CN109187139B - 自密实混凝土水化进程监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自密实混凝土水化进程监测系统，自密实混凝土水化进程监测系统包括：恒温水箱；用于储存混凝土的制样筒，制样筒设在恒温水箱内，以便试样外部环境温度相同；用于对制样筒内的混凝土施加压力的施压装置；压力监测装置，压力监测装置与施压装置相连，用于检测施压装置对制样筒内的混凝土施加的压力大小；温度监测装置，温度监测装置设在制样筒内，用于检测制样筒内混凝土的温度变化。根据本发明实施例的自密实混凝土水化进程监测系统，实现了对自密实混凝土在加压受荷作用下水化过程的实时、连续监测，监测结果真实、准确，监测过程高效、便捷。

Description

自密实混凝土水化进程监测系统

技术领域

本发明涉及混凝土监测设备技术领域，更具体地，涉及一种自密实混凝土水化进程监测系统。

背景技术

自密实混凝土是由砂子、石子、水泥、粉煤灰、水和外加剂等材料按照特定的比例均匀混合而成，其具有高流动性、抗离析性，在浇筑过程中无需施加任何振捣，仅依靠混凝土自重就能完成填充模版内任意角落和钢筋间隙的目的。自密实混凝土通过水泥水化反应逐渐演变，由流动态过渡到塑形态，最后凝结硬化形成高强度的结构体。按照外加剂种类的不同，自密实混凝土还可分为早强自密实混凝土和水下自护型自密实混凝土。水泥的凝结和硬化过程是由于水泥熟料矿物遇水后发生水化反应生成水化物，水化物按照一定的方式依靠多种引力相互搭接，将骨料胶结在一起，形成坚固的整体。

在TBM盾构过程中，利用自密实混凝土优异的填充性能填充围岩与盾构管片空腔，通过早强自密实混凝土的快速凝结硬化，在围岩与盾构管片间形成高强度的复合体，用于传递围岩压力，控制围岩初期变形，预防TBM卡机，降低岩爆的发生率以及岩爆强度，保障TBM掘进工作的顺利进行。自密实混凝土中胶凝材料与骨料的水化反应过程以及水化程度直接决定着自密实混凝土宏观力学性能，监测高地应力作用下自密实混凝土水化固结过程，对选择合理的自密实混凝土配合比、水泥型号以及外加剂的类型，最终满足隧道围岩支护强度的要求具有重要意义。目前的水化反应监测方法是将自密实混凝土浇筑于模具中，在混凝土的不同位置插入温度传感器，但上述监测方法无法实现监测自密实混凝土在真实受力条件下的水化反应的凝结硬化过程的目的。基于上述情况，迫切需要一种自密实混凝土水化进程监测系统及监测方法，以达到精确高效连续真实地监测压力作用下自密实混凝土水化进程的目的。

相关技术中的水化反应监测方法是将自密实混凝土浇筑于模具中，在混凝土的不同位置对应插入温度传感器，无法监测自密实混凝土在真实受力条件下的水化反应的凝结硬化过程。因此，迫切需要一种自密实混凝土水化进程监测系统及监测方法，以达到精确、高效、连续、真实地监测在压力作用下的自密实混凝土水化进程。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明提出一种自密实混凝土水化进程监测系统，所述自密实混凝土水化进程监测系统的准确度高、连续性好、真实可靠、高效便捷。

根据本发明实施例的自密实混凝土水化进程监测系统，包括：恒温水箱；用于储存混凝土的制样筒，所述制样筒设在所述恒温水箱内，以便保持制样筒外部环境温度相同；用于对所述制样筒内的混凝土施加压力的施压装置；压力监测装置，所述压力监测装置与所述施压装置相连，用于检测所述施压装置对所述制样筒内的混凝土施加的压力大小；温度监测装置，所述温度监测装置设在所述制样筒内，用于监测所述制样筒内混凝土的温度。

