CN108254408A - 一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无机材料检测设备技术领域，公开了一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置和方法，本发明可以将恒温条件和绝热条件下水泥净浆自由变化的体积传递到透明毛细管液位计内，利用液位光电直读器直接读取透明毛细管液位计的液位变化并将液位值传送到液位监测器，液位监测器将信号传送到信息处理器，信号处理器将液位值直接转化为体积变化值，并对该温度下体积变化进行校正，直接计算出待测水泥净浆的体积变化值。该装置和方法具有操作方便，测量精度高，结果准确，可重复性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于无机材料检测设备技术领域，具体涉及一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置和方法。
背景技术
水泥作为使用最大宗的建筑原材料，其自身的早期水化反应性质所引起的体积变化问题，给水泥砂浆及混凝土在实际中的应用带来严重危害，尤其是随着高性能减水剂在预拌混凝土行业的应用，混凝土配合比的水胶比大幅度下降，且部分工程滥用混凝土膨胀剂，导致混凝土在塑性和硬化阶段的体积不稳定性程度增加，所引起的结构开裂问题愈发严重。
现有的检测体积变化方法通常思路是通过将测量体积变化转化成测量长度、宽度或高度变化，从而间接反映出待测样品体积变化的大小，如净浆和胶砂的干缩测定法、膨胀剂的限制膨胀率测定法等。但是这类方法操作将体积变化转化为长度、高度或高度变化转化程序及变量过多，而且水泥的体积变化一般并不显著，所以其长度、宽度和高度变化都非常小，所以采用这种测量长度、宽度或高度计算出来的试验结果的准确性及可靠性有待深入研究，并且这种方法无法用于测量水泥净浆体积自由变化值。由于受到浆体早期收缩的影响或掺入膨胀剂后浆体膨胀性能的稳定性及复杂性的限制，目前业界尚无公认的检测浆体早期体积变化的有效方法。
发明内容
为克服现有测试手段的不足，本发明提供一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，直接测定待测浆体体积的变化情况，采用该装置对测定结果影响因素变量较少，结果相对测量长度、宽度或高度法更为准确。
本发明提供一种技术方案：一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，包括物料装填模块、数据采集模块和信息处理模块；温控程序为恒温条件：所述物料填充模块包括恒温水浴箱以及放置于其内的待测样密封玻璃杯，所述待测样密封玻璃杯内均满装憎水性油；所述数据采集模块包括置于所述待测样密封玻璃杯上的透明毛细管液位计和液位光电直读器，以及信号监测转换的液位监测器和测试样品温度的温度监测装置；所述的信息处理模块包括信息处理器；所述液位监测器下行线路连接至所述液位光电直读器，所述温度监测装置和所述液位监测器的上行线路均连接至所述信息处理器；所述的信息处理器为控制程序软件，用于记录全过程的温度变化曲线和校正后的体积变化曲线。
本技术方案提供的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，可以用于测定水泥净浆恒温条件下水化反应所产生的体积变化。憎水性油为体积和温度变化曲线已经标定的标准物，由于杯内都满装憎水性油，恒温条件下水泥净浆体积变化会转化为透明毛细管液位计内的液位液体的体积的变化，利用液位光电直读器直接读取液位值并传送到液位监测器，液位监测器将信号传送到信息处理器；信号处理器将液位值直接转化为体积变化值，并考虑该温度下的憎水性油的体积变化后进行校正计算出待测样的体积变化值。变化不同的温度可得到不同的体积变化值，信息处理器会自动记录全过程的温度变化曲线和校正后的体积变化曲线。由于透明毛细管液位计的管径小，水泥净浆体积变化很小都会使透明毛细管液位计内产生较大的液位变化，可以保证测试结果的精确性。所述透明毛细管液位计可以为毛细玻璃管液位计或者透明塑料、树脂等材料制成的毛细管液位计。
