CN109342704B - 非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明申请公开了一种非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置，它包括玻璃瓶，玻璃瓶包括下部容置水泥净浆、上部容置水的瓶体，瓶体的顶部设有部分容置水的瓶颈，瓶颈的顶部与大气连通，瓶体和瓶颈一体成型；瓶体上设有注浆口，注浆口上设有密封塞；瓶颈的水面上方漂浮有光板反射屏，瓶颈的顶部设有通过向光板反射屏发射激光以测量距离的位移传感器。上述装置密封性好、精确度高。利用上述装置测定水泥净浆化学收缩无需人工读数、误差小。

Description

非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的方法

技术领域

本发明涉及水泥性能检测技术领域，具体涉及一种非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的方法。

背景技术

水泥是建筑施工中制备混凝土的重要原材料，水泥的性能对混凝土拌合物和硬化混凝土的性能具有决定性影响。在水泥材料的使用过程中，水泥与水拌和后会发生水化反应，使得水化产物的绝对体积比水化前水泥与水的绝对体积之和减少，这一现象称为化学收缩，而水泥与水拌和而成的混合物即为水泥净浆。由于化学收缩引起浆体体积减少，且化学收缩主要发生在水泥凝结硬化早期，但此时水泥浆体结构已具有一定的强度，使得水泥浆体结构内部形成应力，最终导致凝结硬化的水泥结构开裂，甚至在混凝土结构上形成裂缝。对于暴露在大气中的构筑物，裂缝会破坏混凝土的体积稳定性，使构筑物结构的承载力降低，甚至使结构局部或整体发生破坏，严重影响建筑物的质量和人们的人身安全。所以，研究水泥浆体的化学收缩性能对建筑施工具有重要的指导意义。

目前测定水泥净浆化学收缩的方法主要采用体积法和重量法。其中体积法的测试装置如图3，是在装有水泥净浆的玻璃瓶内先注满水，然后插入带有分度吸量管的瓶塞，当水泥净浆产生化学收缩时，由于体积减小，分度吸量管中的液面会下降，通过液面的读数变化计算出水泥净浆所吸收水分的体积，进而计算出水泥净浆的化学收缩。重量法和体积法的测试装置相似，当分度吸量管中的液面下降后，用注射器向其中补水，使得液面的高度保持恒定，通过读取玻璃瓶的重量变化来进行计算。上述重量法和体积法的测试装置的理想状态都是加入水泥净浆后灌满水，再插入带分度吸量管的瓶塞来实现与外界密封。但是，在实际操作过程中，注入的水量总是把握不好，使得瓶内无法完全灌满水，换句话说，水面和瓶塞底面之间无论如何都会留有空隙，一旦发生化学收缩，空隙体积就会变大，进而瓶内压力变小，瓶内外产生压差，所以瓶塞与瓶口之间的密封性差，很容易漏气，一旦大气进入玻璃瓶内，就会干扰水面正常升降，使得测定结果不准确。而且，现有技术测试时都是采取人工读数的方式，这样既受到分度吸量管上刻度的精度限制，也有人工读数带来的误差影响，都使得测试精确度低；而且由于操作麻烦，人工采集频率低，使得数据不能及时采集。而且，现有技术都没有考虑水化反应时水泥净浆自身的散热问题，因为水化反应的热量不能及时地散发出来，体系受热膨胀，体积增大，所以测试结果不够精确。同时，现有技术的测试装置也没有考虑外界温度、湿度对水化反应的影响，尤其是温度变化的影响更为显著，这是因为温度变化引起的热胀冷缩会改变水泥净浆和水的体积，进一步增大测试误差。另外，现有的玻璃瓶大多采用锥形瓶或者广口瓶，这样化学收缩时，只要水面稍微下降一点高度，水面和瓶塞底面之间的空隙体积变大，瓶体内外的压差变化都会非常大，使得玻璃瓶很容易发生开裂。总之，上述诸多问题都是本领域技术人员在实际操作中亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是，提供一种密封性好、精确度高、无需人工读数、误差小的非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置。

本发明的一个技术解决方案如下：一种非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置，它包括玻璃瓶，玻璃瓶包括下部容置水泥净浆、上部容置水的瓶体，瓶体的顶部设有部分容置水的瓶颈，瓶颈的顶部与大气连通，瓶体和瓶颈一体成型；瓶体上设有注浆口，注浆口上设有密封塞；瓶颈的水面上方漂浮有光板反射屏，瓶颈的顶部设有通过向光板反射屏发射激光以测量距离的位移传感器。

