CN108181347A - 一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置及测量方法，包括有试验测试箱和测试元件，在测试箱内部底板上，分别设置有两条平行的纵、横向滑道，在测试箱的一端与箱壁距离10cm处放置一块固定底模板，固定底模板通过螺栓与测试箱底板牢固连接；在固定底模板的侧面，一侧设置一块固定侧模板，固定侧模板通过螺栓固定于测试箱底板上，另一侧设置可滑动侧模板；另一端设置可滑动顶模板，可滑动顶模板与两块侧模板垂直设置，可滑动顶模板能够沿两条纵向滑道滑动；固定底模板、固定侧模板、可滑动侧模板和可滑动顶模板与测试箱的底板形成半封闭区域。本发明结构简单，对使用环境要求低、制造成本低、测量精度高、使用人员容易操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种对于混凝土热膨胀系数进行测量的测量装置，尤其涉及一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置及测量方法。
背景技术
随着高性能混凝土的广泛应用，混凝土早期开裂问题日益突出，影响混凝土开裂性能的主要原因在于其自收缩和热膨胀引起的混凝土早期体积不稳定性。混凝土热膨胀系数是指单位长度或体积的混凝土在单位温度变化下长度或体积的变化量，它是材料的主要物理特性参数之一，一般用平均线性热膨胀系数来表征。混凝土的热膨胀系数通常以等压条件下单位温度变化所导致的体积变化表示。因此，混凝土的热膨胀系数可以采用公式 α＝ΔV/ (V×ΔT) 表示。其中，α为混凝土的热膨胀系数，V为混凝土块的体积，ΔV为混凝土块的体积变化，ΔT 为混凝土块的温度变化。混凝土热膨胀系数是研究混凝土温度应力发展的重要指标，使用精确、可靠、方便的混凝土热膨胀系数测量装置测量热膨胀系数是实现正确判断的前提条件。现有技术的混凝土热膨胀系数测量装置主要存在以下二个问题：一是不能够完全模拟混凝土的热膨胀系数的发展：在混凝土入模到初凝阶段，以前的混凝土热膨胀系数测量装置只能测定混凝土固化后的热膨胀系数，对混凝土热膨胀系数的测定部分缺失，因此在后期也就不能够很好模拟混凝土的温度应力的发展曲线。二是试验结束拆卸麻烦：现有的混凝土热膨胀系数测量装置在试验之后需要破碎其中的混凝土试验对象，才能够分块取出，对于后期试验室的清理工作，增加了一定的人力成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置，该测量装置结构简单、制造成本低、测量精度精确、容易操作、适用范围广泛。
本发明的另一个目的是提供一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置的测量方法。
为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案如下：
一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置，包括有试验测试箱和测试元件，在测试箱内部底板上，分别设置有两条平行的纵、横向滑道，在测试箱的一端与箱壁距离10cm处放置一块固定底模板，固定底模板通过螺栓与测试箱底板牢固连接；在固定底模板的侧面，一侧设置一块固定侧模板，固定侧模板通过螺栓固定于测试箱底板上，另一侧设置一块可滑动侧模板，可滑动侧模板能够沿两条横向滑道滑动；在可滑动侧模板上设置一排孔洞；在测试箱的另一端设置一块可滑动顶模板，可滑动顶模板与两块侧模板垂直设置，可滑动顶模板能够沿两条纵向滑道滑动；可滑动顶模板上设置一排孔洞；固定底模板、固定侧模板、可滑动侧模板和可滑动顶模板与测试箱的底板形成半封闭区域，用于盛放新拌混凝土试样；
