CN104807982B - 一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，该方法先选定两类具有不同刚度套筒的应变传感器，分别为塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器；然后将塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器对称地布置于混凝土结构内部，且保证两者承受相同的内部温度变化条件、相同的散热条件、相同的约束和边界条件；混凝土结构内的混凝土浇筑完成后，塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器即刻开始采集应变数据，同时计算两种应变数据之间的差值，当差值变化幅度趋于稳定时，即认定该时刻为混凝土的终凝时间。本发明只需对监测数据进行简单处理，就可以准确获得混凝土终凝时间；准确指导现场施工。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，具体的说，是涉及一种确定混凝土终凝时间的方法。
背景技术
终凝时间是指混凝土从拌合到完全固化、产生初始强度的时间。为了使已形成工程结构形状的混凝土尽早取得强度，以便于承受荷载，国家标准规定了混凝土的最晚终凝时间[1]。确定终凝时间对于保证混凝土结构物的施工质量和进度具有非常重要的工程意义。
在现行国家规范[2]中，混凝土的终凝时间采用水泥净浆稠度测定仪法测定。该试验方法需要从混凝土中滤出水泥砂浆，然后在标准实验室内进行养护，通过测定不同时间的水泥砂浆贯入阻力推定混凝土的终凝时间；此外，在施工现场采用贯入法大体测算混凝土的终凝时间，由于其相对简单，也得到了一定应用。除了上述方法外，国内外研究者借助一定的试验监测仪器，发展了其他测定混凝土终凝时间的方法。由于终凝之前混凝土强度很低，这些方法都是非破坏性试验方法。主要包括两类：共振频率法和超声波法，共振频率法为接触式测量方法，应用较为广泛，且被写进ASTM的规范[3]中，其一般采用重锤冲击混凝土试样，并测量混凝土的横、纵、扭转频率，进而转化为与混凝土强度相关的参数，例如弹性模量等来推定混凝土终凝时间。由于该方法需要力学冲击建立相应激励，对于未达到硬化的混凝土力学属性量测显然效果较差。超声波法基于人工产生的P或S波在混凝土中传播速度的量测，进而转化为与混凝土力学属性相关的参数[4]。但该方法存在很大争议，主要在于已有的冲击速度与混凝土力学属性之间关系方程的有效性难以得到确认[5 , 6]。虽然Young[7]和Nicolas Robeyst[6]等对该方法进行了深入的理论修正和试验验证，但在低初始波速起因和混凝土凝固时间与波速关系方面仍存在一定问题[6]。Jae Hong Kim[8]同时采用共振频率法和超声波法对早期混凝土形态进行了试验研究，结论同样表明在超早期(浇筑后1天内)混凝土力学属性方面二者存在较大差异。此外，由于混凝土性态发展与水化过程密切相关，Xiao[9]等提出了一种非接触式的早期混凝土性态量测方法，可以较好估算早期混凝土硬化时间和硬化后性态，但成果高度依赖于孔隙率与水化程度、水化程度与抗压强度等之间的关系，而这些关系本身亦存在误差。
传统的应变传感器在混凝土结构物的安全监测中得到了大量应用，但是，由于受传感器精度、结构型式所限，一般认为在混凝土终凝之前测得的应变结果存在较大误差，其监测结果主要用于分析成熟(28天后)混凝土的安全性态。
总体来看，目前还缺少简洁、快速、准确的直接推定混凝土终凝的方法。
参考文献：
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发明内容
本发明要解决的技术问题在于，以往的混凝土终凝时间确定需要根据水泥砂浆的凝结时间来间接确定，或是采用专业仪器测定某些特定指标，如频率、波速、水化度等，通过建立与混凝土力学参数之间的关系来推定，这些方法存在不准确、繁琐、耗时较长等缺陷。本发明提供了一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，采用传统的应变传感器，通过对早期混凝土监测数据进行分析确定混凝土的终凝时间。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，包括如下步骤：
(1)选定两类具有不同刚度套筒的应变传感器，分别为塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器，所述刚性套筒应变传感器的套筒刚度至少103倍于塑性套筒应变传感器的套筒刚度；
(2)将所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器对称地布置于混凝土结构内部，并保证所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器承受相同的内部温度变化条件、相同的散热条件、相同的约束和边界条件；
