CN103293180B - 悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法及其装置，该悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法包括以下步骤：步骤一，安装可拆式矩形模具；步骤二，悬吊混凝土试件：利用若干根绳子连接吊架上以将混凝土试块悬吊在空中，并将两个位移传感器分别顶在混凝土试块两端，最终测出混凝土的温度变形量；步骤三，通过公式计算出混凝土的热膨胀系数。本发明解决了由于早龄期混凝土强度低、弹性模量低带来的一系列问题，既可以避免混凝土试块长度方向上完全与支撑面接触，以保证混凝土试块上下底面、前后侧面受热均匀，混凝土自由变形，又可以避免重力大的影响。

Description

悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法及其装置。

背景技术

早龄期混凝土热膨胀系数测试最大难点是要克服早龄期混凝土强度低、弹性模量低带来的一系列问题。早龄期混凝土强度低，轻微磕碰就易引起表面的掉块，较大的受力时会引起破坏断裂。另外，弹性模量低就使得混凝土在受力较小时产生较大变形，堆置一定高度的新拌混凝土就不能忽略重力的影响，且模板摩擦阻力也会使早龄期混凝土产生附加变形。

当前国内外测量混凝土热膨胀系数的方法按混凝土放置方式可分为两大类：横向卧式放置方法和立向放置方法。然而，这两种方法均是针对成熟混凝土，若直接用于早龄期热膨胀系数的测量会引起较大误差，以下分别阐述。

1、横向卧式放置方法：横向卧式放置方法是直接将混凝土放置在地面上，对于测量早龄期混凝土热膨胀系数有以下两点不足：（1）早龄期混凝土模量较低，易受到接触面约束，混凝土温度变形受控制；（2）若底面直接与地面接触，顶面和侧面直接与空气接触，将使得底面与其它面的受热方式发生较大不同，将导致混凝土整体受热不均，最终将导致混凝土整体变形不均或者上下底面产生内应力。虽然不少学者针对横向卧式放置方法进行过改进，尽量减小摩擦力和受热不均，但并没有从根本上解决上述问题，温度自由变形还是受到约束。

2、立向放置方法：立向放置方法虽可以避免长度方向受到接触面约束和长度方向的受热不均，但是由于早龄期混凝土的强度低、弹性模量低，一定高度的混凝土自身重力影响就不容忽视。另外，如果过早测量还将引起重力沉降，甚至混凝土的塌落。

发明内容

为了克服现有横向卧式放置方法和立向放置方法的弊端，本发明所要解决的技术问题是提供一种既可以避免接触面摩擦力又可以避免重力影响的悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法及其装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案一是：一种悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法，包括以下步骤：步骤一，安装可拆式矩形模具；步骤二，悬吊混凝土试件：在可拆式矩形模具内浇筑长度为                                               的混凝土试块，并在浇筑的过程中按设定的位置插入热电偶线，通过若干根绳子将可拆式矩形模具悬吊于位于实验箱上方的吊架，拆除可拆式矩形模具的非悬吊支撑件，通过实验箱内的电炉对混凝土试块进行加热，通过静态应变测试系统连接热电偶线以测量混凝土试块内部的温度变化量，通过两个位移传感器测头分别顶在混凝土试块两端以测量混凝土试块的长度变形量；步骤三，热膨胀系数计算：通过公式计算出混凝土的热膨胀系数。

进一步的，在步骤一中，安装可拆式矩形模具的具体步骤如下：

（1.1）可拆式矩形模具是由若干个不同长度的矩形塑料块和四个铝条组成，通过螺栓和螺帽将四个铝条与各个矩形塑料块固定连接起来，通过透明胶在可拆式矩形模具内的四个侧面固定一层薄铁片；

（1.2）在薄铁片表面铺设一层薄膜，整层薄膜是通过两端的两小块薄膜和中间的一大块薄膜拼接而成，使得整层薄膜覆盖在薄铁片表面上和可拆式矩形模具底面上，各块薄膜之间的接缝用透明胶贴住以防止水泥浆流失。

进一步的，在步骤二中，悬吊混凝土试件的具体步骤如下：

（2.1）将混凝土浇筑在可拆式矩形模具内，并在浇筑的过程中按设定的位置插入热电偶线，并放置于振动台上振实；

（2.2）把可拆式矩形模具放置在便于搬运的底板上，使得混凝土在搬运过程中不受扰动或者破坏；并在混凝土上表面贴一层隔绝水分蒸发的隔离薄膜，以消除混凝土干燥收缩的影响，按试验目标标准养护一定时间；