本发明非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：

因为玻璃瓶的瓶颈顶部与大气连通，且瓶体和瓶颈一体成型，所以容置在瓶体的水和容置在瓶颈的水是无空隙流通的，即水面以下是没有空气的，水面和瓶塞底面之间无论如何都不会留有空隙，这样真正的实现了绝对液封，化学收缩后水面正常下降，不存在压差，自然地玻璃瓶不会出现漏气，使得测定结果准确。更具体地说，由于瓶体的注浆口处插接密封塞，且瓶颈顶部与大气连通，所以密封塞内外压力始终保持平衡，不存在压差，这样注浆口处就不会漏气，密封性好，所以测量的水面高度准确。另外，从注浆口向瓶体注入浆体时距离短、更加方便快捷，由于水泥净浆没有从瓶颈顶部注入，所以不会贴附于瓶颈内壁，这样水与浆能够清晰地分隔开，读数时水泥净浆的重量和水面上光板反射屏下降的高度互不干扰，提高测试的精确度。

由于光板反射屏始终漂浮在瓶颈的水面上方，这样光板反射屏的位置就代表了水面的高度，而位移传感器向光板反射屏发射激光，根据需要选择间隔一定的时间来采集测量的数据，将前后数据比对就能够得出光板反射屏下降的高度，然后计算出水泥净浆所吸收的水的体积，进而计算出水泥净浆的化学收缩。上述测试装置采用非接触式测量，操作简便，采集频率高，能够根据需要及时采集数据；无需人工读数，误差小；也无需在试样内预埋传感器，不会对检测试样带来污染和干扰，精确度高。

优选地，上述非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置还包括导热丝，导热丝的下段位于水泥净浆内，密封塞上设有通孔，导热丝的上段伸出通孔外，导热丝与通孔之间设有密封胶。导热丝的下段位于水泥净浆内，且导热丝的上段伸出通孔外，这样水泥净浆水化反应放出的水化热能够及时地向外界散发出去，水化反应体系不会因水化热而膨胀，保证测定更加精确。由于瓶颈顶部与大气连通，密封塞内外压力始终保持平衡，所以导热丝与通孔之间通过密封胶就能实现密封，这样在保证密封不漏气的前提下，还能通过导热丝将水化反应产生的热量单方向的从瓶内传递到外界，实现自身调节温度，保持水化体系恒温，避免水化热对测试结果的干扰，同时解决了密封和散热两个互相矛盾的技术问题。

优选地，上述非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置还包括恒温箱、数据采集器和主控制器，恒温箱上设有温度和湿度控制面板，恒温箱底部设有用于调节温度的加热板，加热板上放置有多个玻璃瓶，加热板上固定有多个用于支撑顶端与玻璃瓶一一对应的多个位移传感器的支架；多个位移传感器均与数据采集器电连接，数据采集器与主控制器电连接。将多个玻璃瓶同时放置在恒温箱这一密闭环境中，这样就给水泥净浆水化反应提供恒温恒湿的外界环境，并且可以实现多组试验同时检测，将测试结果相互对比，避免了试验的偶然误差，大大提高了测定结果的精确性，也提高了仪器的利用率。而且通过自身调节温度保持箱内恒温，就能实现水化反应的热量单方向的从玻璃瓶内通过导热丝传递到恒温箱的空气中，即测试排除了水化热的影响，结果更准确。另外，上述装置还可以改变恒温箱的温度和湿度，以测试水泥净浆在不同外界条件下化学收缩的情况。

优选地，瓶体为中空的球冠结构，瓶颈为中空的圆柱体结构。由于瓶体主要是盛放水泥净浆，所以比较粗短，而瓶颈主要是观察水面高度的变化，所以比较细长。采用上述结构，瓶体能更方便高效地盛放水泥净浆，使用率高，瓶颈测量到的水面高度更加精确。相比于现有技术中的锥形瓶或广口瓶，相同质量的水泥净浆，球冠结构瓶体的浆面面积更大，水化反应更充分，发生同样体积的化学收缩时球冠结构的瓶体内水面下降高度更小，这样化学收缩前后瓶体的结构更加稳定，确保玻璃瓶不开裂，延长使用寿命。

优选地，瓶颈的高度为瓶体高度的3倍以上。上述高度比例能够保证瓶内容置水化反应所需的充足的水量，同时瓶颈的粗细合适，既不会由于太粗而降低测量精确度，又不会由于太细而变得容易断裂，所以上述高度比例的玻璃瓶测量更加精确、结构更加稳定。

本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种测量过程和结果精确的利用非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置来测定水泥净浆化学收缩的方法。

本发明另一个技术问题的技术解决方案如下：一种利用该非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置来测定水泥净浆化学收缩的方法，它包括以下步骤：