根据本发明实施例的自密实混凝土水化进程监测系统，通过施压装置对储存于制样筒内自密实混凝土进行加压，同时将压力监测装置与施压装置相连接，温度监测装置用于检测混凝土的温度，这样，实现了对自密实混凝土在加压受力的情况下水化过程的实时连续监测，监测结果真实、准确，监测过程高效、便捷。

根据本发明的一个实施例，所述施压装置包括：底座，所述底座设在所述恒温水箱内，所述制样筒设在所述底座上；支架，所述支架安装在所述底座上，所述施压装置设在所述支架上，底座对制样筒和支架具有固定支撑作用。

可选地，所述施压装置包括：千斤顶，所述千斤顶设在所述支架上；加压杆，所述加压杆的一端与所述加载活塞活动连接；加载活塞，所述加载活塞与所述加压杆的另一端活动连接，所述千斤顶通过所述加压杆驱动所述加载活塞在所述制样筒内运动。

进一步地，所述压力监测装置包括：压力传感器，所述压力传感器设在所述加压杆上；压力采集器，所述压力采集器与所述压力传感器通讯。

可选地，所述制样筒包括：筒体，所述筒体的上表面和下表面敞开，所述筒体安装在所述底座上；封口螺栓，所述封口螺栓螺纹连接在所述筒体的底部且封盖所述筒体的下表面，所述温度监测装置安装在所述封口螺栓上。

根据本发明可选的一个具体示例，所述温度监测装置包括：温度监测管，所述温度监测管位于所述制样筒内且与所述封口螺栓螺纹连接；温度传感器，所述温度传感器设在所述温度监测管内；防脱塞，所述防脱塞密封在所述温度监测管的底部；温度采集器，所述温度采集器与所述温度传感器通讯。

根据本发明可选的另一个具体示例，所述封口螺栓上设有外螺纹，所述制样筒上设有内螺纹，所述外螺纹的高大于所述内螺纹的高度。

可选地，所述封口螺栓的中心位置设有凹槽，所述凹槽的内设有螺纹孔，所述温度监测管与所述螺纹孔螺纹配合。

根据本发明进一步的示例，所述温度监测管包括内管和可滑动地套设在所述内管外的外管，所述内管的底端与所述螺纹孔螺纹配合。

可选地，所述筒体的底部的外周面设有多个凹部，所述筒体通过多个所述凹部嵌于所述底座上。

根据本发明的另一个实施例，所述恒温水箱的高度高于所述制样筒的高度，且所述恒温水箱内的水面的高度低于所述制样筒高度，这样，既可以保证制样筒外部相同的温度环境，又可以保证恒温水箱中的水不会进入到制样筒内。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的自密实混凝土水化进程监测系统的示意图；

图2是图1中沿A-A线的剖视图。

附图标记：

100：自密实混凝土水化进程监测系统；

10：恒温水箱；

20：制样筒；21：筒体；21a：凹部；22：封口螺栓；22a：凹槽；

31：底座；32：支架；33：千斤顶；34：加压杆；35：加载活塞；

41：压力传感器；42：压力采集器；

51：温度监测管；52：温度传感器；53：防脱塞；54：温度采集器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的自密实混凝土水化进程监测系统100。

如图1所示，根据本发明实施例的自密实混凝土水化进程监测系统100包括恒温水箱10、制样筒20、施压装置、压力监测装置和温度监测装置。

具体地，制样筒20设置在恒温水箱10内，施压装置与压力监测装置相连接，温度监测装置设置在制样筒20内，制样筒20内盛放混凝土，恒温水箱10内的水温恒定，维持制样筒外部相同的温度环境，施压装置对制样筒20内的混凝土施加压力，通过压力监测装置监测施压装置对制样筒20内的混凝土的所施加压力的大小及水化过程中压力实时变化，且通过温度监测装置对制样筒20内温度进行检测水化过程的温度实时变化。