优选地，所述恒温水浴箱容积为10L～30L，所述待测样密封玻璃杯的密封盖为橡胶塞或螺旋纹杯盖，容量为250mL～500mL，温控范围为室温～100℃，温控精度为0.1℃；所述温度监测装置包括置于所述待测样密封玻璃杯上的温度监测热电偶和与之连接的温度监测器，所述温度监测器的上行线路连接至所述信息处理器。采用本方案的恒温水浴箱、待测样密封玻璃杯的大小合适，体积的变化量可以更好的显示到透明毛细管液位计上，可以保证液位读取结果精确度较高，且耗费的物料较少；温控精度高，可以精准控温，减少因温度偏差带来的实验误差。所述温度监测装置分为温度监测热电偶和与之连接的温度监测器，方便安装和监测温度。
优选地，所述液位监测器为N通道监测器，用于同时连接N个液位光电直读器进行测量记录；所述温度监测器为N通道监测器，用于同时连接N个监测热电偶进行测温记录，N≧2。本方案可设置多通道液位监测和温度监测，同时对多个水泥净浆待测样品进行恒温体积变化测试，装置利用率高。
本发明提供另一种技术方案：一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，包括物料装填模块、数据采集模块和信息处理模块；温控程序为绝热条件：所述物料填充模块包括隔热保温箱以及放置于其内的待测样隔热保温杯和对照组隔热保温杯，所述待测样隔热保温杯和对照组隔热保温杯的杯内均满装憎水性油；所述数据采集模块包括置于所述待测样隔热保温杯和对照组隔热保温杯上的透明毛细管液位计和液位光电直读器，置于所述对照组隔热保温杯上的冷端补偿热源，信号监测转换的液位监测器和测试样品温度的温度监测装置，以及功率补偿控制器；所述的信息处理模块包括信息处理器；所述液位监测器下行线路连接至所述液位光电直读器，所述功率补偿控制器的下行线路连接至冷端补偿热源，所述温度监测装置、所述液位监测器和所述功率补偿控制器的上行线路均连接至所述信息处理器；所述的信息处理器为控制程序软件，用于记录全过程的温度变化曲线和校正后的体积变化曲线，且根据待测样和对照组温度监测装置的温差数据，反馈至功率补偿控制器。
本技术方案提供的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，可以用于测定水泥净浆在绝热条件下水化反应所产生的体积变化。由于绝热条件下，水泥净浆待测样与外界环境无热交换，水泥净浆待测样在水化过程中放热，待测样隔热保温杯中温度升高，同时憎水性油的密度随着温度变化而变化，这样在变化的温度下直接记录的待测样体积变化数据会有误差，因此为了消除该误差，该装置设置了对照组隔热保温杯并插入冷端补偿热源，通过信息处理器和功率补偿控制器控制加热冷端补偿热源，使对照组隔热保温杯与待测样隔热保温杯内部温度保持一致，并记录对照组的液位变化，在信息处理器中直接输出校正后的待测样体积自由变化的数据；该装置还可以记录水泥净浆待测样水化的绝热温升曲线。
优选地，所述隔热保温箱容积为10L～30L，箱体保温材质为聚丙烯泡沫或聚氯乙烯塑料；所述待测样隔热保温杯和所述对照组隔热保温杯的密封盖均为隔热橡胶塞或隔热螺旋纹杯盖，容量均为250mL～500mL；所述温度监测装置包括置于所述待测样隔热保温杯和对照组隔热保温杯上的温度监测热电偶和与之连接的温度监测器，所述温度监测器的上行线路连接至所述信息处理器。本优化方案的隔热效果好，隔热保温杯大小合适，体积的变化量可以更好的显示到透明毛细管液位计上，可以使液位读取结果精确度较高，保证测量结果准确且耗费的物料较少。所述温度监测装置分为温度监测热电偶和与之连接的温度监测器，方便安装和监测温度。
优选地，所述液位监测器为2M通道监测器，用于同时连接2M个液位光电直读器进行测量记录；所述温度监测器为2M通道监测器，用于同时连接2M个温度监测热电偶进行测温记录；所述的功率补偿控制器为M通道控制器，用于同时连接M个冷端补偿热源独立对M个对照组隔热保温杯中憎水性油进行加热，M≧2。所述优选方案可设置多通道，多个冷端补偿热源，可同时对多个水泥净浆待测样品进行绝热体积变化测试，装置利用率高。