1)开启恒温箱，使其内部达到恒温恒湿的要求；

2)将水泥与水拌和，得到水泥净浆；

3)称量待检测的水泥净浆质量，将称好的水泥净浆从注浆口倒入瓶体；

4)在水泥净浆内预埋导热丝的下段，将导热丝的上段伸出密封塞的通孔外，在注浆口塞紧密封塞，并用密封胶将导热丝与通孔密封；

5)用滴管将水从瓶颈顶部沿着内壁缓慢滴向水泥净浆上表面，使水面升至瓶颈中部；

6)向瓶颈内投入光板反射屏，使光板反射屏漂浮在水面上；

7)将装好的玻璃瓶摆放到恒温箱内的加热板上，使得位移传感器的激光发射口对准瓶颈；

8)开启位移传感器，测量光板反射屏下降的高度；

9)利用数据采集器每间隔一段时间采集一次数据，计算出水泥净浆的化学收缩。

本发明利用该非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置来测定水泥净浆化学收缩的方法与现有技术相比，具有以下显著优点和有益效果：

上述测试方法采用密封环境，保持箱内恒温恒湿，不仅能保证水泥净浆和水自身的体积不受温度影响，而且能够实现水化反应的热量单方向的从玻璃瓶内通过导热丝传递到恒温箱的空气中，即测试排除了水化热的影响，这样测试过程就只是针对水泥净浆的化学收缩，所以测试结果准确。而且上述测试方法简单，对实验操作人员的技能要求不高，很大程度上减少了人为误差，提高了测试结果的精确度。

综上，本发明的有益效果如下：

1)玻璃瓶的瓶体与瓶颈一体成型，且瓶颈与大气连通、注浆口设在瓶体，这样的整体结构能够实现密封性好、精确度高的技术效果；

2)利用恒温箱使玻璃瓶外界环境恒温恒湿，同时利用导热丝散热以保证水化体系恒温，随时根据温度变化调节恒温箱温度，提高测试精确度；

3)将位移传感器、数据采集器和主控制器依次连接形成激光测距模块，数据采集间隔可根据需要自由选择，精度范围在0.01ml以上，满足科研试验和实际工程的需要。

附图说明

图1为本发明非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置的玻璃瓶的结构示意图。

图2为本发明非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置的测试示意图。

图3为现有技术测定水泥净浆化学收缩的装置的玻璃瓶的结构示意图。

图中所示1、瓶体，2、瓶颈，3、光板反射屏，4、位移传感器，5、通孔，6、注浆口，7、密封塞，8、导热丝，9、恒温箱，10、控制面板，11、支架，12、数据采集器，13、加热板，14、主控制器。

具体实施方式

下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。

以下所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围，所描述的步骤也不是用以限制其执行顺序。本领域技术人员结合现有公知常识对本发明做显而易见的改进，亦落入本发明要求的保护范围之内。

如图1、图2所示，一种非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置，它包括玻璃瓶，所述玻璃瓶包括下部容置水泥净浆、上部容置水的瓶体1，瓶体1的顶部设有部分容置水的瓶颈2，瓶颈2的顶部与大气连通，瓶体1和瓶颈2一体成型。瓶体1为中空的球冠结构，瓶颈2为中空的圆柱体结构。由于瓶体1主要是盛放水泥净浆，而瓶颈2主要是观察水面高度的变化，所以瓶体1的结构比较粗短，比如中空的半球体、圆锥体、棱锥体、圆台、棱台均可，瓶颈2的结构比较细长，比如中空的圆柱体、棱柱体均可，只要瓶体1和瓶颈2之间一体成型即可。瓶颈2的高度为瓶体1高度的3倍以上。

瓶体1上设有注浆口6，注浆口6上设有橡胶塞。橡胶塞是密封塞7的一种，起到密封的作用，密封塞7还可以是硅胶塞、白胶塞或者玻璃瓶塞。

瓶颈2的水面上方漂浮有光板反射屏3，瓶颈2的顶部设有通过向光板反射屏3发射激光以测量距离的位移传感器4。

上述非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置还包括导热丝8，导热丝8的下段位于水泥净浆内，密封塞7上设有通孔5，导热丝8的上段伸出通孔5外，导热丝8与通孔5之间设有密封胶。导热丝8包括下段、中段和上段，或者称下段为内段，称上段为外段，也可以理解为下段是预埋在水泥净浆的固定段，上段是伸出通孔外的自由段。导热丝8为导热性好、耐腐蚀的丝状物，如铜丝、钢丝、铝丝、碳纤维等。

