CN103558246B - 路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置及方法 - Google Patents

路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置，包括：能放置测试支架和水泥混凝土试件的水槽；埋置于水泥混凝土试件中，且能测试水泥混凝土试件表面以内温度和水槽中水温的温度检测器；固定于测试支架上端且与所要测试水泥混凝土试件上端面相连的线性差动位移传感器；分别与温度传感器和线性差动位移传感器相连的数据采集仪。本发明同时还公开了利用该测试装置的测试方法。本发明能快速测定制备试件和路面现场取芯试件的热膨胀系数，从而为路面设计、性能判断和寿命预测提供计算和分析依据。

Description

路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置及方法
技术领域
本发明涉及一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置及方法。
背景技术
水泥混凝土骨料是道路路面主要的组成材料，其膨胀性能因岩石矿物的成分不同而各不相同。对每一种岩石，其热膨胀范围依赖于化学组成、结构和多孔性。国内外研究表明，石英的热膨胀系数是常见矿物中最高的，为12×10-6/℃。石英含量高的岩石的热膨胀系数与石英相似；不含石英的岩石（石灰石、大理石）的系数大约是5×10-6/℃。
因为骨料是混凝土的主要组分，骨料的性能很大程度上决定着混凝土的性能。混凝土在温度升高和降低的条件下所产生的膨胀和收缩量主要由集料的热膨胀性能决定，对水泥混凝土路面的早期和长期使用性能产生巨大的影响，是水泥混凝土路面设计的重要参数。因普通的测试混凝土热膨胀系数设备复杂，我国现行《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002）和《城市道路设计规范》（CTT37-90）在进行路面结构设计时，均建议采用1×10-5/℃，忽视了因骨料的不同而造成的混凝土热膨胀系数的差异。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置，包括：
能放置测试支架和水泥混凝土试件的水槽；
埋置于水泥混凝土试件中，且能测试水泥混凝土试件表面以内温度和水槽中水温的温度检测器；
固定于测试支架上端且与所要测试水泥混凝土试件上端面相连的线性差动位移传感器；
分别与温度传感器和线性差动位移传感器相连的数据采集仪。
所述水槽中盛装温度范围为10℃～50℃的水，并且水面能高出测试支架20mm以上。
所述测试支架包括用于支撑竖直撑杆的底座，竖直撑杆上设有能沿其上下移动的横杆，线性差动位移传感器的一头通过螺栓固定在横杆中部。
所述底座为直径为250mm的圆形结构。 
所述底座上安装有三个半球形支撑垫，三个半球形支撑垫通过等距排列形成直径为 50mm的圆形支撑结构。
一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置的测试方法，包括以下步骤：
1）浇筑试件，把待测试的试件置于石灰水浸泡至少48小时；石灰水温度为18-22℃，当24小时间隔的试件的面干质量差小于0.5%时，说明水泥水化达到稳定，擦干试件表面水分；
2）把装有线性差动位移传感器的测试支架置于水槽中；
3）在室温下测量擦干水分的试件的初始长度L，精确值0.1mm；
4）把试件装到水槽内的测试支架上，试件底部置于支撑垫上，上端与线性差动位移传感器相连；
5）启动数据采集仪，开始度数，读数时间间隔为1分钟；
6）把水槽内的水降至9-11℃，并保持1小时；
7）在2小时10分钟内把水温升至49-51℃，并保持1小时；
8）在2小时10分钟内把水温降至9-11℃，并保持1小时；
9）循环步骤7）和步骤8）过程至完成3次试验过程； 
10）试验对象换成标准棒，重复步骤1）至步骤9）；
11）根据所测试件长度和温度数据绘制长度和温度关系图，找出长度增长和降低的区段，计算斜率：其中，CTE为混凝土热膨胀系数；M为图中斜线的斜率，单位为mm/℃；L为试件的长度，单位为mm，Cf为测试支架的校正系数，单位为1/℃；
12）根据试验标准棒长度和温度数据绘制长度和温度关系图，找出长度增长和降低的区段，计算斜率：其中，Cf为测试支架的校正系数，单位为1/℃；Mf为图中斜线的斜率，单位为mm/℃；Lf为测试标准棒的长度，单位为mm。
本发明中，具体设备包括以下：
1.水槽。能放置测试支架和水泥混凝土试件，盛装温度范围为10℃～50℃的水，并且水面能高出测试支架以上20mm。
2.温度检测器。温度检测器埋置于混凝土试件中检测，能测试件表面以内20mm范围内混凝土的温度，水槽内的水温也通过温度检测器测得，检测器刻度精度需达到0.01℃。
3.测试支架。测试支架材料需抗锈蚀，其中，竖直撑杆由低膨胀合金做成，其他组件由不锈钢制成。线性差动位移传感器（LVDT）的一头通过螺栓固定在钢架上，横杆支撑在竖 直撑杆上，并可以上下调节，刻度范围大于测量要求，最小测量精度为0.00025mm。底座为直径为250mm的圆形结构。底座上安装有3个半球形支撑垫,通过等距排列形成直径为50mm的圆形支撑。
4.标准棒。由304不锈钢或者其他种类的已知热膨胀系数的不锈钢材料制成，起对测试支架的温度变形的修正作用。长度为200mm，直径为100mm。
本发明中试件要求如下：
1.本发明的测试装置可以测量直径为100mm的新制试件取芯试件的热膨胀系数。
2.试件长度为200±2mm，两端平行且打磨光滑，与轴心垂直。
本发明的有益效果：