所述的测试元件包括两个拉线式位移传感器、四个电炉以及两个热电偶传感器，在固定底模板、固定侧模板的顶部、高于混凝土试样上表面各垂直放置一块塑料顶板，塑料顶板与下方的固定底模板和固定侧模板分别牢固粘接，拉线性式位移传感器放置在塑料顶板上，两个拉线的另一端分别固定在可滑动顶模板和可滑动侧模板上；
一个热电偶传感器埋入混凝土试样中，另一个放置于测试箱内部，通过电炉使箱内温度升高，所述的测试箱在两纵向面板上分别预留三个孔洞，测试元件导线通过设置在测试箱侧板上的孔洞与外部采集装置相连。
所述的测试箱是由共聚甲醛塑料板和保温材料共同组成的六面拼装可活动式容器体。
所述的可滑动侧模板和可滑动顶模板上，位于高度中部位置处，沿板横向设置一排直径为0.5cm的孔洞，每两个相邻孔洞中心间隔1cm。
所述的两条纵向平行滑道对称地设置在可滑动顶模板的中部位置。
所述的两条横向平行滑道对称地设置在可滑动侧模板的中部位置。
所述的固定底模板、固定侧模板、可滑动侧模板及可滑动顶模板高度相等。
所述的测量装置的测试方法，括以下步骤：
（1）将各测试元件均匀放置在测试箱内，并将导线通过孔洞与外部采集装置相连；
（2）在可滑动顶模板、可滑动侧模板底部与箱壁之间放置支撑木块，由可滑动顶模板、可滑动侧模板、固定底模板、侧模板共同组成一个半封闭区域，将搅拌均匀的混凝土加入半封闭区域内，在浇筑混凝土的过程中，将一个热电偶传感器及四根细钢筋埋入混凝土试样中，其中，两根细钢筋沿着测试箱的纵向放置，另外两根细钢筋沿着测试箱的横向放置；
（3）混凝土浇筑完毕，将预先埋入于混凝土试样中的、沿着测试箱纵向放置的细钢筋另一端穿入设置于可滑动顶模板高度中部位置处的孔洞，同时，将沿着测试箱横向放置的细钢筋另一端穿入设置于可滑动侧模板高度中部位置处的孔洞，细钢筋与模板通过绑扎的方式牢固连接；
（4）将两个拉线式位移计固定好，测量并记录混凝土试样沿纵、横两个方向的初始距离，分别记为X0、Y0；测量所浇筑的混凝土试样高度，记为Z；同时，利用两个热电偶传感器分别测量并记录混凝土试样及测试箱内的初始温度，分别记为Th0、Tx0；设定好所有的测量元件后，将放置于可滑动顶模板、可滑动侧模板底部与箱壁之间的支撑木块取出，盖上测试箱的上部面板，使混凝土试样在自然条件下发生膨胀或收缩，分别推动可滑动顶模板及可滑动侧模板在纵向滑道及横向滑道上产生位移；通过两个方向的位移计对试样所产生的位移进行实时采集，通过公式（1）～（4）计算，获得混凝土从入模到固化前的热膨胀系数；
（5）在混凝土试样固化后，通过电炉进行加热，盖上测试箱的上部面板，让混凝土试样继续发生热膨胀；此时，两个热电偶传感器分别对混凝土试样及测试箱内的温度进行实时采集，并通过位移传感器测量不同温度下的混凝土试样在两个方向上发生的位移量；利用公式（1）～（4）计算，获得混凝土试样固化后在任意温度下的热膨胀系数；
（6）假设混凝土试样在Ti温度下，由于发生热膨胀，两个方向上产生的位移分别为Xi、Yi，假设混凝土试样的高度Z不发生变化，通过下列公式（1）～（4）计算出混凝土试样的热膨胀系数：
V=X0Y0Z (1)
ΔV=(Xi-X0)(Yi-Y0) Z (2)
ΔT=Ti-Th0 (3)
α＝ΔV/ (V×ΔT) (4)
其中，α为混凝土的热膨胀系数，V 为混凝土试样的初始体积，ΔV为混凝土试样的体积变化，ΔT 为混凝土试样的温度变化。
本发明所具有的优点及有益效果是：
本发明一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置结构简单，对使用环境要求低、制造成本低、测量精度高、使用人员容易操作。用以对混凝土热膨胀系数的实时测定，从中选用最优化的混凝土配合比，亦可以模拟混凝土在不同阶段、不同温度条件下的混凝土温度应力发展情况最大限度地控制混凝土裂缝的产生，以实现提高混凝土耐久性的目的，具有良好的推广价值。
附图说明
图1为本发明一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置的俯视图；
