CN110118868A - 一种灌浆料膨胀率的试验装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种灌浆料膨胀率的试验装置和测试方法，涉及建筑材料测试设备技术领域。该试验装置，包括底座、组合套筒和距离测量仪，组合套筒设置于底座上，距离测量仪包括竖向距离测量仪和横向距离测量仪，竖向距离测量仪设置于组合套筒的上方；组合套筒包括若干套筒部件，套筒部件的两侧均设置有拼接结构，通过拼接结构拼接成组合套筒；套筒部件上设置有若干预埋测钉，预埋测钉贯穿设置在套筒部件上，预埋测钉的一端伸入设置在组合套筒内，预埋测钉的另一端伸出设置在组合套筒的外侧面。本发明的试验装置，可以测试和表征灌浆料各阶段的膨胀率，为灌浆料成型对套筒作用的研究提供实验基础和理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料测试设备技术领域，特别是涉及一种灌浆料膨胀率的试验装置及其测试方法。
背景技术
装配式混凝土结构建筑的关键技术之一在于不同柱构件间竖向钢筋的续接，目前应用最为广泛的钢筋续接方式为套筒灌浆连接，该技术的工作原理是：将钢筋从中空型套筒两端插入套筒内，向套筒灌注充满微膨胀灌浆料，待灌浆料硬化后与钢筋和套筒边肋紧密啮合，保证钢筋间力的有效传递。其中，高强灌浆料的膨胀性能直接决定了钢筋灌浆套筒接头的有效性。目前，关于钢筋连接用套筒灌浆料的应用存在以下问题：
1、灌浆料的膨胀率测定仅采用竖向膨胀率表征。套筒中钢筋能否有效续接主要依赖于灌浆料的强度和膨胀性，其中，膨胀性能是指灌浆料在水化进程中体积随时间增长而增大，其膨胀形式和机理随灌浆料所处水化阶段的不同而不同。当灌浆料处于塑性阶段时，在套筒的约束下，其塑性膨胀主要以竖向膨胀为主；当灌浆料初凝失去塑性后，其膨胀性能则既表现出竖向膨胀，也表现出体积膨胀，因此，采用竖向膨胀率表征灌浆料膨胀性能的方式在灌浆料硬化后存在局限性。
2、目前，对于灌浆料的膨胀性能限定仅在于竖向膨胀率上的限定，实际应用时仅测定灌浆料在一定时间内的竖向膨胀率，当其满足要求后即视为合格，缺乏对灌浆料膨胀机理和形式的深入研究。
3、在灌浆套筒接头节点的理论分析上，目前对硬化后灌浆料和套筒的模型分析仍不够深入，鲜有研究分析灌浆料与套筒之间的作用情况，其中一个主要原因是对灌浆套筒内灌浆料与套筒的作用效果不明确。
综上所述，灌浆料的膨胀过程包括塑性膨胀阶段和硬化膨胀阶段，采用竖向膨胀率表征灌浆料膨胀性能的方式存在局限性。
发明内容
基于此，有必要针对现有的灌浆料膨胀性能测试装置仅能测试竖向膨胀率，导致膨胀性能表征方式比较片面的问题，提供一种灌浆料膨胀率的试验装置，以深入分析套筒和灌浆料的作用情况，更加科学地表征灌浆料不同阶段的膨胀性能。
一种灌浆料膨胀率的试验装置，包括底座、组合套筒和距离测量仪，所述组合套筒设置于所述底座上，所述距离测量仪包括竖向距离测量仪和横向距离测量仪，所述竖向距离测量仪设置于所述组合套筒的上方；
所述组合套筒包括若干套筒部件，所述套筒部件的两侧均设置有拼接结构，若干所述套筒部件通过所述拼接结构顺次拼接以组成所述组合套筒；
所述套筒部件上设置有若干预埋测钉，所述预埋测钉贯穿设置在所述套筒部件上，所述预埋测钉的一端伸入设置在所述组合套筒内，所述预埋测钉的另一端伸出设置在所述组合套筒的外侧面。