能快速测定制备试件和路面现场取芯试件的热膨胀系数，从而为路面设计、性能判断和寿命预测提供计算和分析依据。
附图说明
图1是测试支架和试件组合的平面图；
图2是底座的平面图；
图3是测试支架和试件组合的立面图；
其中，1.线性差动位移传感器（LVDT)，2.横杆，3.竖直撑杆，4.底座，5.试件，6.支撑垫，7.螺栓，8.数据采集仪。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1-图3所示，一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置，包括：
能放置测试支架和水泥混凝土试件5的水槽；水槽中盛装温度范围为10℃～50℃的水，并且水面能高出测试支架20mm以上。埋置于水泥混凝土试件5中，且能测试水泥混凝土试5件表面以内温度和水槽中水温的温度检测器；固定于测试支架上端且与所要测试水泥混凝土试件5上端面相连的线性差动位移传感器1；分别与温度传感器和线性差动位移传感器1相连的数据采集仪8。
测试支架包括用于支撑竖直撑杆3的底座4，竖直撑杆3上设有能沿其上下移动的横杆2，线性差动位移传感器1的一头通过螺栓7固定在横杆2中部。底座4为直径为250mm的圆形结构。底座4上安装有三个半球形支撑垫6，三个半球形支撑垫6通过等距排列形成直径为50mm的圆形支撑结构。
一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置的测试方法，包括以下步骤：
1）浇筑试件5，把待测试的试件5置于石灰水浸泡至少48小时；石灰水温度为18-22℃， 当24小时间隔的试件的面干质量差小于0.5%时，说明水泥水化达到稳定，擦干试件5表面水分； 
2）把装有线性差动位移传感器1的测试支架置于水槽中；
3）在室温下测量擦干水分的试件5的初始长度L，精确值0.1mm；
4）把试件5装到水槽内的测试支架上，试件5底部置于支撑垫6上，上端与线性差动位移传感器1相连；
5）启动数据采集仪8，开始度数，读数时间间隔为1分钟；
6）把水槽内的水降至9-11℃，并保持1小时；
7）在2小时10分钟内把水温升至49-51℃，并保持1小时；
8）在2小时10分钟内把水温降至9-11℃，并保持1小时；
9）循环步骤7）和步骤8）过程至完成3次试验过程； 
10）试验对象换成标准棒，重复步骤1）至步骤9）；
11）根据所测试件长度和温度数据绘制长度和温度关系图，找出长度增长和降低的区段，计算斜率：其中，CTE为混凝土热膨胀系数；M为图中斜线的斜率，单位为mm/℃；L为试件的长度，单位为mm，Cf为测试支架的校正系数，单位为1/℃。
12）根据所测试标准棒长度和温度数据绘制长度和温度关系图，找出长度增长和降低的区段，计算斜率：其中，Cf为测试支架的校正系数，单位为1/℃；Mf为图中斜线的斜率，单位为mm/℃；Lf为标准棒的长度，单位为mm。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置的测试方法，其特征是，所述路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置包括：
能放置测试支架和水泥混凝土试件的水槽；
埋置于水泥混凝土试件中，且能测试水泥混凝土试件表面以内温度和水槽中水温的温度检测器；
固定于测试支架上端且与所要测试水泥混凝土试件上端面相连的线性差动位移传感器；
分别与温度传感器和线性差动位移传感器相连的数据采集仪；
所述测试支架包括用于支撑竖直撑杆的底座，竖直撑杆上设有能沿其上下移动的横杆，线性差动位移传感器的一头通过螺栓固定在横杆中部；
所述底座上安装有三个半球形支撑垫，三个半球形支撑垫通过等距排列形成直径为50mm的圆形支撑结构；
所述测试装置的测试方法，其特征是，包括以下步骤：
1)浇筑试件，把待测试的试件置于石灰水浸泡至少48小时；石灰水温度为18-22℃，当24小时间隔的试件的面干质量差小于0.5％时，说明水泥水化达到稳定，擦干试件表面水分；
2)把装有线性差动位移传感器的测试支架置于水槽中；
3)在室温下测量擦干水分的试件的初始长度L，精确值0.1mm；
4)把试件装到水槽内的测试支架上，试件底部置于支撑垫上，上端与线性差动位移传感器相连；
5)启动数据采集仪，开始度数，读数时间间隔为1分钟；
6)把水槽内的水降至9-11℃，并保持1小时；
7)在2小时10分钟内把水温升至49-51℃，并保持1小时；
8)在2小时10分钟内把水温降至9-11℃，并保持1小时；
9)循环步骤7)和步骤8)过程至完成3次试验过程；
10)试验对象换成标准棒，重复步骤1)至步骤9)；
11)根据所测试件长度和温度数据绘制长度和温度关系图，找出长度增长和降低的区段，计算斜率：其中，CTE为混凝土热膨胀系数；M为图中斜线的斜率，单位为mm/℃；L为试件的长度，单位为mm，Cf为测试支架的校正系数，单位为1/℃；
12)根据试验标准棒长度和温度数据绘制长度和温度关系图，找出长度增长和降低的区段，计算斜率：其中，Cf为测试支架的校正系数，单位为1/℃；Mf为图中斜线的斜率，单位为mm/℃；Lf为测试标准棒的长度，单位为mm。
2.如权利要求1所述的一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置的测试方法，其特征是，所述水槽中盛装温度范围为10℃～50℃的水，并且水面能高出测试支架20mm以上。
3.如权利要求1所述的一种路面用水泥混凝土膨胀系数测试装置的测试方法，其特征是，所述底座为直径为250mm的圆形结构。
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