(3)混凝土浇筑完成后，所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器即刻开始应变数据的连续采集，采集频率应不低于0.1Hz；应变数据采集过程中保证混凝土结构的几何外形、边界条件、约束及受力条件均不发生变化；
采集过程中同时计算所述塑性套筒应变传感器所采集的应变数据与所述刚性套筒应变传感器所采集的应变数据之间的差值，在当前时刻的差值与其后任一时刻的差值之间的变化幅度均小于2με时，该当前时刻即认定为该混凝土的终凝时间。
其中，所述塑性套筒应变传感器的套筒由PVC制成；所述刚性套筒应变传感器的套筒由钢材制成。
其中，所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器均可选用振弦式应变传感器、光纤应变传感器或电阻式应变传感器。
其中，所述塑性套筒应变传感器的灵敏度至少为5μεK-1；所述刚性套筒应变传感器灵敏度至少为20μεK-1。
该技术方案的原理为：混凝土浇筑之后为液相(水泥)和固相(粗细骨料)混合物，其具有很小的初始刚度，而对于塑性套筒应变传感器而言，其对非常小的力的变化较为敏感，混凝土在初始刚度下即可以产生握裹塑性套筒应变传感器的力，也就是可以传递由于水化过程产生的变形给塑性套筒应变传感器，因此该类传感器可以测量从混凝土初凝到终凝乃至成熟后的变形；但对于刚性套筒应变传感器而言，混凝土的初始状态(初凝时)却不足以产生完全握裹刚性套筒应变传感器的力，也就不能将所有的混凝土变形传递给刚性套筒应变传感器，实际上该类传感器在混凝土终凝之前处于部分工作状态，因此两类传感器测得的应变数值存在差异。随着混凝土水化进程，混凝土刚度逐渐增加，产生的握裹力也逐渐增加，刚性套筒应变传感器测值逐渐趋近于真实应变值，塑性套筒应变传感器与刚性套筒应变传感器测得结果之间的差值也逐渐趋于稳定，当混凝土终凝固化时，混凝土刚度将增加到足以完全握裹住刚度较大的刚性套筒应变传感器，此后两类传感器测得应变数值变化将趋于一致，即两者之间差值将保持不变，此时刻即为混凝土的终凝时间。
本发明的有益效果是：
已有技术在确定混凝土终凝时间时，存在不准确、繁琐、耗时较长等缺陷。在实验室内以水泥砂浆凝结时间推定混凝土凝结时间，除较为繁琐的缺点外，结果还会与施工现场的真实结果存在偏差；以专业试验仪器获取混凝土的特定数据来预测凝结时间，需要成熟、准确的理论模型，试验过程也较为繁琐，难以被一般技术人员掌握。本发明提出了一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，该方法只需要常规仪器设备，布置简单灵活，且只需对监测数据进行简单处理，就可以准确获得混凝土终凝时间；检测过程可与现场混凝土结构施工相结合，检测结果较实验室条件下的检测结果更为精确可靠，可准确指导现场施工。
附图说明
图1是室内试验时的两类应变传感器的布置示意图；
图2是室内试验时得到的两类应变传感器的监测结果图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
本实施例公开了一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，该方法具体包括以下几个部分：
首先选定两类具有不同刚度套筒的应变传感器用于浇筑后混凝土应变监测，其中一类应变传感器的套筒选为塑料应变材质，如PVC，简称为塑性套筒应变传感器；另一类应变传感器的套筒为刚度较高的材质，如钢材，简称为刚性套筒应变传感器。塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器的套筒刚度必须存在明显差异，经发明人的研究表明，其刚度差别在103以上时(即刚性套筒应变传感器为塑性套筒应变传感器套筒刚度的至少103倍)，可获得满意的监测结果。
本发明中的塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器适应于各种类型应变传感器，包括振弦式应变传感器、光纤传感器及电阻式应变传感器，但选择传感器灵敏度应不低于5μεK-1，对刚性套筒应变传感器可适当放宽该限制，经发明人的试验结果表明，刚性套筒应变传感器灵敏度不低于20μεK-1即可。
为了保证两类应变传感器测得数据具有可比性，需将塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器对称地布置于混凝土结构内部，该对称是以混凝土结构的几何中心为对称点；并且要保证塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器承受相同的内部温度变化条件、相同的散热条件、相同的约束和边界条件。