该试验装置，在现有技术的基础上将套筒设置为组合套筒，可以根据灌浆料成型的阶段将其组合或拆除，便于测试和表征灌浆料各阶段的膨胀率，为灌浆料成型及其对套筒作用的研究提供实验和理论基础。
在其中一个实施例中，所述拼接结构为套筒部件凸勒或套筒部件凹槽，所述套筒部件凸勒和所述套筒部件凹槽相互嵌固。
在其中一个实施例中，所述底座上设有卡槽，所述卡槽的横截面积大于所述组合套筒的底面积，第一阶段试验时通过组合卡座将所述组合套筒固定于所述卡槽内；
所述组合卡座由上嵌固卡座部件和下嵌固卡座部件组合而成，所述上嵌固卡座部件的上嵌固端凸勒和所述下嵌固卡座部件的下嵌固端凸勒相互嵌合；所述上嵌固卡座部件和所述下嵌固卡座部件上均固定连接有抓取部。
在其中一个实施例中，所述组合套筒的形状可以为正多边形柱或圆柱形，优选为圆柱形。当组合套筒为圆柱形时，相应地，卡槽、组合卡座也为圆形。组合套筒、底座、卡槽、组合卡座的大小可以根据实际需求选定，优选地，组合套筒的高度为100mm～300mm，内径为50mm～180mm，卡槽的直径为100mm～250mm，组合卡座的内径与组合套筒的外径相同，组合卡座的外径与卡槽的直径相同。
在其中一个实施例中，所述组合套筒由4个套筒部件组成，其中2个套筒部件两侧设有套筒部件凸勒，另外2个套筒部件两侧设有套筒部件凹槽，所述套筒部件之间通过所述套筒部件凸勒和所述套筒部件凹槽相互嵌固。套筒部件的数量也可以根据需要设置为其他偶数个。
在其中一个实施例中，所述预埋测钉包括测钉本体和测钉卡片，所述测钉本体与所述测钉卡片固定连接；所述组合套筒上设有若干个测钉孔和测钉卡片槽，所述测钉本体的一端穿过所述测钉孔，所述测钉卡片嵌入所述测钉卡片槽。
在其中一个实施例中，所述测钉孔和所述测钉卡片槽竖向均匀分布在所述套筒部件上，相对的套筒部件上的测钉孔关于所述组合套筒的中心轴相对称。
在其中一个实施例中，所述组合套筒的下端设有卡口，所述卡口的高度与所述卡槽的高度相等。
在其中一个实施例中，所述卡槽的中心处设有固定连接件，所述固定连接件螺纹连接于所述底座上。固定连接件有利于将组合套筒拆除时，避免拆除组合套筒时试件受干扰移动，提高测试准确性。
在其中一个实施例中，所述套筒的上端套设有套箍，所述套箍由套箍本体和螺杆组成，所述套箍本体上设有若干个螺纹孔，所述螺杆穿过所述螺纹孔将所述套箍固定于所述套筒上。组合卡座为组合套筒的底部提供约束力，套箍为组合套筒的上端提供约束力，保证灌浆料在塑形阶段发生膨胀时，组合套筒上端不会发生变形或移位。
在其中一个实施例中，所述竖向距离测量仪为竖向测量千分表，所述竖向千分表通过千分表架固定于所述底座上，所述千分表架包括竖杆、横杆和滑动连接件，所述竖杆与所述底座螺纹连接，所述滑动连接件套设于所述竖杆上，所述横杆的一端与所述滑动连接件固定连接，所述千分表可移动连接于所述横杆上。滑动连接件优选为螺栓锁扣。
在其中一个实施例中，所述横向距离测量仪为横向测量千分表，所述横向千分表包括外径盘、外径测钉探头、棘轮锁紧装置和外径测量读数装置，所述外径测钉探头固定于所述外径盘两端，所述外径测钉探头连接所述外径测量读数装置，所述棘轮锁紧装置设置于所述外径盘的一端；所述横向千分表在第一阶段试验完成后再安装于待测试试件上的预埋测钉上测量时间的横向距离。
本发明一方面还提供采用上述试验装置测试灌浆料不同阶段膨胀率的方法。
