CN102608152B

CN102608152B - 混凝土早期热膨胀系数测试装置及其测试方法

Info

Publication number: CN102608152B
Application number: CN201210112156.XA
Authority: CN
Inventors: 季韬; 江其东; 陈先锋; 张永霞; 周丰
Original assignee: 福州大学
Current assignee: Fujian Rong Hai Environment Technology Co Ltd; Fujian Rong Qi Construction Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2032-04-17
Also published as: CN102608152A

Abstract

本发明涉及一种混凝土早期热膨胀系数测试装置以及测试方法，该测试装置包括：一波纹管试模，用于浇筑待测定的混凝土，以成型混凝土波纹管试件，所述波纹管试模由两测试端头以及连接在两测试端头的波纹管构成，所述波纹管内腔设置有用于监测混凝土内部温度变化规律的热电偶；一波纹管试模固定装置，用于固定波纹管试模，使之保持竖直状态，便于浇筑；一测长装置，用于测定混凝土波纹管试件的变形量；以及一温控箱，用于容纳放置有混凝土波纹管试件的测长装置并且控制测试环境温度。该测试装置结构简单，制作方便，测试精度高，且测试操作方便。

Description

混凝土早期热膨胀系数测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土早期热膨胀系数测试装置及其测试方法，属于土木建筑工程领域。

背景技术

高性能混凝土中含有外掺料（粉煤灰和矿渣等）和外加剂（高效减水剂等）等，组分复杂，胶凝材料用量较大，混凝土自收缩大，对开裂敏感性大。高性能混凝土早期性能变化剧烈，在荷载和外界环境及不确定因素影响下，高性能混凝土内部早期裂缝形成、发展，影响了混凝土结构的耐久性与服役寿命。研究表明，早期混凝土热膨胀系数变化较大，忽略热膨胀系数的时间依赖性是不合理，如果无法对早期混凝土热膨胀系数进行精确测定，将无法弄清高性能混凝土的早期开裂机理。因此早期混凝土热膨胀系数测定仪器和方法的研发成为高性能混凝土早期特性研究的前提之一。

根据所测定目标的不同，测定混凝土早期热膨胀系数的试验系统可分为体膨胀系数试验系统（简称测体法）与线膨胀系数试验系统（简称测长法），本发明采用测长法。与其他测长法装置比较，本方法的优点是能测量龄期1d以内的混凝土热膨胀系数。

测量混凝土早期热膨胀系数并不简单，因为混凝土是一种多相、多孔、具有时效效应的一种材料。测定混凝土早期热膨胀系数的试验系统具有一定复杂性，而混凝土硬化期热膨胀系数的测量与早期热膨胀系数的测量最大的不同在于，早期热膨胀系数测量的浇筑模具十分重要，设计合理的浇筑模具不但能够提前测量热膨胀系数的时间，而且能够减小试验的误差。本发明重点考虑了浇筑模具对热膨胀系数测量的影响。

专利CN 101482526 B 公开了一种早龄期混凝土热膨胀系数测定方法，它认为在-2～3℃的温度范围内，胶凝材料的水化反应得到了抑制，自收缩得以剔除，所以变形为单纯的温度变形。但实际上混凝土热膨胀发生时并不是在0℃左右，这与实际情况不吻合。专利CN 101865865 B公开了一种非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的方法及设备，设备是设为容纳被测试件的养护测试桶，桶外设有恒温水浴箱。然而养护测试桶无法与试件共同变形，对热传导也有一定的影响，这影响了测试精度。本专利采用波纹管试模，波纹管能与混凝土共同变形，可在正常温度下进行测试，很好地解决了上述两个问题。

发明内容

本发明的目的是提供混凝土2h龄期后热膨胀系数的测试装置及其方法，操作简单，易于推广应用。

本发明所述的一种混凝土早期热膨胀系数测试装置，其特征在于，该测试装置包括：

一波纹管试模，用于浇筑待测定的混凝土，以成型混凝土波纹管试件，所述波纹管试模由两测试端头以及连接在两测试端头的波纹管构成，所述波纹管内腔设置有用于监测混凝土内部温度变化规律的热电偶；

一波纹管试模固定装置，用于固定波纹管试模，使之保持竖直状态，便于浇筑；

一测长装置，用于测定混凝土波纹管试件的变形量；以及

一温控箱，用于容纳放置有混凝土波纹管试件的测长装置并且控制测试环境温度。

在一较佳实施例中，所述波纹管试模固定装置由底片、螺杆、固定夹片和螺帽构成，所述底片中部开设有用于定位波纹管试模测试端头的定位槽，所述定位槽旁侧的底片上均布有若干个螺杆穿孔，所述螺杆经螺帽垂直固定在底片上，所述螺杆上间隔设置有一对相对设置的固定夹片，所述固定夹片上设置有用于夹持波纹管的半圆弧和用于穿设螺杆的半圆形螺杆穿孔，所述半圆弧上径向设置有以利螺杆滑出的长槽孔。