（2.3）按试验目标标准养护一定时间后，将绳子一端连接在作为混凝土试块悬吊支撑的矩形塑料块上；

（2.4）通过底板将可拆式矩形模具搬运到实验箱内的支撑架上，支撑架上放置有用于支撑可拆式矩形模具的垫块，使得两个位移传感器测头正好测到混凝土试块两端中心；

（2.5）将绳子的另一端连接在位于实验箱上方的吊架上；

（2.6）暂时将吊架提高一段距离后，撤除可拆式矩形模具底下的底板和垫块，撤除底板和垫块后再恢复吊架的位置，使得可拆式矩形模具通过绳子悬吊于吊架上；

（2.7）拆除不作为混凝土试块悬吊支撑的矩形塑料块；

（2.8）抽出可拆式矩形模具内的薄铁片，使得混凝土与可拆式矩形模具隔开以自由变形；

（2.9）通过实验箱内的电炉对混凝土试块进行加热，将热电偶线连接到静态应变测试系统以测量混凝土内部温度，用两个位移传感器测头分别顶住混凝土试块两端以测量混凝土温度变形；

（2.10）用裁剪好的纸板盖在实验箱上，加热时全盖上，降温时撤除一部分，以达到快速升温、降温的目的。

进一步的，在步骤（2.9）中，所述实验箱内的底部对称设置两台电风扇，所述实验箱内在电炉和混凝土试块之间设置有隔板以避免混凝土试块局部加热。

进一步的，在步骤二中，所述静态应变测试系统采用DH3816静态应变测试系统，所述位移传感器采用LVDT位移传感器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案二是：一种悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置，包括可拆式矩形模具、实验箱、吊架、静态应变测试系统以及两个位移传感器，所述可拆式矩形模具位于实验箱内，所述实验箱设置有上开口，所述实验箱内设置有对可拆式矩形模具内混凝土试块进行加热的电炉，所述吊架位于实验箱上方，所述可拆式矩形模具通过若干根绳子悬吊于吊架上，所述静态应变测试系统通过热电偶线与可拆式矩形模具内的混凝土试块相连接，所述两个位移传感器测头分别顶在混凝土试块两端。

进一步的，所述悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置放置于温度恒定为20℃的空调实验室，两个位移传感器位于实验箱外，所述实验箱两侧分别开设有用于伸入位移传感器测头的探测孔。

进一步的，所述实验箱内的底部对称设置有两台电风扇，所述实验箱内在电炉和混凝土试块之间设置有隔板。

进一步的，所述可拆式矩形模具内的四个侧面分别设置有一层薄铁片，所述薄铁片表面设置有一层薄膜。

进一步的，所述薄膜上设置有一小块薄铁皮，所述薄铁皮上设置有一枚使得薄铁皮与混凝土试块形成一体的硬币，所述位移传感器的测头直接顶在薄铁皮上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）避免混凝土试块长度方向上完全与支撑面接触，即避免了混凝土试块与模具的大面积摩擦；（2）保证混凝土试块各面受热均匀，混凝土自由变形；（3）将重力下混凝土沉实的影响降到最小；（4）可使用大粒径粗集料，适用于干硬性混凝土或者和易性不好的混凝土；（5）自动化连续采集，精度高。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的主视图。

图2为本发明实施例的俯视图。

图3为图2中A-A处的剖视图。

图4为图2中B-B处的剖视图。

图中：1-可拆式矩形模具，2-实验箱，3-吊架，4-位移传感器，5-绳子，6-混凝土试块，7-电炉，8-热电偶线，9-带螺纹铁杆，10-木箱，11-电风扇，12-隔板。

具体实施方式

如图1~4所示，一种悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置，包括可拆式矩形模具1、实验箱2、吊架3、静态应变测试系统以及两个位移传感器4，所述可拆式矩形模具1位于实验箱2内，所述实验箱2设置有上开口，所述实验箱2内设置有对可拆式矩形模具1内混凝土试块进行加热6的电炉7，所述吊架3位于实验箱2上方且两端分别由木箱10通过支撑块支撑，所述可拆式矩形模具1通过若干根绳子5悬吊于吊架3上，所述静态应变测试系统通过热电偶线8与可拆式矩形模具1内的混凝土试块6相连接，所述两个位移传感器4分别安装于两个木箱10上，所述两个位移传感器4测头分别顶在混凝土试块6两端。