根据本发明实施例的自密实混凝土水化进程监测系统100，通过恒温水箱10保持混凝土外部的温度相同，通过施压装置对自密实混凝土施加压力，通过压力传感器41监测施压装置所施加的压力和水化过程中压力的变化，通过温度传感器53实时连续监测自密实混凝土水化过程中温度变化，与相关技术中的混凝土监测系统相比，达到了实时、连续、高效地监测混凝土在受力条件下的水化过程的目的。

如图1所示，根据本发明的一个实施例，施压装置包括底座31和支架32，支架32安装在底座31上，制样筒20设置在底座31上，底座31位于恒温水箱10内，在支架32的顶部设置有施压装置，且位于制样筒20的正上方，这样施压装置设置在支架32的顶部，便于施压装置对制样筒20内的混凝土施加压力。

可选地，施压装置包括千斤顶33、加压杆34和加载活塞35，千斤顶33固定在支架32的顶部横梁中心，加压杆34的一端与千斤顶33相连接，加压杆34的另一端与加载活塞35之间活动相连，加压杆34驱动加载活塞35在制样筒20内运动，即千斤顶33通过加压杆34驱动加载活塞35活动对制样筒20内混凝土施加压力。

如图1所示，千斤顶33的形心、加压杆34的形心、加载活塞35的形心以及制样筒20中心处于同一轴线上，加载活塞35的外径与制样筒20的内径相等，加载活塞35可伸入制样筒20内部自由加载。这样，通过千斤顶33、加压杆34和加载活塞35施加给制样筒20内部混凝土的压力均衡，即保证制样筒20内的混凝土受到的均匀的载荷。

参照图1，进一步地，压力监测装置包括压力传感器41和压力采集器42，压力传感器41设置在加压杆34上，压力采集器42通过连接导线与压力传感器41相连，压力传感器41所监测到的数据传递给压力采集器42，压力采集器42可以自动存储传递来的压力数据且即时显示，保证检测结果真实、有效，用于实时监测所施加载荷的大小以及载荷的变化情况。

如图1所示，可选地，制样筒20包括筒体21和封口螺栓22，筒体21的上表面和下表面分别敞口形成为上下贯通的空心柱状，筒体21的下端安装在底座31上，封口螺栓22与筒体21的底部螺纹连接，温度监测装置安装在封口螺栓22上，封口螺栓22螺旋于筒体21的底部，使得筒体21的底部形成封闭端，防止恒温水箱10中的水由制样筒20的底部流入制样筒20内，密封性好。

在本发明的一些具体示例中，温度监测装置包括温度监测管51、温度传感器53、防脱塞53和温度采集器54，温度传感器53设在温度监测管51中，且通过防脱塞53密封温度监测管51的底部，将温度监测管51设置在制样筒20内，温度监测管51的底部与封口螺栓22通过螺纹连接，保证温度监测管51与制样筒20的连接可靠。

如图1所示，温度监测管51位于制样筒20的中心位置，即温度监测管处于试验中混凝土的中央位置，如此温度传感器53可以对混凝土各部分检测均衡，数据可信度高，对混凝土的水化过程监测更加精确。

温度采集器54通过连接导线与温度传感器53的一端相连接，用以将温度传感器53所监测到的混凝土水化过程中的温度数据实时连续地传递给温度采集器54，用于实时的监测混凝土水化过程中水化热的变化，温度采集器54可以自动存储传递来的温度数据自动保存且即时显示，便于观察，保证检测结果真实有效。

可选地，封口螺栓22的外周设有外螺纹，制样筒20的内侧底部设有与封口螺栓22的外螺纹相配合的内螺纹，通过外螺纹与内螺纹的配合连接，使得封口螺栓22可靠地固定在制样筒20的底部。

进一步地，封口螺栓22外螺纹的高度小于制样筒20内螺纹的高度，这样在封口螺栓22与制样筒20螺合连接时，保证封口螺栓22进入制样筒20内，使得封口螺栓22与制样筒20的连接更加牢固，二者不易相互脱离。