优选地，以上所述透明毛细管液位计示数范围为-10mL～10mL，测量精度为0.1mL；所述液位光电直读器为双光电传感器和动态阈值的液位检测器，用于将透明毛细管液位计中的液位信号转换为光学信号，并传输至液位监测器。所述毛细管液位计的范围与水泥净浆的体积变化范围相匹配，且测量精度高。
优选地，所述温度监测装置的温度传感器为K型镍铬－镍硅热电偶，测温范围为-100℃～1300℃，测量精度为0.1℃；所述的憎水性油为植物油或有机硅油。K型镍铬－镍硅热电偶导热速度快，测量效率高且测量的精度高，可以减少实验误差。植物油和有机硅油具有较好的耐热性，与水泥净浆不会产生反应，且其热膨胀率低，保证实验测定结果可靠，可重复性好。
优选地，所述的冷端补偿热源为单头电阻式电热管，并通过玻璃纤维绝缘镍导线连接至功率补偿控制器。所述单头电阻式电热管的加热速度快，提高温控系统的稳定性，可以保证对照组和实验组的温度快速保持一致，温度采样点可以更密，使水泥净浆待测样水化的绝热温升曲线更光滑更准确。
本发明还提供一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的方法，本方法采用上述装置，在恒温或者绝热条件下，将水泥净浆自由变化的体积传递到透明毛细管液位计中，通过液位光电直读器直接读取透明毛细管液位计的液位变化并将液位值传送到液位监测器，液位监测器将信号传送到信息处理器，信号处理器将液位值直接转化为体积变化值。
本发明的方法简单，可以自动计算体积变化值，方便测试，测试结果准确。
综上所述，本发明的有益效果为：(1)可以在恒温条件和绝热条件测试水泥水化所产生的温度变化和体积变化；(2)体积变化通过透明毛细管液位计测量，测量精度高；(3)温度测量精度高；(4)温度控制系统稳定性高，通过功率补偿后控温速度快，且可校正体积测量的误差；(5)装置操作方便，且利用率高，可同时测量多个样品；(6)装置可以通过程序控制工作，测量结果准确可靠，可重复性好。
附图说明
图1为本发明实施例1的示意图；
图2为本发明实施例2的示意图；
图3为本发明实施例3的示意图。
图中：1、恒温水浴箱；2、隔热保温箱；3、待测样A密封玻璃杯；4、待测样B密封玻璃杯；5、待测样隔热保温杯；6、对照组隔热保温杯；7、温度监测热电偶；8、液位光电直读器；9、温度监测器；10、液位监测器；11、信息处理器；12、冷端补偿热源；13、功率补偿控制器；14、憎水性油；15、毛细玻璃管液位计。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
如图1所示，一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，包括物料装填模块、数据采集模块和信息处理模块；温控程序为恒温条件：所述物料填充模块包括恒温水浴箱1以及放置于其内的待测样A密封玻璃杯3和待测样B密封玻璃杯4，所述待测样A密封玻璃杯3和所述待测样B密封玻璃杯4的杯内均满装憎水性油14；所述数据采集模块包括置于所述待测样A密封玻璃杯3和所述待测样B密封玻璃杯4上的温度监测热电偶7、毛细玻璃管液位计15和液位光电直读器8，以及信号监测转换的温度监测器9和液位监测器10；所述的信息处理模块包括信息处理器11；所述温度监测器9下行线路连接至所述温度监测热电偶7，所述液位监测器10下行线路连接至所述液位光电直读器8，所述温度监测器9和所述液位监测器10的上行线路均连接至所述信息处理器11；所述的信息处理器11为控制程序软件，用于记录全过程的温度变化曲线和校正后的体积变化曲线。
使用本装置测定待测样时，分别准确称量一定量的如150g±1g搅拌好的水泥净浆待测样，置于所述待测样A密封玻璃杯3和所述待测样B密封玻璃杯4内，满装憎水性油14并排除杯中空气，盖好玻璃杯盖。随后，插入温度监测热电偶7至水泥净浆待测样内，并插入毛细玻璃管液位计15，并通过其上口注入憎水性油14，调节液位监测器10至中间某一读数。将装好待测样的玻璃杯和对照组玻璃杯置于恒温水浴箱1内，温度监测器9下行线路连接至温度监测热电偶7，液位监测器10下行线路连接至液位光电直读器8，两者的上行线路均连接至信息处理器11，启动系统并开始记录数据。信息处理器11输出数据为两个待测样在恒温条件下单位质量的体积变化绝对值。由于毛细玻璃管液位计的管径小，水泥净浆体积变化很小都会使透明毛细管液位计内产生较大的液位变化，可以保证测试结果的精确性。