图2为本发明一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置的立面图。
图中：1测试箱面板、2纵向滑道、3 横向滑道、4固定底模板、5固定侧模板、6可滑动侧模板、7可滑动顶模板、8混凝土试样、9拉线式位移传感器、10电炉、11热电偶传感器、12塑料顶板、13细钢筋、14支撑木块、15电炉导线孔洞、16热电偶传感器导线孔洞、17拉线式位移传感器导线孔洞。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述：
如图1所示：一种混凝土热膨胀系数测量装置，由试验测试箱和测试元件共同构成。该测试箱是一种可拼装活动式容器体。六块测试箱面板1由共聚甲醛塑料板和保温材料共同构成。在测试箱内部底板上，沿纵向设置两条平行的纵向滑道2，沿横向设置两条平行的横向滑道3。沿纵向上，在测试箱的一端、与箱壁距离10cm放置一块固定底模板4，固定底模板通过螺栓与测试箱底板牢固连接。在固定底模板4的侧面，垂直于此固定底模板4的方向上，一侧设置一块固定侧模板5，固定侧模板通过螺栓固定于测试箱底板上。而另一侧设置一块可滑动侧模板6，此可滑动侧模板6能够沿设置于测试箱底板的两条横向滑道3上滑动。在此可滑动侧模板6上，位于高度中部位置处，沿板横向设置一排直径为0.5cm的孔洞，每两个相邻孔洞中心间隔1cm。沿测试箱的纵向，在测试箱的另一端，与侧模板5、6相垂直的方向上，设置一块可滑动顶模板7，此可滑动顶模板7能够沿设置于测试箱底板的两条纵向滑道2上滑动。在此可滑动顶模板7上，位于高度中部位置处，沿板横向设置一排直径为0.5cm的孔洞，每两个相邻孔洞中心间隔1cm。上述四块模板与测试箱的底板形成半封闭区域，用于盛放新拌混凝土试样8。所述的测试元件包括拉线式位移传感器、电炉以及热电偶传感器，在固定底模板4的顶部、高于混凝土试样8上表面垂直放置一块塑料顶板12，塑料顶板与下方的固定底模板牢固粘接，在此塑料顶板12上放置一拉线性位移传感器9，拉线的另一端固定在可滑动顶模板7上，用于测量混凝土试样在纵向上产生的长度变化。同样，在固定侧模板5的顶部、高于混凝土试样8上表面垂直放置另一块塑料顶板12，在此固定塑料顶板12上，也放置一拉线式位移传感器9，拉线的另一端固定在可滑动侧模板6上，用于测量混凝土试样在横向上产生的长度变化。所述的两个拉线式位移传感器9分别放置在塑料顶板12的边缘，使得拉线的初始与混凝土试样的初始长度相等。
在混凝土试样8中，预先埋入4根细钢筋13。其中，2根细钢筋沿着测试箱的纵向放置，并穿过预留在可滑动顶模板7上的孔洞，与其绑扎连接。另2根细钢筋沿着测试箱的横向放置，并穿过预留在可滑动侧模板6上的孔洞，与其绑扎连接。
在测试箱内部，放置4个电炉10和1个热电偶传感器11，另一个热电偶传感器11预先埋入混凝土试样8中。2个热电偶传感器11可以分别测得箱内温度和混凝土试样的温度。
如图2所示，本发明的一种混凝土热膨胀系数测量装置立面图，在测试箱的两块纵向面板上，分别预留有电炉导线孔洞15、热电偶传感器导线孔洞16以及拉线式位移传感器导线孔洞17。上述各测试元件的导线通过孔洞15、16、17与外部采集装置相连。
所述的两条纵向平行滑道2，对称地设置在可滑动顶模板7的中部位置。
所述的两条横向平行滑道3，应对称地设置在可滑动侧模板6的中部位置。
所述的固定底模板4、固定侧模板5、可滑动侧模板6及可滑动顶模板7高度相等，并共同围成一半封闭空间。
所述的混凝土热膨胀测量装置的测试方法，包括以下测量步骤：
（1）先将除测试箱顶面以外的其他五个面板1以及设置于测试箱内部的各板件安装完毕。将各测试元件均匀放置在箱内，并将导线通过孔洞15～17与外部采集装置相连；
