CN112268828A

CN112268828A - 一种膨胀率测试方法

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Publication number: CN112268828A
Application number: CN202011063246.5A
Authority: CN
Inventors: 周强; 丁燕
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-01-26
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: CN112268828B

Abstract

一种膨胀率测试方法，包括称取未装被测物的密闭容器的空重G₀；向密闭容器的被测物容纳腔内加满被测物并密封；向密闭容器的标准液容纳腔内加满标准液，并密封用于加注标准液的注液孔；称取加注好被测物和标准液的密闭容器的总重G₂；称取时间T时，膨胀后的密闭容器的重量G_T；计算时间T时，被测物的膨胀率为G₂‑G_T/ρV_y*100％。本方法基于相对封闭容器内膨胀传递原理，将被测物的膨胀体积变化转为隔膜的形变，再通过隔膜的形变转化为标准液的溢流，从而可通过总重量的变化以及标准液已知的密度来间接计算被测物的膨胀体积变化量，由于只需测量总重量的变化，即可计算得到被测物的膨胀体积变化量，所以测量简单，且精度高。适用于水泥灌浆料的测试。

Description

一种膨胀率测试方法

技术领域

本发明涉及水泥灌浆料技术领域，具体是一种膨胀率测试方法。

背景技术

孔道灌浆料的微膨胀性在后张法预应力桥梁建设中有重要意义：可使预应力管道密实，保护预应力钢绞线不锈蚀，保证预应力钢绞线与混凝土结构之间有效的应力传递，从而增加桥梁的使用寿命。

水泥浆液膨胀分早期膨胀和硬化后膨胀，在加水拌和后产生且持续至初凝的体积膨胀为早期膨胀，硬化后膨胀是在凝结硬化过程中产生，伴随着膨胀性水化产物的生成而产生的体积膨胀，用膨胀率来表示浆体膨胀程度。

目前，公路工程预应力孔道压浆料试验常用的方法JT/T946-2014(附录D水泥浆自由泌水率和自由膨胀率试验)，该方法是依据水泥浆体泌水率膨胀率试验原理，通过观察浆液水面、浆面、膨胀面，在透明容器外表面测量其高度，计算自由泌水率和自由膨胀率。通过多次试验发现，按此方法进行试验操作时，测量过程中的人为误差、仪器误差较大，很难达到测量数据的精度要求和试验结果复现性要求，影响试验结果的客观公正性，具体问题如下：

1、由于泌水水面经常有悬浮物和微末粘附在量具内壁，很难清理，所以会直接影响液面观察判断，而试验要求液面高度测量精度要达到0.2mm，因此难以满足；

2、膨胀浆面受表面张力、毛细作用影响表现为凹液面，由于膨胀浆体不是透明体，所以在容器外部只能观察到凹液面上边缘，而且有时由于沉降颗粒在各种因素影响下自然堆积，所以界面比较模糊，而试验要求浆面高度测量精度也为0.2mm，因此膨胀率难于测量；

3、由于一般采用钢板尺测量，而钢板尺的刻度值为1mm，最前端0.5mm，刻度本身宽度就有0.1～0.2mm，所以很难满足0.2mm精度要求，而且由于操作空间的局限性，所以游标卡尺也无法使用；

4、若采用1000ml量筒，由于量筒底座的的影响，初始高度无法直接测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膨胀率测试方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种膨胀率测试方法，包括以下步骤，

S1：称取未装被测物的密闭容器的空重G₀；

S2：向所述密闭容器的被测物容纳腔内加满被测物，并密封；

S3：向所述密闭容器的标准液容纳腔内加满标准液，并密封用于加注标准液的注液孔；

S4：称取加注好被测物和标准液的所述密闭容器的总重G₂；

S5：开始计时，称取时间T时，膨胀后的所述密闭容器的重量G_T；

S6：计算时间T时，被测物的膨胀率为G₂-G_T/ρV_y*100％，其中，ρ为标准液的密度，V_y为所述被测物容纳腔的体积。

优选地，所述被测物容纳腔与所述标准液容纳腔之间通过可弹性形变的隔膜隔离。

优选地，所述密闭容器包括相互配合的杯体和杯盖，所述杯体上设有被测物溢流口，所述杯盖的内表面设有与所述杯体的口部相配合的隔膜，所述隔膜与所述杯盖形成标准液容纳腔，所述隔膜与所述杯体形成被测物容纳腔，所述杯盖上设有与所述标准液容纳腔连通的注液孔，所述杯盖上还设有与所述标准液容纳腔连通的标准液溢流口。