实施例2
如图2所示，一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，包括物料装填模块、数据采集模块和信息处理模块；温控程序为绝热条件：所述物料填充模块包括隔热保温箱2以及放置于其内的待测样隔热保温杯5和对照组隔热保温杯6，所述待测样隔热保温杯5和对照组隔热保温杯6的杯内均满装憎水性油14；所述数据采集模块包括置于所述待测样隔热保温杯5和对照组隔热保温杯6上的温度监测热电偶7、毛细玻璃管液位计15和液位光电直读器8，置于所述对照组隔热保温杯6上的冷端补偿热源12，信号监测转换的温度监测器9和液位监测器10，以及功率补偿控制器13；所述的信息处理模块包括信息处理器11；所述温度监测器9下行线路连接至所述温度监测热电偶7，所述液位监测器10下行线路连接至所述液位光电直读器8，所述功率补偿控制器13的下行线路连接至冷端补偿热源12，所述温度监测器9、所述液位监测器10和所述功率补偿控制器13的上行线路均连接至所述信息处理器11；所述的信息处理器11为控制程序软件，用于记录全过程的温度变化曲线和校正后的体积变化曲线，且根据待测样和对照组温度监测热电偶7的温差数据，反馈至功率补偿控制器13。
与实施例1不同的是，实施例2的装置的温控条件为绝热条件，即水泥净浆待测样与外界环境无热交换，该装置不同之处在于：其一，水泥净浆待测样在水化过程中放热，待测样隔热保温杯5中温度升高，同时憎水性油14的密度随着温度变化而变化，这样直接记录的待测样体积变化数据会有误差，因此为了消除该误差，该装置设置了对照组隔热保温杯6，并插入冷端补偿热源12，通过信息处理器11和功率补偿控制器13的控制加热冷端补偿热源12，使对照组隔热保温杯6与待测样隔热保温杯5内部温度保持一致，并记录对照组的液位变化，在信息处理器11中直接输出校正后的待测样体积自由变化的数据，具体是单位质量待测样的体积变化；其二，该装置可以记录水泥净浆待测样水化的绝热温升曲线，输出结果为总质量待测样品的绝热温升曲线。
实施例3
如图3所示，实例3的装置与实例2温控制度均为绝热温升条件，与实施例2的不同主要是：所述液位监测器10为八通道监测器，用于同时连接八个液位光电直读器8进行测量记录；所述温度监测器9为八通道监测器，用于同时连接八个温度监测热电偶7进行测温记录；所述的功率补偿控制器13为四通道控制器，用于同时连接四个冷端补偿热源12独立对四个对照组隔热保温杯6中憎水性油14进行加热。
本实施例的装置设置了八通道的温度和液位监测器，可以同时准确测定四个水泥净浆待测样的水化温升变化曲线和体积自由变化曲线。装置利用率高，且绝热效果好。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，其特征在于，包括物料装填模块、数据采集模块和信息处理模块；温控程序为恒温条件：所述物料填充模块包括恒温水浴箱以及放置于其内的待测样密封玻璃杯，所述待测样密封玻璃杯内均满装憎水性油；所述数据采集模块包括置于所述待测样密封玻璃杯上的透明毛细管液位计和液位光电直读器，以及信号监测转换的液位监测器和测试样品温度的温度监测装置；所述的信息处理模块包括信息处理器；所述液位监测器下行线路连接至所述液位光电直读器，所述温度监测装置和所述液位监测器的上行线路均连接至所述信息处理器；所述的信息处理器为控制程序软件，用于记录全过程的温度变化曲线和校正后的体积变化曲线。
2.根据权利要求1所述的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，其特征在于，所述恒温水浴箱容积为10L～30L，所述待测样密封玻璃杯的密封盖为橡胶塞或螺旋纹杯盖，容量为250mL～500mL，温控范围为室温～100℃，温控精度为0.1℃；所述温度监测装置包括置于所述待测样密封玻璃杯上的温度监测热电偶和与之连接的温度监测器，所述温度监测器的上行线路连接至所述信息处理器。