（2）在浇筑混凝土试样8之前，需要先在可滑动顶模板7和可滑动侧模板6的底部，通过在其与箱壁之间放置支撑木块14的方式，使其不能产生初始位移，并与固定底模板、侧模板共同组合成的一个半封闭的区域。然后，将搅拌均匀的混凝土加入其中，在浇筑混凝土的过程中，将1个热电偶传感器11及4根直径为8mm的细钢筋13埋入混凝土试样中。其中，2根细钢筋沿着测试箱的纵向放置，另2根细钢筋沿着测试箱的横向放置。
（3）混凝土浇筑完毕，将预先埋入于混凝土试样8中的、沿着测试箱纵向放置的细钢筋13另一端穿入设置于可滑动顶模板7高度中部位置处的孔洞，同时，将沿着测试箱横向放置的细钢筋13另一端穿入设置于可滑动侧模板6高度中部位置处的孔洞，细钢筋与模板均通过绑扎的方式牢固连接，两者之间不能产生相对位移。
（4）立即将两个拉线式位移计9固定好，测量并记录混凝土试样8沿纵、横两个个方向的初始距离，分别记为X0、Y0。测量所浇筑的混凝土试样高度，记为Z。同时，利用2个热电偶传感器11分别测量并记录混凝土试样8及测试箱内的初始温度，分别记为Th0、Tx0。待设定好所有的测量元件后，并将之前放置于可滑动顶模板7、可滑动侧模板6底部的、与箱壁之间的支撑木块14取出，盖上测试箱的上部面板，使混凝土试样8在自然条件下发生膨胀或收缩，分别推动可滑动顶模板7及可滑动侧模板6在纵向滑道2及横向滑道3上产生位移。在此过程中，通过两个方向的位移计9对试样所产生的位移进行实时采集，通过公式（1）～（4）的计算，可以获得混凝土从入模到固化前的热膨胀系数。
（5）在混凝土试样8固化后，通过电炉10进行加热，盖上测试箱的上部面板，使得混凝土试样8继续发生热膨胀。此时，2个热电偶传感器11分别对混凝土试样8及测试箱内的温度进行实时采集，并通过位移传感器9测量不同温度下的混凝土试样8在两个方向上发生的位移量。利用公式（1）～（4）的计算，可以获得混凝土试样8固化后在任意温度下的热膨胀系数。
（6）假设混凝土试样8在Ti温度下，由于发生热膨胀，两个方向上的产生的位移分别为Xi、Yi（假设混凝土试样的高度Z不发生变化），则通过下列公式（1）～（4）可计算出混凝土试样8的热膨胀系数
V=X0Y0Z (1)
ΔV=(Xi-X0)(Yi-Y0) Z (2)
ΔT=Ti-Th0 (3)
α＝ΔV/ (V×ΔT) (4)
其中，α为混凝土试样的热膨胀系数，V 为混凝土试样的初始体积，ΔV为混凝土试样的体积变化，ΔT 为混凝土试样的温度变化。
本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够做出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置，其特征在于：包括有试验测试箱和测试元件，在测试箱内部底板上，分别设置有两条平行的纵、横向滑道，在测试箱的一端与箱壁距离10cm处放置一块固定底模板，固定底模板通过螺栓与测试箱底板牢固连接；在固定底模板的侧面，一侧设置一块固定侧模板，固定侧模板通过螺栓固定于测试箱底板上，另一侧设置一块可滑动侧模板，可滑动侧模板能够沿两条横向滑道滑动；在可滑动侧模板上设置一排孔洞；在测试箱的另一端设置一块可滑动顶模板，可滑动顶模板与两块侧模板垂直设置，可滑动顶模板能够沿两条纵向滑道滑动；可滑动顶模板上设置一排孔洞；固定底模板、固定侧模板、可滑动侧模板和可滑动顶模板与测试箱的底板形成半封闭区域，用于盛放新拌混凝土试样；
所述的测试元件包括两个拉线式位移传感器、四个电炉以及两个热电偶传感器，在固定底模板、固定侧模板的顶部、高于混凝土试样上表面各垂直放置一块塑料顶板，塑料顶板与下方的固定底模板和固定侧模板分别牢固粘接，拉线性式位移传感器放置在塑料顶板上，两个拉线的另一端分别固定在可滑动顶模板和可滑动侧模板上；
一个热电偶传感器埋入混凝土试样中，另一个放置于测试箱内部，通过电炉使箱内温度升高，所述的测试箱在两纵向面板上分别预留三个孔洞，测试元件导线通过设置在测试箱侧板上的孔洞与外部采集装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的测试箱是由共聚甲醛塑料板和保温材料共同组成的六面拼装可活动式容器体。