优选地，所述被测物溢流口设置在所述杯体口部的侧壁上，所述被测物溢流口外密封安装有被测物溢流口密封盖。

优选地，所述隔膜的形变弹力大于所述被测物未膨胀时的表面张力且小于所述被测物的膨胀力。

优选地，所述隔膜的外形为球冠形。

优选地，所述注液孔设置在所述杯盖的顶面上，所述注液孔处密封安装有注液孔密封盖。

优选地，所述标准液溢流口设置在所述杯盖的侧壁上，所述标准液溢流口处密封连接有单向阀。

本技术方案还包括用于称重的称重传感器，所述杯体搁置在所述称重传感器上。

优选地，所述称重传感器与上位机连接，所述上位机按预设时间计算所述预设时间对应的被测物的膨胀率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本测试方法基于相对封闭容器内膨胀传递原理，将被测物的膨胀体积变化转为隔膜的形变，再通过隔膜的形变转化为标准液的溢流，从而可通过总重量的变化以及标准液已知的密度来间接计算被测物的膨胀体积变化量，由于只需测量总重量的变化，即可计算得到被测物的膨胀体积变化量，所以测量简单，且精度高；

2、本测试方法还能测量被测物的密度；

3、加设的被测物溢流口密封盖能有效地防止被测物膨胀时发生泄露，从而提高了测量精度；

4、通过将隔膜的形变弹力设计成大于被测物未膨胀时的表面张力且小于被测物的膨胀力，这样才能保证被测物发生膨胀前，杯体内的被测物的体积为预设的定容体积，从而进一步地提高了测量精度；

5、通过将隔膜的外形设计为球冠形，这样能确保在将所述杯盖密封盖装在所述杯体上时，所述杯体内的空气能被完全排出，从而更进一步地提高了测量精度；

6、通过将注液孔设置在所述杯盖的顶面上，这样方便了标准液的注入；

7、加设的注液孔密封盖能有效地防止标准液挥发，从而提高了测量精度；

8、通过将标准液溢流口设置在所述杯盖的侧壁上，这样方便了标准液的溢流；

9、加设的单向阀能有效地防止标准液挥发，从而进一步地提高了测量精度；

10、通过将所述注液孔的最大高度设计成大于所述标准液溢流口的最大高度，这样能避免试验时标准液溢流口内含有空气，从而更进一步地提高了测量精度；

11、加设的称重传感器可实现测试方法的在线称重和自动监控功能，无需人工监控，从而大大地降低了试验劳动强度。

附图说明

图1为密闭容器的结构示意图。

图2为密闭容器的重要尺寸结构示意图。

如图所示：杯体1，被测物溢流口1a，杯盖2，注液孔2a，标准液溢流口2b，隔膜3，标准液容纳腔4，被测物溢流口密封盖5，密封圈6，注液孔密封盖7，单向阀8，称重传感器9。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

