计成尖端，且两个指针32的延伸方向相互平行。

上述各部件尺寸的选择，需要保证环模1、底座2、环形指针三者装配组合后，环模1的外壁与底座2支撑孔的内壁紧密贴合、环模1外壁与环形指针的环形端31内侧面紧密贴合，以获得更精准的切口宽度变化值，从而准确分析混凝土的膨胀性能；且各部件选择适当的尺寸大小，在能够完成测试的基础上，还可使得本发明的测试装置较为小巧，不会占据太大空间。如图1至图3所示的具体实施例中，本发明可选择环模内径为35mm，厚度为1.0mm，高度为70.0mm，切口宽度小于1.0mm；底座为一个下端封闭的环形底座，环形内径为36.0mm，厚度为2.0mm，高为10.0mm；环形指针中，环形端的内径为36.0mm，厚度为1.0mm，第二切口的宽度小于1.0.mm；指针的长度为200mm；进一步的，环形端以及指针的截面皆为半径为2.0mm的半圆：环形端31中，环形内侧为平面，外侧为半圆面；指针32中，两个指针32相对的一侧为平面，另一侧为半圆面。

本发明中基于上述混凝土膨胀性能测试装置的测试方法，包括以下步骤：

1).在环模下部的外壁涂抹润滑油，然后将环模置入底座的支撑孔中，使环模的下端面与支撑孔的底部平面相贴合；

2).在施工现场取正在浇筑成型的混凝土，筛除其中的粗骨料，然后将筛取的水泥砂浆装入附有底座的环模中，装满为止；优选使用筛孔孔径为4.75mm的方孔筛来筛除混凝土中的粗骨料。

3).将装满水泥砂浆的环模，连同底座置于施工现场环境中养护24h；然后脱去底座，将装有水泥砂浆的环模，置入沸煮箱内加热沸煮3h，然后待冷却至室温后取出；

步骤3)中利用沸煮温度的加速效应，使膨胀剂在短时间内加快水化反应速度，膨胀剂加速水化产生的体积膨胀，受到环模内壁的约束而对环模内壁产生反作用力，由于环模上设有切口，而非全封闭，则膨胀剂水化产生的体积膨胀力将使环模切口的宽度逐渐增大；

4).将环形指针的环形端套在环模的外周，使第二切口的中心点与环模上的切口的中心点重合；待环形端的切口宽度与环模的切口宽度协同变化，再用测量尺测取指针尖端两端点之间的距离，即环模切口宽度放大后的值；然后根据测试结果，对掺膨胀剂的混凝土膨胀性能进行定量的对比分析；

步骤4)中优选将环形指针的环形端套在环模中间高度的外周，同时由于环形端内壁与环模外壁紧密接触，且环形端的切口中心点与环模的切口中心点基本重合，则环形端的切口与环模的第二切口将协同变形，两个切口的切口宽度变化一致；这时用测量尺测取指针尖端两端点之间的距离，就是环形端的切口距离放大后的值，也就是环模的切口距离放大后的值。通过比较测量尺的测试结果，可以对掺膨胀剂的混凝土膨胀性能进行定量的对比分析；

5).测量完毕后，先取下环形指针，然后将环模内的水泥砂浆清除，最后将环模、底座和环形指针清洗干净，以备下次使用。

本发明中，两指针端部之间的尺寸变化与环模切口宽度尺寸的变化值是成比例的，这不仅方便了切口尺寸变化值的测量，也能很容易的通过相应比例系数进一步推算得到膨胀性能，具体推算原理如下：

浇筑在环模内的混凝土砂浆试件在沸煮加速养护的过程中，与环模一起变形，通过测试环形指针两端部之间尺寸的变化，来计算混凝土的膨胀变形量，也就是混凝土的膨胀性能；混凝土的膨胀变形量ε为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{V_1-V_0}{V_0}\×100\%=\frac{\mathrm{\π}{R}_1^2{h}_1-\mathrm{\π}{R}_0^2{h}_0}{\mathrm{\π}{R}_0^2{h}_0}\×100\%=(\frac{R_1^2}{R_0^2}\×\frac{h_1}{h_0}-1)\×100\%---\left(1\right)$

式(1)中：V₀是装满混凝土的环模膨胀变形前的体积，R₀是环模膨胀变形前的内径，h₀是环模变形前的高度；

V₁是装满混凝土的环模膨胀变形后的体积，R₁是环模膨胀变形后的内径，h1是环模变形后的高度；

环模内的混凝土试件在加速养护的过程中产生的膨胀变形在轴向方向和径向方向同时存在，由于本申请所述测试装置是一个带切口的环模，这里假定轴向变形相对较小，即h1＝h0，只考虑径向变形，则混凝土的膨胀变形量ε的计算公式可以进行如下化简：

$\mathrm{\ϵ}=(\frac{R_1^2}{R_0^2}\×\frac{h_1}{h_0}-1)\×100\%=(\frac{R_1^2}{R_0^2}-1)\×100\%---\left(2\right)$