如图2所示，根据本发明的一个具体示例，封口螺栓22的中心位置设有凹槽22a，凹槽22a的横截面可以是圆形、矩形、六边形(图2中所示)等，本发明对凹槽22a的具体形状不做限定，此外在凹槽22a的中心还设有螺纹孔，封口螺栓22通过螺纹孔与温度监测管51螺合相连，保证封口螺栓22与铜管连接的牢固性，结构更加稳定可靠。

根据本发明一个可选的实施例，温度监测管51包括内管和外管，外管套设在内管的外部且外管与内管之间滑动相连，具体地，在内管的底部设有螺纹，通过与螺纹孔相互配合实现内管与封口螺栓22相连。

可选地，筒体21底部的外周设有多个凹部21a，多个凹部21a沿着筒体21底部的外周周向间隔开排布，如图2所示，筒体21底部的外周具有四个凹部21a，在底座31上设有与凹部21a相配合的凸部，凸部与凹部21a的数量和位置一一对应，筒体21安装在底座31上时，将多个凹部21a分别与底座31上的多个凸部相对应，将筒体21嵌入底座31内，这样筒体21相对于底座31不易晃动，二者连接可靠，进而保证整体结构的稳定性。

根据本发明的另一个实施例，恒温水箱10的高度高于制样筒20的高度，且恒温水箱10内的水面高度低于制样筒20的高度，如图1所示，恒温水箱10内的水面靠近制样筒20的顶端，这样，既可以避免恒温水箱10中的水进入制样筒20内，又可以使得制样筒20的外部温度环境保持一致，进而满足试验的要求。

如图1和图2所示，根据本发明实施例的自密实混凝土水化进程监测系统100，先将恒温水箱10放置于水平平面上，然后检查监测系统100各部件的工作情况，待各个部件能正常工作后，将温度监测管51固定在封口螺栓22上，封口螺栓22螺合于制样筒20内。之后温度监测管51中放入温度传感器53并用防脱塞53进行密封，将制样筒20嵌于底座31上。然后将支架32放置于恒温水箱10内，通过连接导线将温度传感器53与温度采集器54相连，将压力传感器41与压力采集器42相连。

向恒温水箱10中注入水并通过加热系统加热，待温度达到要求，保持水温恒定。最后用适量机油涂抹制样筒20内壁(阻止混凝土与制样筒内壁的化学反应，同时便于脱模)，将定量的自密实混凝土灌注到制样筒20内，通过千斤顶33作用将加载活塞35放置在自密实混凝土表面上，同时开始施加压力，同时开启温度采集器54和压力采集器42，待施加的压力达到试验要求，利用温度采集器54采集混凝土水化热的实时温度变化，利用压力采集器42控制施加荷载的大小和采集水化过程中的载荷变化。

具体的监测方法包括如下步骤：

a、将温度监测管51螺合于封口螺栓22底部，再将封口螺栓22螺合于制样筒20内，把温度传感器53放于温度监测管51内并用防脱塞53进行密封，温度传感器53通过导线与温度采集器54进行连接，然后将制样筒20嵌于支架32底座31；

b、将恒温水箱10放在水平面上，并将支架32平稳地放置其中，向恒温水箱10中加水直至水面靠近制样筒20的顶部(水面低于制样筒20高度)，然后开启加热系统使水温达到试验要求，并保持恒温；

c、在制样筒20的内壁涂抹一层机油，根据试验要求将刚搅拌好的定量自密实混凝土注入制样筒20中，开启温度采集器54，通过加压杆34将加载活塞35伸入制样筒20内，压力传感器41通过导线与压力采集器42连接，开启压力采集器42，按试验设计好的压力，开启千斤顶33，通过加压杆34和加载活塞35对自密实混凝土进行加载；

d、试验完成后，关闭压力采集器42和温度采集器54，按组装相反的顺序拆卸零部件，把制样筒20从恒温水箱10取出，卸去封口螺栓22，施加压力将试样移出制样筒20，将试验装置中温度采集器54和压力采集器42中的数据进行整理和保存，然后对导出的数据进行分析。