该测试方法，采用本发明的试验装置，可以根据灌浆料成型的阶段将其组合或拆除，便于测试灌浆料各阶段的膨胀率，即第一阶段的竖向膨胀率以及第二阶段的竖向膨胀率和横向膨胀率，更加科学地表征灌浆料的膨胀率，为灌浆料成型对套筒作用的研究提供实验基础和理论依据。
在其中一个实施例中，该测试方法包括以下步骤：
组装：将预埋测钉安装于套筒部件上，将套筒部件凸勒和套筒部件凹槽相互嵌固组成组合套筒，将组合套筒安装于底座上；
测试：向组合套筒内灌入待测灌浆料，至灌浆料的表面与组合套筒的顶端表面平齐，在组合套筒上端放置平板，平板为表面平整板状物，优选为玻璃板，将竖向距离测量仪的测针放置于平板上，开始计时，灌浆料膨胀将经历第一阶段和第二阶段，第一阶段为灌浆料具有塑性的阶段，第二阶段为灌浆料失去塑性的硬化阶段；
第一阶段某时刻的膨胀率表示为：
式中：εt1表示第一阶段t1时刻的竖向膨胀率，h0为第一阶段千分表的初始读数，ht1为第一阶段t1时刻千分表的读数，h为组合套筒的高度；
第一阶段结束后，拆除组合套筒，预埋测钉已嵌入灌浆料硬化形成的试件内，安装横向距离测量仪，测量两对称预埋测钉间的距离，设定预埋测钉的组数为n，则初始横向距离测量仪的初始读数分别为l1，l2，…，li，…，ln，则试件初始的平均径向长度为硬化阶段t2时刻测得的n组测钉的径向长度分别为lt1，lt2，…，lti，…，ltn，则试件t2时刻的平均径向长度为
第二阶段某时刻的膨胀率表示为：
式中：εt2表示第二阶段t2时刻的竖向膨胀率，h20为第二阶段横向距离测量仪的初始读数， ht2为第二阶段t2时刻横向距离测量仪的读数，h0为第一阶段千分表的初始读数，h为组合套筒的高度；
式中：ε横t2表示第二阶段t2时刻的横向膨胀率，l0为第二阶段径向千分表的初始读数，lt为第二阶段t2时刻径向千分表的读数，d为组合套筒内径。
该测试方法，采用上述灌浆料膨胀率的试验装置，并分别表征了第一阶段的竖向膨胀率，以及第二阶段的竖向膨胀率和横向膨胀率，更加科学地表征灌浆料不同阶段、不同时刻的膨胀性能，为灌浆料成型及其对套筒作用的研究提供实验和理论基础。
在其中一个实施例中，测试预备步骤前在组合套筒、组合卡座、卡槽内涂脱模剂，以保证灌浆料与各个部件间不固结，方便拆卸相互脱离。
本发明一方面还提供一种上述灌浆料膨胀率的试验装置在材料膨胀率测试中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的测试装置，其组合套筒可以拆卸，当灌浆料处于塑性状态时，利用卡座和套箍对组合套筒上下端进行约束，使套筒不发生变形，当灌浆料硬化后，将约束部件拆除，随后拆除组合套筒，使预埋测钉附着于试件表面，较方便地测定试件横向长度变化，采用本发明的测试方法，计算灌浆料在不同阶段的膨胀率；本发明弥补了现有技术中仅用竖向膨胀率表征灌浆料膨胀性能的不足，对于探索建筑材料膨胀机理和形式具有重要意义，对于研究新型灌浆料的膨胀机制具有指导意义。
附图说明
图1为本发明实施例中试验装置的结构图；
图2为本发明实施例中拆除组合套筒和组合卡座后试验装置的结构图；
图3为本发明实施例中卡座的结构图；
图4为本发明实施例中组合套筒拆分图；
图5为本发明实施例中预埋测钉的结构图；
图6为本发明实施例中预埋测定与组合套筒的组合图；
图7为本发明实施例中套箍的结构图；
图8为本发明实施例中横向千分表的结构图；
图9为本发明实施例中第二阶段试验图；