混凝土结构内的混凝土浇筑完成后，塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器即刻开始应变数据的连续采集，采集频率应不低于0.1Hz。在室内试验模型上采用本方法时，混凝土浇筑到模型试验箱后，静置一分钟即可开始连续采集应变数据；在施工现场采用本方法时，浇筑混凝土完全淹没两种应变传感器后即可开始连续采集应变数据。
采集过程的同时将塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器采集的应变数据进行整理，即计算塑性套筒应变传感器所采集的应变数据与刚性套筒应变传感器所采集的应变数据之间的差值。在当前时刻的差值与其后任一时刻的差值之间的变化幅度均小于2με时，该当前时刻即认定为该混凝土的终凝时间。
例如：设当前时刻为第一时刻，当第一时刻与第二时刻差值之间的变化幅度小于2με，第一时刻与第三时刻差值之间的变化幅度小于2με，第一时刻与第四时刻差值之间的变化幅度小于2με.....第一时刻与第n时刻差值之间的变化幅度小于2με时，第一时刻认定为该混凝土的终凝时间。n的取值可以根据室内试验或者现场检测中的需要进行设定，当前时刻也可以为第二时刻、第三时刻等，这里是以第一时刻为例进行说明。
在应变数据的采集过程中，还需保证监测的混凝土块在采集数据开始后不发生变化，即从几何外形、边界条件、约束及受力条件上都不发生变化。
如图1所示进行室内试验，试验所用混凝土置于1.5m高、1.2m长、0.5m宽的长方体木质试验箱内，试验箱内加置0.1m厚的聚苯泡沫板。选择PVC套筒的应变传感器和钢套筒的应变传感器各一个，对称于试验箱的中心布置在试验箱内，待混凝土浇筑完毕后开始连续采集应变数据。同时，根据国家标准将混凝土筛分后的砂浆浇入三个金属圆筒，用以判定混凝土的初凝及终凝时间。在采集数据过程中同时计算塑性套筒应变传感器与刚性套筒应变传感器的应变数据结果差值，图2给出了该室内试验时得到的两类应变传感器监测结果。
在混凝土浇筑10.78小时后，塑性套筒应变传感器采集应变数据为70.13με，而刚性套筒应变传感器为32.14με，差值为37.98με，此后该差值变化全部位于37.98±2με区间，即从10.78小时开始，差值变化趋于稳定，因此可认定10.78小时为混凝土的终凝时刻。采用规范方法确定的混凝土平均终凝时刻为10.8小时，证明本方法与规范方法确定的混凝土终凝时刻非常吻合。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选定两类具有不同刚度套筒的应变传感器，分别为塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器，所述刚性套筒应变传感器的套筒刚度至少103倍于塑性套筒应变传感器的套筒刚度；
(2)将所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器对称地布置于混凝土结构内部，并保证所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器承受相同的内部温度变化条件、相同的散热条件、相同的约束和边界条件；
(3)混凝土浇筑完成后，所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器即刻开始应变数据的连续采集，采集频率应不低于0.1Hz；应变数据采集过程中保证混凝土结构的几何外形、边界条件、约束及受力条件均不发生变化；
采集过程中同时计算所述塑性套筒应变传感器所采集的应变数据与所述刚性套筒应变传感器所采集的应变数据之间的差值，在当前时刻的差值与其后任一时刻的差值之间的变化幅度均小于2με时，该当前时刻即认定为该混凝土的终凝时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，其特征在于，所述塑性套筒应变传感器的套筒由PVC制成；所述刚性套筒应变传感器的套筒由钢材制成。
3.根据权利要求1所述的一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，其特征在于，所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器均可选用振弦式应变传感器、光纤应变传感器或电阻式应变传感器。
4.根据权利要求1所述的一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，其特征在于，所述塑性套筒应变传感器的灵敏度至少为5μεK-1；所述刚性套筒应变传感器灵敏度至少为20μεK-1。
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