3.根据权利要求2所述的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，其特征在于，所述液位监测器为N通道监测器，用于同时连接N个液位光电直读器进行测量记录；所述温度监测器为N通道监测器，用于同时连接N个监测热电偶进行测温记录，N≧2。
4.一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，其特征在于，包括物料装填模块、数据采集模块和信息处理模块；温控程序为绝热条件：所述物料填充模块包括隔热保温箱以及放置于其内的待测样隔热保温杯和对照组隔热保温杯，所述待测样隔热保温杯和对照组隔热保温杯的杯内均满装憎水性油；所述数据采集模块包括置于所述待测样隔热保温杯和对照组隔热保温杯上的透明毛细管液位计和液位光电直读器，置于所述对照组隔热保温杯上的冷端补偿热源，信号监测转换的液位监测器和测试样品温度的温度监测装置，以及功率补偿控制器；所述的信息处理模块包括信息处理器；所述液位监测器下行线路连接至所述液位光电直读器，所述功率补偿控制器的下行线路连接至冷端补偿热源，所述温度监测装置、所述液位监测器和所述功率补偿控制器的上行线路均连接至所述信息处理器；所述的信息处理器为控制程序软件，用于记录全过程的温度变化曲线和校正后的体积变化曲线，且根据待测样和对照组温度监测装置的温差数据，反馈至功率补偿控制器。
5.根据权利要求4所述的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，其特征在于，所述隔热保温箱容积为10L～30L，箱体保温材质为聚丙烯泡沫或聚氯乙烯塑料；所述待测样隔热保温杯和所述对照组隔热保温杯的密封盖均为隔热橡胶塞或隔热螺旋纹杯盖，容量均为250mL～500mL；所述温度监测装置包括置于所述待测样隔热保温杯和对照组隔热保温杯上的温度监测热电偶和与之连接的温度监测器，所述温度监测器的上行线路连接至所述信息处理器。
6.根据权利要求5所述的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，其特征在于，所述液位监测器为2M通道监测器，用于同时连接2M个液位光电直读器进行测量记录；所述温度监测器为2M通道监测器，用于同时连接2M个温度监测热电偶进行测温记录；所述的功率补偿控制器为M通道控制器，用于同时连接M个冷端补偿热源独立对M个对照组隔热保温杯中憎水性油进行加热，M≧2。
7.根据权利要求1到6任一项所述的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，其特征在于，所述透明毛细管液位计示数范围为-10mL～10mL，测量精度为0.1mL；所述液位光电直读器为双光电传感器和动态阈值的液位检测器，用于将透明毛细管液位计中的液位信号转换为光学信号，并传输至液位监测器。
8.根据权利要求1到6任一项所述的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，其特征在于，所述温度监测装置的温度传感器为K型镍铬－镍硅热电偶，测温范围为-100℃～1300℃，测量精度为0.1℃；所述的憎水性油为植物油或有机硅油。
9.根据权利要求4到6任一项所述的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置，其特征在于，所述的冷端补偿热源为单头电阻式电热管，并通过玻璃纤维绝缘镍导线连接至功率补偿控制器。
10.根据权利要求1或4所述的一种程序温控下测定水泥净浆体积自由变化的装置进行测定水泥净浆体积自由变化的方法，其特征在于，在恒温或者绝热的程序控温条件下，将水泥净浆自由变化的体积传递到透明毛细管液位计中，通过液位光电直读器直接读取透明毛细管液位计的液位变化并将液位值传送到液位监测器，液位监测器将信号传送到信息处理器，信号处理器将液位值直接转化为体积变化值。
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