在一较佳实施例中，所述测长装置包括两侧板和连接在侧板之间的、用于水平放置混凝土波纹管试件的长圆横杆，两侧板上均设置有千分表。

在一较佳实施例中，所述千分表经千分表固定装置固定在侧板上，所述千分表固定装置包括槽字形杆、用于夹持千分表圆孔约束件和设置在槽字形杆两端部的螺栓，所述圆孔约束件设置在槽字形杆的纵杆上，且可沿纵杆转动和纵向移动，所述侧板上设置有测试窗口，位于测试窗口两旁侧的侧板上设置有用于穿设横向螺栓的竖向长槽孔。

本发明所述的混凝土早期温度膨胀系数测试方法，包括权利要求1所述的测试装置，其特征在于：

1）采用波纹管试模固定装置固定波纹管试模，将混凝土拌合物浇筑于底部嵌有测试端头的波纹管试模中，浇筑完毕后用另一测试端头将其顶部密封。

2）浇筑且静置1.5h后，拆除波纹管试模固定装置，取出混凝土波纹管试件（波纹管试模+混凝土），将其放置于测长装置中。

3）固定千分表，使千分表触头抵于波纹管试模的测试端头，并固定；

4）将混凝土波纹管试件和测长装置作为整体置于环境温度控制箱里，控制养护温度使之周期变化（25℃→30℃→25℃），对其变形进行测量。待浇筑后2h时开始读数，每隔4h进行读数，试验持续2d。温度变化时间周期需大小合适，一方面使时间周期足够大，以避免温度梯度的影响（热电偶监测的混凝土内部温度变化规律与养护温度的一致）；另一方面使时间周期足够小，以测得更多龄期的混凝土热膨胀系数。

5）混凝土试件热膨胀系数按式（1）计算。

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本发明特点如下：

1）波纹管和内部混凝土为一变形整体，波纹管纵向刚度小，无须考虑波纹管试模对混凝土变形的影响。

2）波纹管厚度小，导热时间短，不会阻碍热量的传递。

3）波纹管密封性非常好，避免了混凝土与外界的湿度交换，排除了混凝土的干燥收缩。

4）波纹管试模固定装置可很好固定波纹管试模，避免波纹管试模下垂和歪曲。

5）锯齿形低密度聚乙烯塑料波纹管试件和测长装置相接触的支撑面是两条直线，可以最大程度降低波纹管试件的外部约束。

6）千分表可上下左右灵活调整，以使千分表触头抵于测试端头的圆心，操作方便有效。

7）在混凝土龄期2h时，即可开始测试混凝土波纹管试件的变形，计算其早期热膨胀系数。

附图说明

图1是本发明实施例的波纹管试模的立面图。

图2是图1的俯视结构示意图。

图3是本发明实施例的波纹管试模固定装置的立面图。

图4是本发明实施例的波纹管试模固定装置的底片俯视图。

图5是本发明实施例的波纹管试模固定装置的固定夹片俯视图。

图6是本发明实施例的测长装置的主体结构俯视图。

图7是本发明实施例的测长装置的主剖视图。

图8是本发明实施例的测长装置的千分表固定装置结构示意图。

图9是A13高性能混凝土总应变、拟合自收缩应变及温度应变图。

图10是B13高性能混凝土总应变、拟合自收缩应变及温度应变图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1和图2所示，本发明所用的波纹管试模包括波纹管1、热电偶2和测试端头3。如图3～图5所示，本发明所用的波纹管试模固定装置包括螺杆4、底片5、固定夹片6和螺帽7。

在浇筑混凝土前，将四根螺杆4和底片5用螺帽7垂直连接，拧紧螺帽7，竖向放置。将底面装有测试端头3的波纹管试模的圆心对准底片5的形心，竖向放置。在竖向螺杆4方向上，每隔一定间距安置固定夹片6，固定夹片6合拼出的内圆环和波纹管1的三角形锯齿状凹面相抵，拧紧固定夹片6上下的螺帽7即可起到固定波纹管试模的作用。分段浇注混凝土，每段均要用振动棒插入波纹管振实混凝土，振实时间以混凝土密实填充波纹管内面为标准。浇注完混凝土后，抹平波纹管顶面，安置另一测试端头3，做到测试端头和混凝土之间不留缝隙。在分段浇注混凝土过程中，将热电偶埋入混凝土波纹管试件中部。

如图6～图8所示，本发明所用的测长装置包括表面光滑的长圆横杆8、侧板9、螺帽10、千分表固定装置（包括槽字形杆11、圆孔约束件12和螺帽13）、螺帽14及千分表。将两根横杆8和侧板9用螺帽10垂直连接，拧紧螺帽10，横向放置。将千分表固定装置装入侧板9上的竖向长槽孔中，拧紧螺帽14。龄期1.5h后拆卸波纹管试模固定装置，取出混凝土波纹管试件，将其放置于测长装置中。将千分表安置在千分表固定装置的圆孔约束件11上，上下左右调整千分表位置，以使千分表触头抵于波纹管试模的测试端头3的圆心，迅速拧紧螺帽13。

