CN113092522A - 一种采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温升装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温升装置和方法。测试装置选用的暖瓶作为水化热绝热温升的试验箱，适用于工程现场实验室配合比设计。测试方法包括：检测暖瓶的绝热性；当暖瓶的绝热性合格后，对待测水泥混凝土进行水化热绝热温升测试；根据测试结果绘制混凝土温升过程线；根据所述混凝土温升过程线确定不同龄期的混凝土绝热温升值。本发明直接测试水泥混凝土拌合物，消除直接采用水泥或固定配合比所带来的误差；取样数量更具有代表性。采用本发明提供的装置和方法能够更加准确的测试水泥混凝土水化热绝热温升。
Description
技术领域
本发明涉及水泥混凝土水化热绝热温升测试领域，特别是涉及一种采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温升装置及方法。
背景技术
水泥水化过程产生的大量水化热，在大体积混凝土中不易散发，造成混凝土内部温度不断上升，而混凝土表面散热较快，致使混凝土内外温差较大，引起较大的温度变形。水化热是温控计算中的一个重要参数。因此，对大体积混凝土防裂而言，水泥水化热这一技术数据能否准确测得至关重要。
目前水泥水化热测试方法主要有直接法和间接法。直接法包括国内标准试验方法和国外应用较多的TAMAIR热导式等温量热仪测试法(简称TAMAIR测试法)，间接法主要是溶解热法。这2种方法的测试原理不同，优缺点不同，直接法的优点是利用计算机即时记录热量计中的水泥胶砂温度值，采集的数据较多。缺点是前期准备稍显复杂，没有考虑水泥水化反应的温度效应，因此同一种水泥，不同的试验设备、不同的操作人员，对试验结果的影响很大，试验误差容易超过规定要求的±10J/g；保温瓶的热容量计算存在问题，导致热量计热容量及热量计散热常数两种计算方法均存在误差，这两种误差在水泥水化热的计算公式中相互叠加将体现得更明显。溶解热法，测定水泥水化热历时短，工作量小，省时省力，试验误差更小(可控制在±10J/g内)。缺点是智能评测水泥水化且不适合测水泥24h内的水化热值，此时水泥水化尚不充分，含有的自由水较多，试验时水泥磨细后由于潮湿而结团，容易黏附在试验仪器上，从而导致试验结果失真。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温升装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温升装置，包括暖瓶、隔温材料和测温装置，所述待测水泥混凝土和所述测温装置填充在所述暖瓶的内胆中，所述隔温材料填充在所述暖瓶的瓶口，用于隔绝所述内胆与空气的接触。
可选地，所述测温装置包括测温管和温度传感器，所述温度传感器放置在所述测温管中。
本发明还提供了一种采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温方法，所述方法应用于上述测试装置，所述方法包括：
检测暖瓶的绝热性；
当暖瓶的绝热性合格后，对待测水泥混凝土进行水化热绝热温升测试；
根据测试结果绘制混凝土温升过程线；
根据所述混凝土温升过程线确定不同龄期的混凝土绝热温升值。
可选地，所述检测暖瓶的绝热性，具体包括：
在所述暖瓶中分别装入温度为40℃和70℃的水，水的容量为暖瓶容量的2/3；
对装入水后的暖瓶进行密封，在绝热温度跟踪状态下运行72h，当暖瓶内的水温变动值≤±1℃时，表明暖瓶的绝热性合格。
可选地，所述对待测水泥混凝土进行水化热绝热温升测试，具体包括：
按照设计要求配制试样，所述试样为混凝土拌合物；
将配置好的混凝土拌合物分两层装入暖瓶中，每层浇筑后高度为暖瓶的1/4高度；第一层混凝土拌合物装料后，用测温管定位，将温度传感器分别安置第一层顶面圆心1cm处和距离边缘2cm处；然后浇筑第二层混凝土拌合物，浇筑后将测温管及温度传感器埋入混凝土以下2cm；记录所述试样在暖瓶中的初始温度
用隔热材料填满暖瓶，暖瓶口用玻璃胶密封处理。
可选地，所述混凝土拌合物坍落度不小于160mm。
可选地，试验前24h将所述混凝土拌合物放在20℃±5℃的室内。
可选地，试验中暖瓶内空气的平均温度与试样中心温度的差值≤±0.5℃时，表明暖瓶的绝热性合格。
可选地，所述混凝土绝热温升值的计算公式如下：
θn＝α(θ′n-θ0)
其中，θn表示n天龄期混凝土绝热温升值，θ′n表示n天龄期测温装置记录的温度，θ0表示混凝土拌合物的初始温度，α表示试验设备绝热温升修正系数。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温升装置选用的暖瓶作为水化热绝热温升的试验箱，适用于工程现场实验室配合比设计。测试方法包括：检测暖瓶的绝热性；当暖瓶的绝热性合格后，对待测水泥混凝土进行水化热绝热温升测试；根据测试结果绘制混凝土温升过程线；根据所述混凝土温升过程线确定不同龄期的混凝土绝热温升值。本发明直接测试水泥混凝土拌合物，消除直接采用水泥或固定配合比所带来的误差；取样数量更具有代表性。采用本发明提供的装置和方法能够更加准确的测试水泥混凝土水化热绝热温升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温方法的流程图；