请参阅图1～2，本发明实施例中，一种膨胀率测试方法，包括以下步骤，

S1：称取未装被测物的密闭容器的空重G₀；

S4：称取加注好被测物和标准液的所述密闭容器的总重G₂；

上述被测物容纳腔与所述标准液容纳腔之间通过可弹性形变的隔膜隔离。

上述密闭容器包括相互配合的杯体1和杯盖2，杯盖2下部加工有与杯体1连接的外螺纹，所述杯体1上设有被测物溢流口1a，所述杯盖2的内表面设有与所述杯体1的口部相配合的隔膜3，所述隔膜3与所述杯盖2形成标准液容纳腔4，所述隔膜3与所述杯体1形成被测物容纳腔，所述杯盖2上设有与所述标准液容纳腔4连通的注液孔2a，所述杯盖2上还设有与所述标准液容纳腔4连通的标准液溢流口2b；试验时，先向所述杯体1内注入被测物直至被测物从所述被测物溢流口1a溢出，然后将所述杯盖2密封盖装在所述杯体1上，此时所述杯体1内的被测物在所述隔膜3的挤压下继续溢出且所述杯体1内的空气也被排出，所述空气和所述被测物溢出完毕后密封堵住所述被测物溢流口1a，再向所述注液孔2a内注入标准液直至标准液从所述标准液溢流口2b溢出，所述标准液溢出后密封堵住所述注液孔2a。本测试方法基于相对封闭容器内膨胀传递原理，将被测物的膨胀体积变化转为隔膜3的形变，再通过隔膜3的形变转化为标准液的溢流，从而可通过总重量的变化以及标准液已知的密度来间接计算被测物的膨胀体积变化量，由于只需测量总重量的变化，即可计算得到被测物的膨胀体积变化量，所以测量简单，且精度高。

上述被测物溢流口1a设置在所述杯体1口部的侧壁上。所述被测物溢流口1a的具体位置设计时，要保证在将所述杯盖2密封盖装在所述杯体1上时，所述杯体1内的空气能被完全排出。所述被测物溢流口1a外密封安装有被测物溢流口密封盖5。所述被测物溢流口密封盖5与所述被测物溢流口1a之间设有密封圈6。加设的被测物溢流口密封盖5能有效地防止被测物膨胀时发生泄露，从而提高了测量精度。

上述隔膜3的形变弹力大于所述被测物未膨胀时的表面张力且小于所述被测物的膨胀力。即要保证在将所述杯盖2密封盖装在所述杯体1上时，所述隔膜3不会发生形变，而当所述被测物发生膨胀时，所述隔膜3会随着所述被测物的膨胀而发生形变。这样才能保证被测物发生膨胀前，杯体1内的被测物的体积为预设的定容体积，从而进一步地提高了测量精度。所述隔膜3的外形为球冠形。通过将隔膜3的外形设计为球冠形，这样能确保在将所述杯盖2密封盖装在所述杯体1上时，所述杯体1内的空气能被完全排出，从而更进一步地提高了测量精度。所述隔膜3与所述杯盖2之间密封连接。

为选定最佳形状的隔膜3，在此做了膨胀隔膜形状试验，在膨胀隔膜形状试验中，采用了平面膜、锥形膜、球冠形膜进行对比试验发现：

平面膜也能满足水泥灌浆料膨胀率检测要求，但在拧紧杯盖2的过程中隔膜3与水泥灌浆料之间夹气现象，不能保证隔膜3与水泥灌浆料充分接触，难以排出气体，影响膨胀率检测精度。

锥形膜同样能满足水泥灌浆料膨胀率检测要求，但在拧紧杯盖2的同时弹性椎体头部产生变形，影响空气排出，相应影响水泥灌浆料膨胀率检测精度。

球冠形隔膜3在满足水泥灌浆料膨胀率检测要求的同时，在拧紧杯盖2的同时能完全排出水泥灌浆料上部空气，确保水泥灌浆料与隔膜3充分接触，隔膜3件在上部水的重力作用下不变形，如浆液对球冠膜产生向上的作用力为F，水泥灌浆料上盖水腔及膜内水对隔膜3产生2F的向下重力作用确保隔膜3不产生形变，确保水泥灌浆料膨胀率检测精度。

上述注液孔2a设置在所述杯盖2的顶面上，所述注液孔2a处密封安装有注液孔密封盖7。通过将注液孔2a设置在所述杯盖2的顶面上，这样方便了标准液的注入；同时，加设的注液孔密封盖7能有效地防止标准液挥发，从而提高了测量精度。所述标准液溢流口2b设置在所述杯盖2的侧壁上。通过将标准液溢流口2b设置在所述杯盖2的侧壁上，这样方便了标准液的溢流。所述标准液溢流口2b处密封连接有单向阀8。所述单向阀8为微小背向单向阀。加设的单向阀8能有效地防止标准液挥发，从而进一步地提高了测量精度。所述注液孔2a的最大高度大于所述标准液溢流口2b的最大高度。通过将所述注液孔2a的最大高度设计成大于所述标准液溢流口2b的最大高度，这样能避免试验时标准液溢流口2b内含有空气，从而更进一步地提高了测量精度。