将混凝土波纹管试件和测长装置作为整体置于环境温度控制箱中，待龄期2h时开始读数，每隔4h进行读数，试验持续2d。

下面以一具体实施案例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

1．试验原材料

福建炼石牌42.5R普通硅酸盐水泥。陶粒为页岩陶粒，产地分别为湖北宜昌和福建永安，级配见表1。砂子采用闽江河砂，细度模数为2.5，堆积密度1481kg/m³，表观密度2590kg/m³，级配见表2。水采用福州地区的自来水。减水剂为福建建筑科学研究院生产的TW-4缓凝高效减水剂，减水率为15～25%。A13和B13的配合比见表3。

2．实验步骤

1）采用波纹管试模固定装置固定波纹管试模，在温度25±2℃，湿度为70%的养护室内，将混凝土拌合物浇筑于底部嵌有测试端头的波纹管试模中，浇注时埋入热电偶，浇筑完毕后用另一测试端头将其顶部密封。

（2）浇筑且静置1.5h后，拆除波纹管试模固定装置，取出混凝土波纹管试件，将其放置于测长装置上。

（3）千分表的测头与波纹管试模的测试端头圆心对中接触，旋紧螺帽，固定好千分表，最后将混凝土波纹管试件和测长装置作为整体置于环境温度控制箱里。

（4）控制的养护温度为周期性变化。温度循环变化周期为8h，初始养护温度为25℃，而后用15min均匀增温至30℃，在30℃下养护225min，而后用15min均匀降温至25℃，在25℃下养护225min，如此循环为一个周期。变化周期从混凝土龄期2h开始，同时观察热电偶的温度变化规律是否与养护温度的一致。

（5）龄期2h时开始读数，以后每隔4h进行读数，试验时间持续2d。

（6）混凝土热膨胀系数按式（1）计算。

3.试验结果

试验结果如图9、图10和表4所示。图9和图10中，横坐标t表示时间，e表示应变值。在图9和图10中，对于给定的温度变化时间区段（4h），温度应变变化值

为总应变变化值

减去拟合的自收缩应变变化值

，这即可得到各组混凝土的温度应变变化曲线。

混凝土试件热膨胀系数（CTE）按式(1)计算，得到的各组混凝土的早期内各时间段的热膨胀系数如表4所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种混凝土早期热膨胀系数测试装置，其特征在于，该测试装置包括：

一波纹管试模固定装置，用于固定波纹管试模，使之保持竖直状态，便于浇筑；所述波纹管试模固定装置由底片、螺杆、固定夹片和螺帽构成，所述底片中部开设有用于定位波纹管试模测试端头的定位槽，所述定位槽旁侧的底片上均布有若干个螺杆穿孔，所述螺杆经螺帽垂直固定在底片上，所述螺杆上间隔设置有一对相对设置的固定夹片，所述固定夹片上设置有用于夹持波纹管的半圆弧和用于穿设螺杆的半圆形螺杆穿孔，所述半圆弧上径向设置有以利螺杆滑出的长槽孔；

一测长装置，用于测定混凝土波纹管试件的变形量；以及

2.根据权利要求1所述的混凝土早期热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述测长装置包括两侧板和连接在侧板之间的、用于水平放置混凝土波纹管试件的长圆横杆，两侧板上均设置有千分表。

3.根据权利要求 2所述的混凝土早期热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述千分表经千分表固定装置固定在侧板上，所述千分表固定装置包括槽字形杆、用于夹持千分表圆孔约束件和设置在槽字形杆两端部的螺栓，所述圆孔约束件设置在槽字形杆的纵杆上，且可沿纵杆转动和纵向移动，所述侧板上设置有测试窗口，位于测试窗口两旁侧的侧板上设置有用于穿设横向螺栓的竖向长槽孔。

4.一种采用权利要求1所述的测试装置测试混凝土早期热膨胀系数的测试方法，其特征在于：

1）采用波纹管试模固定装置固定波纹管试模，将混凝土拌合物浇筑于底部嵌有测试端头的波纹管试模中，浇筑完毕后用另一测试端头将其顶部密封；

2）浇筑且静置1.2 ~ 1.8h后，拆除波纹管试模固定装置，取出混凝土波纹管试件，该混凝土波纹管试件包括波纹管试模和填充在其内部的混凝土，将其放置于测长装置的长圆横杆上；

4）将混凝土波纹管试件和测长装置作为整体置于环境温度控制箱里，控制养护温度使之周期变化，对其变形进行测量；待浇筑后2h时开始读数，每隔相等的时间进行读数，持续2d；

5）通过公式计算出热膨胀系数。

5.根据权利要求4所述的测试混凝土早期热膨胀系数的测试方法，其特征在于：在步骤1）中，采用分段浇注混凝土，每段均要用振动棒插入波纹管中振实混凝土，将热电偶埋入混凝土波纹管试件中部，浇注完混凝土后，抹平波纹管混凝土顶面，安置另一测试端头，做到测试端头和混凝土之间不留缝隙。

6.根据权利要求4所述的测试混凝土早期热膨胀系数的测试方法，其特征在于：在步骤4）中，温度的周期变化为25℃→30℃→25℃。