3.根据权利要求1所述的一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的可滑动侧模板和可滑动顶模板上，位于高度中部位置处，沿板横向设置一排直径为0.5cm的孔洞，每两个相邻孔洞中心间隔1cm。
4.根据权利要求1所述的一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的两条纵向平行滑道对称地设置在可滑动顶模板的中部位置。
5.根据权利要求1所述的一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的两条横向平行滑道对称地设置在可滑动侧模板的中部位置。
6.根据权利要求1所述的一种滑道式混凝土热膨胀系数测量装置，其特征在于：所述的固定底模板、固定侧模板、可滑动侧模板及可滑动顶模板高度相等。
7.根据权利要求1～6任一项所述的测量装置的测试方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将各测试元件均匀放置在测试箱内，并将导线通过孔洞与外部采集装置相连；
（2）在可滑动顶模板、可滑动侧模板底部与箱壁之间放置支撑木块，由可滑动顶模板、可滑动侧模板、固定底模板、侧模板共同组成一个半封闭区域，将搅拌均匀的混凝土加入半封闭区域内，在浇筑混凝土的过程中，将一个热电偶传感器及四根细钢筋埋入混凝土试样中，其中，两根细钢筋沿着测试箱的纵向放置，另外两根细钢筋沿着测试箱的横向放置；
（3）混凝土浇筑完毕，将预先埋入于混凝土试样中的、沿着测试箱纵向放置的细钢筋另一端穿入设置于可滑动顶模板高度中部位置处的孔洞，同时，将沿着测试箱横向放置的细钢筋另一端穿入设置于可滑动侧模板高度中部位置处的孔洞，细钢筋与模板通过绑扎的方式牢固连接；
（4）将两个拉线式位移计固定好，测量并记录混凝土试样沿纵、横两个方向的初始距离，分别记为X0、Y0；测量所浇筑的混凝土试样高度，记为Z；同时，利用两个热电偶传感器分别测量并记录混凝土试样及测试箱内的初始温度，分别记为Th0、Tx0；设定好所有的测量元件后，将放置于可滑动顶模板、可滑动侧模板底部与箱壁之间的支撑木块取出，盖上测试箱的上部面板，使混凝土试样在自然条件下发生膨胀或收缩，分别推动可滑动顶模板及可滑动侧模板在纵向滑道及横向滑道上产生位移；通过两个方向的位移计对试样所产生的位移进行实时采集，通过公式（1）～（4）计算，获得混凝土从入模到固化前的热膨胀系数；
（5）在混凝土试样固化后，通过电炉进行加热，盖上测试箱的上部面板，让混凝土试样继续发生热膨胀；此时，两个热电偶传感器分别对混凝土试样及测试箱内的温度进行实时采集，并通过位移传感器测量不同温度下的混凝土试样在两个方向上发生的位移量；利用公式（1）～（4）计算，获得混凝土试样固化后在任意温度下的热膨胀系数；
（6）假设混凝土试样在Ti温度下，由于发生热膨胀，两个方向上产生的位移分别为Xi、Yi，假设混凝土试样的高度Z不发生变化，通过下列公式（1）～（4）计算出混凝土试样的热膨胀系数：
V=X0Y0Z (1)
ΔV=(Xi-X0)(Yi-Y0) Z (2)
ΔT=Ti-Th0 (3)
α＝ΔV/ (V×ΔT) (4)
其中，α为混凝土的热膨胀系数，V 为混凝土试样的初始体积，ΔV为混凝土试样的体积变化，ΔT 为混凝土试样的温度变化。
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- 2018-02-02 CN CN201810108038.9A patent/CN108181347B/zh active Active
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