上述非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置还包括恒温箱9、数据采集器12和主控制器14，恒温箱9上设有温度和湿度控制面板10，恒温箱9底部设有用于调节温度的加热板13，加热板13上放置有多个玻璃瓶，加热板13上固定有多个用于支撑顶端与玻璃瓶一一对应的多个位移传感器4的支架11；多个位移传感器4均与数据采集器12电连接，数据采集器12与主控制器14电连接。

一种利用上述非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置来测定水泥净浆化学收缩的方法，它包括以下步骤：

1)开启恒温箱9，使其内部达到恒温恒湿的要求；

2)将水泥与水拌和，得到水泥净浆；

3)称量待检测的水泥净浆质量，将称好的水泥净浆从注浆口6倒入瓶体1；

4)在水泥净浆内预埋导热丝8的下段，将导热丝8的上段伸出密封塞7的通孔5外，在注浆口6塞紧密封塞7，并用密封胶将导热丝8与通孔5密封；

5)用滴管将水从瓶颈2顶部沿着内壁缓慢滴向水泥净浆上表面，使水面升至瓶颈2中部；

6)向瓶颈2内投入光板反射屏3，使光板反射屏3漂浮在水面上；

7)将装好的玻璃瓶摆放到恒温箱9内的加热板13上，使得位移传感器4的激光发射口对准瓶颈2；

8)开启位移传感器4，测量光板反射屏3下降的高度；

9)利用数据采集器12每间隔一段时间采集一次数据，计算出水泥净浆的化学收缩。

容易理解，水泥净浆预先在外拌和好，在水泥净浆上表面缓慢滴加的水起到填充液的作用，即水化反应的水都在水泥净浆内，填充液几乎不参与水化反应，也起到支撑光板反射屏3的作用。所以填充液可以选择不与水泥净浆反应、密度小于水泥净浆的其他液体，比如添加颜料的水更方便观察液面高度。

Claims (4)

1.一种非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的方法，利用非接触式连续测定水泥净浆化学收缩的装置来测定水泥净浆化学收缩，

所述的装置包括玻璃瓶，其特征在于，所述玻璃瓶包括下部容置水泥净浆、上部容置水的瓶体(1)，瓶体(1)的顶部设有部分容置水的瓶颈(2)，瓶颈(2)的顶部与大气连通，瓶体(1)和瓶颈(2)一体成型；瓶体(1)上设有注浆口(6)，注浆口(6)上设有密封塞(7)；瓶颈(2)的水面上方漂浮有光板反射屏(3)，瓶颈(2)的顶部设有通过向光板反射屏(3)发射激光以测量距离的位移传感器(4)；

所述的装置还包括导热丝(8)，导热丝(8)的下段位于水泥净浆内，密封塞(7)上设有通孔(5)，导热丝(8)的上段伸出通孔(5)外，导热丝(8)与通孔(5)之间设有密封胶；

所述的装置还包括恒温箱(9)、数据采集器(12)和主控制器(14)；

所述方法包括以下步骤：

1)开启恒温箱(9)，使其内部达到恒温恒湿的要求；

2)将水泥与水拌和，得到水泥净浆；

3)称量待检测的水泥净浆质量，将称好的水泥净浆从注浆口(6)倒入瓶体(1)；

4)在水泥净浆内预埋导热丝(8)的下段，将导热丝(8)的上段伸出密封塞(7)的通孔(5)外，在注浆口(6)塞紧密封塞(7)，并用密封胶将导热丝(8)与通孔(5)密封；

5)用滴管将水从瓶颈(2)顶部沿着内壁缓慢滴向水泥净浆上表面，使水面升至瓶颈(2)中部；

6)向瓶颈(2)内投入光板反射屏(3)，使光板反射屏(3)漂浮在水面上；

7)将装好的玻璃瓶摆放到恒温箱(9)内的加热板(13)上，使得位移传感器(4)的激光发射口对准瓶颈(2)；

8)开启位移传感器(4)，测量光板反射屏(3)下降的高度；

9)利用数据采集器(12)每间隔一段时间采集一次数据，计算出水泥净浆的化学收缩。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，恒温箱(9)上设有温度和湿度控制面板(10)，恒温箱(9)底部设有用于调节温度的加热板(13)，加热板(13)上放置有多个玻璃瓶，加热板(13)上固定有多个用于支撑顶端与玻璃瓶一一对应的多个位移传感器(4)的支架(11)；多个位移传感器(4)均与数据采集器(12)电连接，数据采集器(12)与主控制器(14)电连接。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，瓶体(1)为中空的球冠结构，瓶颈(2)为中空的圆柱体结构。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，瓶颈(2)的高度为瓶体(1)高度的3倍以上。

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