本测试方法还包括称重传感器9，所述杯体1搁置在所述称重传感器9上。加设的称重传感器9可实现测试方法的在线称重和自动监控功能，无需人工监控，从而大大地降低了试验劳动强度。称重传感器9，其精度千分之五，用于准确计量试验过程中重量并与上位机(如数控机)连接实现实时通信。

本实施例中的被测物为水泥灌浆料，当然也可以为其他类似的材料，标准液为水，当然也可以为其他已知密度的液体。

本测试方法的原理为：在密闭的容器中静止的液体当一处收到压力时，这个压力将通过液体传到连通器的任意点上，而且其压力值处处相等。当水泥灌浆料膨胀时对隔膜3产生一定压力使其产生形变，挤压上部水溢流排出，整体重量减少，常温常压下水的密度接近1g/cm3，等同于排出水的体积，也就是水泥灌浆料膨胀体积。

本测试方法实际生产使用时，设计应确保容器有效容积设计计算精准，涉及制造尺寸的细节都需要设计并校核，具体如下：

杯体总体积：V_t＝πd²h/4(mm³)

球冠体积：V_q＝π(3r-h₁)h²(mm³)

浆体溢流口体积：V_l＝π(φd)²l/4(mm³)

杯体有效容积：V_y＝V_t+V_l-V_d(mm³)

其它符号见图示2，单位均为mm。

校核精度误差±0.5％以内。

本测试方法的测试方法如下：

1、开启数控机，进入称重界面，按照编号将称重传感器9“置零”；

2、将装配完毕的杯子对号置于称重传感器9上称空重G₀(g)；

3、取下空杯，置于桌面，拧开杯盖2，取下被测物溢流口密封盖5，加注水泥灌浆料至被测物溢流口1a溢流为止；

4、拧紧杯盖2(此时有少量气泡和水泥灌浆料排出)，待溢流浆液结束，盖上被测物溢流口密封盖5，清洁溢流处；

5、将杯子置于相同编号的称重传感器9上，称取重量G₁(g)，水泥灌浆料重量等于G₁-G₀(g)，则水泥灌浆料密度为ρ＝(G₁-G₀)/1000V_y(g/cm³)；

6、取下注液孔密封盖7，往注液孔2a加注水至单向阀8溢流为止，盖上注液孔密封盖7，读取总重G₂；

7、开始计时，3小时后设备自动读取重量G₃、24小时自动读取重量G₄；

8、数控机自动生成3小时水泥灌浆料膨胀率为(G₂-G₃)/1000V_y*100％、24小时水泥灌浆料膨胀率为(G₂-G₄)/1000V_y*100％；

9、试验检测完毕清洁试验仪。

本测试方法优点还有：

1、本测试方法采用准确的定容设计，水泥灌浆料体积计量精度高；

2、水泥灌浆料在杯子内受周壁及底部限制，当体积发生膨胀变化时只能向上运动挤压隔膜3变形，排出上部不可压缩液体，通过测量重量减量，检测到水泥灌浆料膨胀率；

3、本测试方法中采用精度0.5％的称重传感器对排出液体称重，保证了测量精度，避免了原浆体膨胀率试验检测方法中因量具精度不足、人工读数导致的误差；

4、本测试方法自动采集重量数据，对3小时、24小时装置重量自动记录，降低试验人员劳动强度；

5、称重系统上位机具备自动生成表单，数据上传功能。

本测试方法基于相对封闭容器内膨胀传递原理，将被测物的膨胀体积变化转为隔膜3的形变，再通过隔膜3的形变转化为标准液的溢流，从而可通过总重量的变化以及标准液已知的密度来间接计算被测物的膨胀体积变化量，由于只需测量总重量的变化，即可计算得到被测物的膨胀体积变化量，所以测量简单，且精度高；而且，本测试方法还能测量被测物的密度。