本发明实施例的目的在于提出一种自密实混凝土水化进程监测系统100及监测方法，充分利用水化进程监测系统100的施压装置、制样筒20、温度监测装置和压力监测装置，实现对自密实混凝土在不同混凝土配合比、外加剂种类和压力租用下水化进程的精确、高效、连续、真实监测，真实反映自密实混凝土的水化过程，提高自密实混凝土水化过程的监测效率，对自密实混凝土水化进程监测实时、连续、精确和快捷。

需要说明的是，以上只是本发明中一种较佳的实施例，不应作为对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

根据本发明实施例的自密实混凝土水化进程监测系统100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种自密实混凝土水化进程监测系统，其特征在于，包括：

恒温水箱；

用于储存自密实混凝土的制样筒，所述制样筒设在所述恒温水箱内，以便制样筒相同的外部温度环境，所述制样筒包括：封口螺栓和筒体；

用于对所述制样筒内的自密实混凝土施加压力的施压装置，所述施压装置包括：底座和支架；

压力监测装置，所述压力监测装置与所述施压装置相连，用于控制和监测所述施压装置对所述制样筒内的自密实混凝土施加的压力大小和采集水化过程中的载荷变化；

温度监测装置，所述温度监测装置设在所述制样筒内，用于监测所述制样筒内自密混凝土的温度；

所述温度监测装置包括：

温度监测管，所述温度监测管位于所述制样筒内且与所述封口螺栓螺纹连接；

温度传感器，所述温度传感器设在所述温度监测管内；

防脱塞，所述防脱塞密封在所述温度监测管的底部；

温度采集器，所述温度采集器与所述温度传感器通讯；

所述封口螺栓的中心位置设有凹槽，所述凹槽内设有螺纹孔，所述温度监测管与所述螺纹孔螺纹配合；

所述温度监测管包括内管和可滑动地套设在所述内管外的外管，所述内管的底端与所述螺纹孔螺纹配合；

所述筒体的底部的外周面设有多个凹部，所述筒体通过多个所述凹部嵌于所述底座上。

2.根据权利要求1所述的自密实混凝土水化进程监测系统，其特征在于，所述底座设在所述恒温水箱内，所述制样筒设在所述底座上；

所述支架安装在所述底座上，所述施压装置设在所述支架顶梁上。

3.根据权利要求2所述的自密实混凝土水化进程监测系统，其特征在于，所述施压装置包括：

千斤顶，所述千斤顶设在所述支架顶梁上；

加压杆，所述加压杆的一端与所述千斤顶连接；

加载活塞，所述加载活塞与所述加压杆的另一端活动连接，所述千斤顶通过所述加压杆驱动所述加载活塞在所述制样筒内运动。

4.根据权利要求3所述的自密实混凝土水化进程监测系统，其特征在于，所述压力监测装置包括：

压力传感器，所述压力传感器设在所述加压杆上；

压力采集器，所述压力采集器与所述压力传感器通讯。

5.根据权利要求2所述的自密实混凝土水化进程监测系统，其特征在于，所述筒体的上表面和下表面敞开，所述筒体安装在所述底座上；

所述封口螺栓螺纹连接在所述筒体的底部且封盖所述筒体的下表面，所述温度监测装置安装在所述封口螺栓上。

6.根据权利要求5所述的自密实混凝土水化进程监测系统，其特征在于，所述封口螺栓上设有外螺纹，所述制样筒上设有内螺纹，所述外螺纹的高度小于所述内螺纹的高度。

7.根据权利要求1所述自密实混凝土水化进程监测系统，其特征在于，所述恒温水箱的高度高于所述制样筒的高度，且所述恒温水箱内的水面的高度低于所述制样筒高度。

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