在本实施例中，所述可拆式矩形模具1是由若干个不同长度的矩形塑料块和四个铝条组成的，四个铝条通过螺栓和螺帽将各个矩形塑料块固定连接起来后的模具与标准模具一样，适用于干硬性混凝土，同时模具也满足最大粒径的要求，道路混凝土的成型质量可以得到充分保证。各个矩形塑料块可由100mm×100mm×400mm的标准塑料模板锯开得到，各个矩形塑料块拼接起来形成100mm×100mm×500mm的矩形模板；为了能够固定各个矩形塑料块，在每个矩形塑料块的四个边都钻圆孔，同时在四个铝条对应于每块矩形塑料块各个圆孔的位置上钻圆孔。使用时，把铝条圆孔与每个矩形塑料块各个圆孔对准，并用螺栓穿过圆孔与螺帽拧紧；拆模时，先把螺帽、螺栓松开，去掉铝条，并去除掉不作为混凝土试块6悬吊支撑的矩形塑料块。

在本实施例中，为了能够快速升降温，所述实验箱2是由四块铁板围成600mm×600mm×800mm的铁箱，相对的两块铁板之间通过带螺纹铁杆9和螺帽相互连接，通过调节螺帽可以调节铁板位置，进而可以根据试件尺寸对装置进行调整。

在本实施例中，为了采集混凝土内部温度，所述静态应变测试系统采用靖江东华测试技术开发有限公司研发DH3816静态应变测试系统，采集精度为0.1℃；为了测量混凝土膨胀收缩的变形量，所述位移传感器4采用安徽合肥高创传感器有限公司生产的W-DCD2型LVDT位移传感器，测量精度为0.02μm。

在本实施例中，为了消除位移传感器4自身温度变形的影响，所述悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置放置于温度恒定为20℃的空调实验室，两个位移传感器4时时刻刻处于恒温；为了使得位移传感器4免受铁箱内部快速升降温的影响，两个位移传感器4放置于实验箱2外，所述实验箱2两侧分别开设有用于伸入位移传感器4测头的探测孔，位移传感器4测头可通过探测孔测量混凝土温度变形。

在本实施例中，为了保证升降温均匀，所述实验箱2内的底部对称设置有两台电风扇11，所述电风扇11优先采用摆头风扇，保证铁箱内空气流通，达到均匀升温、均匀降温的目的。为了防止混凝土局部受热，所述实验箱2内在电炉7和混凝土试块6之间设置有隔板12，所述隔板优先采用成本较低的纸板，保证了混凝土试块6均匀受热。

在本实施例中，为了消除模具对早龄期混凝土的侧向摩阻力，所述可拆式矩形模具1内的四个侧面分别通过透明胶固定有一层薄铁片，等混凝土试块6悬吊后把薄铁片抽出，那么在混凝土和可拆式矩形模具1之间就留下空隙，这样混凝土就与可拆式矩形模具1隔绝开来，处于完全自由变形状态。

在本实施例中，为了消除早龄期干燥收缩的影响，所述薄铁片表面铺设有一层薄膜，等薄铁片抽去后，薄膜就紧紧地贴在混凝土上，起到密封混凝土的作用，薄膜的另一个作用就是防止水泥浆的流失，因为拼接的可拆式矩形模具1在拼接处总会留一丝缝隙，薄膜正好可以使矩形模严密无缝。整个薄膜通过两端两小块和中间一大块薄膜拼接而成，使得整个薄膜覆盖在矩形模上，接缝用透明胶贴住，不让水泥浆体流失。

在本实施例中，为了使得位移传感器4测头直接测量混凝土，所述可拆式矩形模具1两端均做开口处理。由于早龄期混凝土强度很低，位移传感器4测头直接顶在混凝土上会形成凹陷，所以可拆式矩形模具1两端要进行特殊处理，把一小块薄铁皮粘在薄膜上，最后薄膜固定在薄铁片上。为让薄铁皮与混凝土形成一体，在薄铁皮内侧粘一枚硬币，浇筑后薄铁皮就与混凝土形成一体，等薄铁片抽出后，就可以用位移传感器4测头直接顶在薄铁皮上。

如图1~4所示，一种悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法，包括以下步骤：步骤一，安装可拆式矩形模具1；步骤二，悬吊混凝土试件：在可拆式矩形模具1内浇筑长度为的混凝土试块6，并在浇筑的过程中按设定的位置插入热电偶线8，通过若干根绳子5将可拆式矩形模具1悬吊于位于实验箱2上方的吊架3，拆除可拆式矩形模具1的非悬吊支撑件，通过实验箱2内的电炉7对混凝土试块6进行加热，通过静态应变测试系统连接热电偶线8以测量混凝土试块6内部的温度变化量，通过两个位移传感器4测头分别顶在混凝土试块6两端以测量混凝土试块6的长度变形量；步骤三，热膨胀系数计算：通过公式计算出混凝土的热膨胀系数。