图中，1-底座、11-卡槽、12-中心螺纹孔、13-角部螺纹孔、2-固定连接件、3-千分表架、 31-竖杆、32-横杆、33-螺栓锁扣、4-竖向千分表、5-组合卡座、51-把手、511-杆件、512-板片、 52-下嵌固卡座部件、521-下嵌固端凸勒、53-上嵌固卡座部件、531-上嵌固端凸勒、54-圆槽、6-组合套筒、61-套筒部件、611-卡口、612-套筒部件凸勒、613-测钉孔、614-测钉卡片槽、7- 预埋测钉、71-测钉本体、711-测钉球头、72-测钉卡片、8-套箍、81-套箍本体、811-螺纹孔、 82-螺杆、9-横向千分表、91-外径盘、92-外径测钉探头、93-棘轮锁紧装置、94-外径测量读数装置。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图1～9中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
一种灌浆料膨胀率的试验装置，包括底座1、组合卡座5、组合套筒6、预埋测钉7、横向千分表和竖向千分表4，底座1中央连接有固定连接件2。
为了方便拆除组合套筒6，且尽量不影响灌浆料形成的试件，组合套筒6设置为由4个套筒部件61组成，其中2个套筒部件61两侧设有套筒部件凸勒612，另外2个套筒部件61两侧设有套筒部件凹槽，套筒部件61之间通过套筒部件凸勒612和套筒部件凹槽相互嵌固。
为了方便预埋测钉7安装于组合套筒6上，且提高测试精度，套筒部件61环向和竖向均匀分布有测钉孔613和测钉卡片槽614，每个套筒部件61上设置有3个测钉孔613和测钉卡片槽614；相对的套筒部件61上的测钉孔613关于组合套筒6的中心轴相对称。预埋测钉7安装于测钉孔613内，预埋测钉7包括测钉本体71和测钉卡片72，测钉本体71与测钉卡片 72固定连接，测钉卡片72嵌入测钉卡片槽614，测钉本体71的一端穿过测钉孔613。
为了方便将组合套筒6束缚于组合卡座5内，组合套筒6的下端设有卡口611，卡口611 的高度与卡槽11的高度相等。组合套筒6为圆柱形，组合卡座5内设有与卡口611相配合的圆槽54。
组合卡座5由2个上嵌固卡座部件53和2个下嵌固卡座部件52组合而成，上嵌固卡座部件53的上嵌固端凸勒531和下嵌固卡座部件52的下嵌固端凸勒521相互嵌合，上嵌固卡座部件53和下嵌固卡座部件52上均固定连接有把手51，把手51由杆件511和板片512组成，杆件511的一端与板片512固定连接，杆件511的另一端与上嵌固卡座部件53和/或下嵌固卡座部件52固定连接。
卡槽11的中心处设有固定连接件2，固定连接件2螺纹连接于底座1上。固定连接件2 有利于将组合套筒6拆除时，保证拆除组合套筒6时硬化浆体免受干扰，提高测试准确性。
组合套筒6的上端套设有套箍8，套箍8由套箍本体81和螺杆82组成，套箍本体81上设有若干个螺纹孔811，螺杆82穿过螺纹孔811将套箍8固定于组合套筒6上。组合卡座5 为组合套筒6的底部提供约束力，套箍8为组合套筒6的上端提供约束力，保证灌浆料在塑形阶段发生膨胀时，组合套筒6不会发生变形或移位。
竖向千分表4通过千分表架3固定于底座1上，千分表架3包括竖杆31、横杆32和螺栓锁扣33，竖杆31与底座1螺纹连接，螺栓锁扣33套设于竖杆31上，横杆32的一端与螺栓锁扣33固定连接，千分表4可移动地连接于横杆32上，可根据需要在横杆32上移动其位置。