同时，加设的被测物溢流口密封盖5能有效地防止被测物膨胀时发生泄露，从而提高了测量精度；通过将隔膜3的形变弹力设计成大于被测物未膨胀时的表面张力且小于被测物的膨胀力，这样才能保证被测物发生膨胀前，杯体1内的被测物的体积为预设的定容体积，从而进一步地提高了测量精度；通过将隔膜3的外形设计为球冠形，这样能确保在将所述杯盖2密封盖装在所述杯体1上时，所述杯体1内的空气能被完全排出，从而更进一步地提高了测量精度。

而且，本测试方法通过将注液孔2a设置在所述杯盖2的顶面上，这样方便了标准液的注入；加设的注液孔密封盖7能有效地防止标准液挥发，从而提高了测量精度；通过将标准液溢流口2b设置在所述杯盖2的侧壁上，这样方便了标准液的溢流；加设的单向阀8能有效地防止标准液挥发，从而进一步地提高了测量精度；通过将所述注液孔2a的最大高度设计成大于所述标准液溢流口2b的最大高度，这样能避免试验时标准液溢流口2b内含有空气，从而更进一步地提高了测量精度。

最后，加设的称重传感器9可实现测试方法的在线称重和自动监控功能，无需人工监控，从而大大地降低了试验劳动强度。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种膨胀率测试方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：称取未装被测物的密闭容器的空重G₀；

S4：称取加注好被测物和标准液的所述密闭容器的总重G₂；

S6：计算时间T时，被测物的膨胀率为(G₂-G_T)/ρV_y*100％，其中，ρ为标准液的密度，V_y为所述被测物容纳腔的体积。

2.根据权利要求1所述的一种膨胀率测试方法，其特征在于，所述被测物容纳腔与所述标准液容纳腔之间通过可弹性形变的隔膜隔离。

3.根据权利要求2所述的一种膨胀率测试方法，其特征在于，所述密闭容器包括相互配合的杯体(1)和杯盖(2)，所述杯体(1)上设有被测物溢流口(1a)，所述杯盖(2)的内表面设有与所述杯体(1)的口部相配合的隔膜(3)，所述隔膜(3)与所述杯盖(2)形成标准液容纳腔(4)，所述隔膜(3)与所述杯体(1)形成被测物容纳腔，所述杯盖(2)上设有与所述标准液容纳腔(4)连通的注液孔(2a)，所述杯盖(2)上还设有与所述标准液容纳腔(4)连通的标准液溢流口(2b)。

4.根据权利要求3所述的一种膨胀率测试方法，其特征在于，所述被测物溢流口(1a)设置在所述杯体(1)口部的侧壁上，所述被测物溢流口(1a)外密封安装有被测物溢流口密封盖(5)。

5.根据权利要求3所述的一种膨胀率测试方法，其特征在于，所述隔膜(3)的形变弹力大于所述被测物未膨胀时的表面张力且小于所述被测物的膨胀力。

6.根据权利要求3所述的一种膨胀率测试方法，其特征在于，所述隔膜(3)的外形为球冠形。

7.根据权利要求3所述的一种膨胀率测试方法，其特征在于，所述注液孔(2a)设置在所述杯盖(2)的顶面上，所述注液孔(2a)处密封安装有注液孔密封盖(7)。

8.根据权利要求3所述的一种膨胀率测试方法，其特征在于，所述标准液溢流口(2b)设置在所述杯盖(2)的侧壁上，所述标准液溢流口(2b)处密封连接有单向阀(8)。

9.根据权利要求3所述的一种膨胀率测试方法，其特征在于，还包括用于称重的称重传感器(9)，所述杯体(1)搁置在所述称重传感器(9)上。

10.根据权利要求9所述的一种膨胀率测试方法，其特征在于，所述称重传感器(9)与上位机连接，所述上位机按预设时间计算所述预设时间对应的被测物的膨胀率。