在步骤一中，安装可拆式矩形模具1的具体步骤如下：

（1.1）可拆式矩形模具1是由若干个不同长度的矩形塑料块和四个铝条组成，通过螺栓和螺帽将四个铝条与各个矩形塑料块固定连接起来，通过透明胶在可拆式矩形模具1内的四个侧面固定一层薄铁片；

（1.2）在薄铁片表面铺设一层薄膜，整层薄膜是通过两端的两小块薄膜和中间的一大块薄膜拼接而成，使得整层薄膜覆盖在薄铁片表面上和可拆式矩形模具1底面上，各块薄膜之间的接缝用透明胶贴住以防止水泥浆流失。

在步骤二中，悬吊混凝土试件的具体步骤如下：

（2.1）将混凝土浇筑在可拆式矩形模具1内，并在浇筑的过程中按设定的位置插入热电偶线8，并放置于振动台上振实；

（2.2）把可拆式矩形模具1放置在便于搬运的底板上，底板宽度比可拆式矩形模具1略大，底板可以是铁板，底板还可以再放在木板上，这样做的目的是使得混凝土在搬运过程中，可以直接搬运木板或者底下的铁板，保证混凝土不受扰动或者破坏；并在混凝土上表面贴一层隔绝水分蒸发的隔离薄膜，以消除混凝土干燥收缩的影响，按试验目标标准养护一定时间；

（2.3）按试验目标标准养护一定时间后，拆除可拆式矩形模具1上端两侧铝条，将事先设计好长度的绳子5一端穿过圆孔连接在准备作为混凝土试块6悬吊支撑的矩形塑料块上；

（2.4）通过底板将可拆式矩形模具1搬运到实验箱2内的支撑架上，支撑架上放置有用于支撑可拆式矩形模具1的垫块，垫块可以是特定高度混凝土块，使得两个位移传感器4测头穿过实验箱2的探测孔后能够正好测到混凝土试块6两端中心；

（2.5）调整好位置后，将绳子5的另一端连接在位于实验箱2上方的吊架3上，吊架3作为悬吊混凝土试块6的受力点，吊架3与实验箱2分隔的目的是防止实验箱2触碰影响测量；

（2.6）在吊架3两端各垫一小混凝土块以暂时将吊架3提高一段距离后，撤除可拆式矩形模具1底下的底板和垫块，撤除底板和垫块后再恢复吊架3的位置，使得可拆式矩形模具1通过绳子5悬吊于吊架3上；

（2.7）拆除不作为混凝土试块6悬吊支撑的矩形塑料块；

（2.8）抽出可拆式矩形模具1内的薄铁片，使得混凝土与可拆式矩形模具1隔开以自由变形；

（2.9）通过实验箱2内的电炉7对混凝土试块6进行加热，将热电偶线8连接到静态应变测试系统以测量混凝土内部温度，用两个位移传感器4测头分别顶住混凝土试块6两端以测量混凝土温度变形；

（2.10）用裁剪好的纸板盖在实验箱2上，加热时全盖上，降温时撤除一部分，以达到快速升温、降温的目的。

在步骤（2.9）中，所述实验箱2内的底部对称设置两台电风扇11，所述实验箱2内在电炉7和混凝土试块6之间设置有隔板12以避免混凝土试块6局部加热，所述隔板12优先采用纸板。

在步骤二中，所述静态应变测试系统采用DH3816静态应变测试系统，所述位移传感器4采用LVDT位移传感器。

在步骤三中，混凝土的热膨胀系数是指单位长度的混凝土在单位温度变化下的变化量。该热膨胀系数计算具体公式如下所示：

                                                    

式中：——混凝土的热膨胀系数；

——混凝土试块原长；

——混凝土试块的长度变化量；

——混凝土试块内部的温度变化量。

本试验由长尺量测得到，由LVDT位移传感器监测得到，由热电偶线埋入混凝土内部监测得到。

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 (9)

1.一种悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，安装可拆式矩形模具；步骤二，悬吊混凝土试件：在可拆式矩形模具内浇筑长度为的混凝土试块，并在浇筑的过程中按设定的位置插入热电偶线，通过若干根绳子将可拆式矩形模具悬吊于位于实验箱上方的吊架，拆除可拆式矩形模具的非悬吊支撑件，通过实验箱内的电炉对混凝土试块进行加热，通过静态应变测试系统连接热电偶线以测量混凝土试块内部的温度变化量，通过两个位移传感器测头分别顶在混凝土试块两端以测量混凝土试块的长度变形量；步骤三，热膨胀系数计算：通过公式计算出混凝土的热膨胀系数；