横向千分表9包括外径盘91、外径测钉探头92、棘轮锁紧装置93和外径测量读数装置 94，外径测钉探头92安装于外径盘91两端，外径测钉探头92连接外径测量读数装置93，棘轮锁紧装置93设置于外径盘91的一端。优选地，外径盘91为半圆形，以适应试件的形状。测量时，将棘轮锁紧装置93调松，并将外径测钉探头92安装于轴心对称的预埋测钉7上，随后调紧棘轮锁紧装置93，从外径测量读数装置94上可读出相应的外径读数。
实施例2
一种利用实施例1的试验装置测试灌浆料膨胀率的方法，包括以下步骤：
S1：在组合套筒6、组合卡座5、卡槽11内涂脱模剂，以保证灌浆料与各个部件间不固结，方便拆卸相互脱离；
S2：将测钉卡片72嵌入测钉卡片槽614，将组合套筒6放置于底座1的卡槽11内，安装组合卡座5，将组合套筒6固定于底座1上，将套箍8安装于组合套筒6上端；
S3：向组合套筒6内灌入待测灌浆料，至灌浆料的表面与组合套筒6的顶端表面平齐，在组合套筒6上端放置玻璃板，将竖向千分表4的测针放置于玻璃板上，开始计时，灌浆料膨胀将经历第一阶段和第二阶段，第一阶段为灌浆料具有塑性的阶段，第二阶段为灌浆料失去塑性的硬化阶段；需要说明的是，通常情况下认为终凝结束后视为第二阶段开始，因此，在测试灌浆料的膨胀率前，需先测试其终凝时间，一般可采用全自动混泥土凝结时间测定仪测定终凝时间；
第一阶段某时刻的膨胀率表示为：
式中：εt1表示第一阶段t1时刻的竖向膨胀率，h0为第一阶段千分表的初始读数，ht1为第一阶段t1时刻千分表的读数，h为组合套筒的高度；
第一阶段结束后，解除组合套筒的束缚，将组合套筒拆除，预埋测钉的预埋端已嵌入灌浆料硬化形成的试件内，安装横向千分表，利用横向千分表测量两对称测钉间的距离，设定测钉的组数为n，则初始径向千分表的初始读数分别为l1，l2，…，li，…，ln，则试件初始的平均径向长度为硬化阶段t2时刻测得的n组测钉的径向长度分别为lt1，lt2，…，lti，…，ltn，则试件t2时刻的平均径向长度为
第二阶段某时刻的膨胀率表示为：
式中：εt2表示第二阶段t2时刻的竖向膨胀率，h20为第二阶段横向千分表的初始读数，ht2为第二阶段t2时刻横向千分表的读数，h0为第一阶段千分表的初始读数，h为组合套筒的高度；
式中：ε横t2表示第二阶段t2时刻的横向膨胀率，l0为第二阶段径向千分表的初始读数，lt为第二阶段t2时刻千分表的读数，d为组合套筒内径。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种灌浆料膨胀率的试验装置，其特征在于，包括底座、组合套筒和距离测量仪，所述组合套筒设置于所述底座上，所述距离测量仪包括竖向距离测量仪和横向距离测量仪，所述竖向距离测量仪设置于所述组合套筒的上方；
所述组合套筒包括若干套筒部件，所述套筒部件的两侧均设置有拼接结构，若干所述套筒部件通过所述拼接结构顺次拼接以组成所述组合套筒；
所述套筒部件上设置有若干预埋测钉，所述预埋测钉贯穿设置在所述套筒部件上，所述预埋测钉的一端伸入设置在所述组合套筒内，所述预埋测钉的另一端伸出设置在所述组合套筒的外侧面。
2.根据权利要求1所述的灌浆料膨胀率的试验装置，其特征在于，所述底座上设有卡槽，所述卡槽的横截面积大于所述组合套筒的底面积，第一阶段试验时通过组合卡座将所述组合套筒固定于所述卡槽内；