环模变形前的内径R₀为已知量，环模变形后的内径R₁可以由下式计算：

$R_1=\frac{C_1}{2\mathrm{\π}}---\left(3\right)$

其中C₁为环模膨胀变形后的周长。

当环模是由线膨胀系数较小的不锈钢材料制成时，在与混凝土试件一起膨胀的过程中其径向方向的圆弧长度可以视为不变量L₀。

设环模膨胀变形前的切口宽度为ΔL₀，环模膨胀变形后的切口宽度为ΔL₁。由于环模在整个测试过程中切口宽度变化较小，因此可以将切口宽度的直线距离看做切口两端绕环模中心的弧度距离；

环模膨胀变形前的周长C₀＝2πR₀≈L₀+ΔL₀    (4)

环模膨胀变形后的周长C₁＝2πR₁≈L₀+ΔL₁    (5)

则， $R_1=\frac{C_1}{2\mathrm{\π}}=\frac{L_0+\mathrm{\Δ}{L}_1}{2\mathrm{\π}}=\frac{2\mathrm{\π}{R}_0-\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1}{2\mathrm{\π}}=R_0+\frac{\mathrm{\Δ}{L}_1-\mathrm{\Δ}{L}_0}{2\mathrm{\π}}---\left(6\right)$

结合式(2)和式(6)可得：

$\mathrm{\ϵ}=(\frac{R_1^2}{R_0^2}-1)\×100\%=({(1+\frac{\mathrm{\Δ}{L}_1-\mathrm{\Δ}{L}_0}{2\mathrm{\π}{R}_0})}^2-1)\×100\%---\left(7\right)$

式中R₀、ΔL₀均为已知量，ΔL₁可以通过测试环形指针两端点之间的距离，并根据相应比例系数换算求得。因此，通过测试环形指针尖端两端点的距离变化，可以间接反映环模内混凝土试件的膨胀性能。

本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。

Claims (10)

1. 一种混凝土膨胀性能测试装置，其特征是，包括：

环模，为圆环柱体；环模上设有切口，切口长度等于环模高度，切口长度方向平行于环模的轴向；

底座，其上设有与环模外径相适应的支撑孔，支撑孔的下端封闭，使得环模放置于支撑孔内时，环模的下端被封闭； 

环形指针，由环形端和指针组成；环形端上设有与环模上的切口宽度相同的第二切口，第二切口的两端各连接一个指针，两个指针的延伸方向相互平行；环形端的内径与环模外径相适应，使得环形端可套在环模外周。

2. 根据权利要求1所述的混凝土膨胀性能测试装置，其特征是，环模、底座以及环形指针采用不锈钢材料制成。

3. 根据权利要求1或2所述的混凝土膨胀性能测试装置，其特征是，环形指针中的环形端截面以及指针截面为半圆形；环形端中，环形内侧为平面，外侧为半圆面；指针中，两个指针相对的一侧为平面，另一侧为半圆面。

4. 根据权利要求1或2所述的混凝土膨胀性能测试装置，其特征是，环模内径为35mm，厚度为1.0mm，高度为70.0mm，切口宽度小于1.0mm。

5. 根据权利要求4所述的混凝土膨胀性能测试装置，其特征是，底座为一个下端封闭的环形底座，环形内径为36.0mm，厚度为2.0mm，高为10.0mm。

6. 根据权利要求5所述的混凝土膨胀性能测试装置，其特征是，环形指针中，环形端的内径为36.0mm，厚度为1.0mm，第二切口的宽度小于1.0.mm；指针的长度为200mm。

7. 根据权利要求3所述的混凝土膨胀性能测试装置，其特征是，环形指针中，环形端以及指针的截面皆为半径为2.0mm的半圆。

8. 基于权利要求1至7任一项所述的混凝土膨胀性能测试装置的测试方法，其特征是，包括以下步骤：

1）. 在环模下部的外壁涂抹润滑油，然后将环模置入底座的支撑孔中，使环模的下端面与支撑孔的底部平面相贴合； 

2）. 在施工现场取正在浇筑成型的混凝土，筛除其中的粗骨料，然后将筛取的水泥砂浆装入附有底座的环模中，装满为止；

3）. 将装满水泥砂浆的环模，连同底座置于施工现场环境中进行养护；养护结束后脱去底座，将装有水泥砂浆的环模，置入沸煮箱内进行加热沸煮，加热沸煮结束后待冷却至室温后取出；

4）. 将环形指针的环形端套在环模的外周，使第二切口的中心点与环模上的切口的中心点重合；待环形端的切口宽度与环模的切口宽度协同变化，再用测量尺测取指针尖端两端点之间的距离，即环模切口宽度放大后的值；然后根据测试结果，对掺膨胀剂的混凝土膨胀性能进行定量的对比分析；

5）. 测量完毕后，先取下环形指针，然后将环模内的水泥砂浆清除，最后将环模、底座和环形指针清洗干净，以备下次使用。

9. 根据权利要求8所述的测试方法，其特征是，步骤2）中，使用筛孔孔径为4.75mm的方孔筛来筛除混凝土中的粗骨料。

10. 根据权利要求8所述的测试方法，其特征是，步骤4）中，环形指针的环形端套在环模中间高度的外周。

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