在步骤一中，安装可拆式矩形模具的具体步骤如下：

（1.1）可拆式矩形模具是由若干个不同长度的矩形塑料块和四个铝条组成，通过螺栓和螺帽将四个铝条与各个矩形塑料块固定连接起来，通过透明胶在可拆式矩形模具内的四个侧面固定一层薄铁片；

（1.2）在薄铁片表面铺设一层薄膜，整层薄膜是通过两端的两小块薄膜和中间的一大块薄膜拼接而成，使得整层薄膜覆盖在薄铁片表面上和可拆式矩形模具底面上，各块薄膜之间的接缝用透明胶贴住以防止水泥浆流失。

2.根据权利要求1所述的悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法，其特征在于：在步骤二中，悬吊混凝土试件的具体步骤如下：

（2.1）将混凝土浇筑在可拆式矩形模具内，并在浇筑的过程中按设定的位置插入热电偶线，并放置于振动台上振实；

（2.2）把可拆式矩形模具放置在便于搬运的底板上，使得混凝土在搬运过程中不受扰动或者破坏；并在混凝土上表面贴一层隔绝水分蒸发的隔离薄膜，以消除混凝土干燥收缩的影响，按试验目标标准养护一定时间；

（2.3）按试验目标标准养护一定时间后，将绳子一端连接在作为混凝土试块悬吊支撑的矩形塑料块上；

（2.4）通过底板将可拆式矩形模具搬运到实验箱内的支撑架上，支撑架上放置有用于支撑可拆式矩形模具的垫块，使得两个位移传感器测头正好测到混凝土试块两端中心；

（2.5）将绳子的另一端连接在位于实验箱上方的吊架上；

（2.6）暂时将吊架提高一段距离后，撤除可拆式矩形模具底下的底板和垫块，撤除底板和垫块后再恢复吊架的位置，使得可拆式矩形模具通过绳子悬吊于吊架上；

（2.7）拆除不作为混凝土试块悬吊支撑的矩形塑料块；

（2.8）抽出可拆式矩形模具内的薄铁片，使得混凝土与可拆式矩形模具隔开以自由变形；

（2.9）通过实验箱内的电炉对混凝土试块进行加热，将热电偶线连接到静态应变测试系统以测量混凝土内部温度，用两个位移传感器测头分别顶住混凝土试块两端以测量混凝土温度变形；

（2.10）用裁剪好的纸板盖在实验箱上，加热时全盖上，降温时撤除一部分，以达到快速升温、降温的目的。

3.根据权利要求2所述的悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法，其特征在于：在步骤（2.9）中，所述实验箱内的底部对称设置两台电风扇，所述实验箱内在电炉和混凝土试块之间设置有隔板以避免混凝土试块局部加热。

4.根据权利要求1或2所述的悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试方法，其特征在于：在步骤二中，所述静态应变测试系统采用DH3816静态应变测试系统，所述位移传感器采用LVDT位移传感器。

5.一种悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置，其特征在于：包括可拆式矩形模具、实验箱、吊架、静态应变测试系统以及两个位移传感器，所述可拆式矩形模具位于实验箱内，所述实验箱设置有上开口，所述实验箱内设置有对可拆式矩形模具内混凝土试块进行加热的电炉，所述吊架位于实验箱上方，所述可拆式矩形模具通过若干根绳子悬吊于吊架上，所述静态应变测试系统通过热电偶线与可拆式矩形模具内的混凝土试块相连接，所述两个位移传感器测头分别顶在混凝土试块两端。

6.根据权利要求5所述的悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置放置于温度恒定为20℃的空调实验室，两个位移传感器位于实验箱外，所述实验箱两侧分别开设有用于伸入位移传感器测头的探测孔。

7.根据权利要求5所述的悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述实验箱内的底部对称设置有两台电风扇，所述实验箱内在电炉和混凝土试块之间设置有隔板。

8.根据权利要求5所述的悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述可拆式矩形模具内的四个侧面分别设置有一层薄铁片，所述薄铁片表面设置有一层薄膜。

9.根据权利要求8所述的悬吊式混凝土早龄期热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述薄膜上设置有一小块薄铁皮，所述薄铁皮上设置有一枚使得薄铁皮与混凝土试块形成一体的硬币，所述位移传感器的测头直接顶在薄铁皮上。