所述组合卡座由上嵌固卡座部件和下嵌固卡座部件组合而成，所述上嵌固卡座部件的上嵌固端凸勒和所述下嵌固卡座部件的下嵌固端凸勒相互嵌合；所述上嵌固卡座部件和所述下嵌固卡座部件上均固定连接有抓取部。
3.根据权利要求2所述的灌浆料膨胀率的试验装置，其特征在于，所述预埋测钉包括测钉本体和测钉卡片，所述测钉本体与所述测钉卡片固定连接；所述组合套筒上设有若干个测钉孔和测钉卡片槽，所述测钉本体的一端穿过所述测钉孔，所述测钉卡片嵌入所述测钉卡片槽。
4.根据权利要求3所述的灌浆料膨胀率的试验装置，其特征在于，所述测钉孔和所述测钉卡片槽竖向均匀分布在所述套筒部件上，相对的套筒部件上的测钉孔关于所述组合套筒的中心轴相对称。
5.根据权利要求2所述的灌浆料膨胀率的试验装置，其特征在于，所述组合套筒的下端设有卡口，所述卡口的高度与所述卡槽的高度相等。
6.根据权利要求2所述的灌浆料膨胀率的试验装置，其特征在于，所述卡槽的中心处设有固定连接件，所述固定连接件螺纹连接于所述底座上。
7.根据权利要求1所述的灌浆料膨胀率的试验装置，其特征在于，所述套筒的上端套设有套箍，所述套箍由套箍本体和螺杆组成，所述套箍本体上设有若干个螺纹孔，所述螺杆穿过所述螺纹孔将所述套箍固定于所述套筒上。
8.根据权利要求1所述的灌浆料膨胀率的试验装置，其特征在于，所述竖向距离测量仪为竖向测量千分表，所述竖向千分表通过千分表架固定于所述底座上，所述千分表架包括竖杆、横杆和滑动连接件，所述竖杆与所述底座螺纹连接，所述滑动连接件套设于所述竖杆上，所述横杆的一端与所述滑动连接件固定连接，所述千分表可移动连接于所述横杆上。
9.一种灌浆料膨胀率的测试方法，其特征在于，采用权利要求1～8任一项所述的试验装置进行测试。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
组装：将预埋测钉安装于套筒部件上，将套筒部件凸勒和套筒部件凹槽相互嵌固组成组合套筒，将组合套筒安装于底座上；
测试：向组合套筒内灌入待测灌浆料，至灌浆料的表面与组合套筒的顶端表面平齐，在组合套筒上端放置平板，将竖向距离测量仪的测针放置于平板上，开始计时，灌浆料膨胀将经历第一阶段和第二阶段，第一阶段为灌浆料具有塑性的阶段，第二阶段为灌浆料失去塑性的硬化阶段；
第一阶段某时刻的膨胀率表示为：
式中：εt1表示第一阶段t1时刻的竖向膨胀率，h0为第一阶段千分表的初始读数，ht1为第一阶段t1时刻千分表的读数，h为组合套筒的高度；
第一阶段结束后，拆除组合套筒，预埋测钉已嵌入灌浆料硬化形成的试件内，安装横向距离测量仪，测量两对称预埋测钉间的距离，设定预埋测钉的组数为n，则初始横向距离测量仪的初始读数分别为l1，l2，…，li，…，ln，则试件初始的平均径向长度为硬化阶段t2时刻测得的n组测钉的径向长度分别为lt1，lt2，…，lti，…，ltn，则试件t2时刻的平均径向长度为
第二阶段某时刻的膨胀率表示为：
式中：εt2表示第二阶段t2时刻的竖向膨胀率，h20为第二阶段千分表的初始读数，ht2为第二阶段t2时刻千分表的读数，h0为第一阶段千分表的初始读数，h为组合套筒的高度；
式中：ε横t2表示第二阶段t2时刻的横向膨胀率，l0为第二阶段横向距离测量仪的初始读数，lt为第二阶段t2时刻横向距离测量仪的读数，d为组合套筒内径。
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