图2为暖瓶法测试水泥混凝土温度与时间曲线；
图3为Toni CAL TRIO直接法测试水泥混凝土温度与时间曲线。
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。
大体积混凝土水化热初期绝热温升或放热总量是评价混凝土温度体积稳定性好坏的主要指标，关系大体积混凝土结构裂缝开裂机率和使用寿命。现阶段混凝土水化热绝热温升的测试方法有直接法、溶解热法和等温量热法，本发明与上述测试方法的创新之处在于直接测试水泥混凝土拌合物，消除直接采用水泥或固定配合比所带来的误差；取样数量更具有代表性；选用的暖瓶作为水化热绝热温升的试验箱，适用于工程现场实验室配合比设计；所述的暖瓶法水化热温升装置由绝热较好的暖瓶(绝热试验箱)和测温装置两部分组成。暖瓶使用前应进行绝热测试，要求72小时内温度降低不大于2℃；测温装置中温度传感器的测量范围为0～100℃，分度值0.01℃。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明公开的采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温升装置包括暖瓶、隔温材料和测温装置，所述待测水泥混凝土和所述测温装置填充在所述暖瓶的内胆中，所述隔温材料填充在所述暖瓶的瓶口，用于隔绝所述内胆与空气的接触。所述测温装置包括测温管和温度传感器，所述温度传感器放置在所述测温管中。温度传感器测量范围应为0～100℃，分度值0.1℃，能自动采集温度，采集频次不低于20min/次，具有数据存储和读取功能等。所采用的暖瓶为市场上应用较多的生活产品，瓶胆容积应不小于2升。
如图1所示，用于上述测试装置的水泥混凝土水化热绝热温测试方法包括以下步骤：
步骤101：检测暖瓶的绝热性。
装入暖瓶2/3容量的水，水温分别为40℃和70℃，密封后，在绝热温度跟踪状态下运行72h，暖瓶内的水温变动值应不大于±1℃。检验实验中暖瓶(绝热试验箱)内空气的平均温度与试样中心温度的差值应保持不大于±0.5℃。
步骤102：当暖瓶的绝热性合格后，对待测水泥混凝土进行水化热绝热温升测试。
暖瓶经绝热性测试合格后，采用隔温材料(聚氨酯泡沫胶)填充隔绝暖瓶胆周边与空气接触部位，待混凝土拌合物浇筑和测温装置用泡沫胶填充暖瓶胆内部，瓶口处用玻璃胶密封并与空气隔绝完成测试装置的组合。
水化热绝热温升测试包括：混凝土拌合物成型、温度传感器件的埋入、绝热及密封，包括试验前24h应将混凝土拌合物和原材料放在20℃±5℃的室内，使其温度与室温一致。按照设计要求配制混凝土拌合物，混凝土拌合物坍落度宜不小于160mm，每锅搅拌量宜为暖瓶容量瓶1/2，拌和均匀后分两层将混凝土拌合物全部装入暖瓶中，每层浇筑后高度约为1/4容器高度；第一层装料后，用测温管定位，将温度传感器分别安置第一层顶面圆心约1cm处和距离边缘约2cm处；然后浇筑第二层混凝土，浇筑后将测温管及温度传感器埋入混凝土以下2cm左右；用隔热材料聚氨酯泡沫胶填满暖瓶，暖瓶口用玻璃胶密封处理。在温度传感器埋入混凝土拌合物后，开始记录拌合物的试样在暖瓶中的初始温度(θ0)。
步骤103：根据测试结果绘制混凝土温升过程线。
试验整个过程，监测暖瓶温度与试样中心温度，若二者相差大于±1.5℃，表明暖瓶的密封不足，应重检查漏点或二次密封，方法同上。使得暖瓶内环境与外界绝热。试验开始后应每0.5h记录一次试样中心温度，历时24h后每1h记录一次，7d后可3-6h记录一次。试验历时14d后可结束，也可根据需要确定试验周期。试件从拌和、成型到开始测读温度，应在30min内完成。
步骤104：根据所述混凝土温升过程线确定不同龄期的混凝土绝热温升值。
绝热温升值按式θn＝α(θ′n-θ0)计算：
式中：θn——n天龄期混凝土绝热温升值(℃)；
θ′n——n天龄期仪器记录的温度(℃)；
θ0——混凝土拌合物的初始温度(℃)；
α——试验设备绝热温升修正系数。
结果计算精确至0.1℃。以时间为横坐标、温升为纵坐标绘制混凝土温升过程线，根据曲线即可查得不同龄期的混凝土绝热温升值。
具体实施例：
(1)混凝土水化温升
开展不同水化抑制材料下C30锚锭混凝土的水化热和力学性能试验，具体配合比见表1和表2所示。本次试验采用2种方式，一是暖瓶法(表1)和ToniCAL TRIO水泥混凝土水化热测试仪(表2)；表1和表2中均采用四组不同配合比的水泥混凝土，KB表示空白混凝土，不掺入水化热抑制剂；40H、50H、70H分别代表所使用的的不同类型水化热抑制剂，掺量均为胶凝材料质量的3‰。表1中采用暖瓶法测试，其中50H-暖瓶编号试验中暖瓶的绝热性不合格，其他均为合格。
表1暖瓶法所用水泥混凝土拌合物试验配合比
表1采用暖瓶法测试，期试验结果如图2所示，实验结果表明四组不同配比的放热时间和温度升值因掺入不同水花抑制剂而不同，该方法能模拟出不同混凝土的温度与时间曲线；其中KB-暖的温峰值最高为42.2℃，掺入40H、50H、70H三种水化热抑制剂均能起到降低温升的作用，其中70H的温峰值最低为28.7℃；50H-暖编号的试验用暖瓶采用绝温性不合格暖瓶，24h的温差为5-8℃，故无法准确测试50H-暖混凝土的温度与时间曲线，能检验本发明提出的暖瓶法绝热性检验的必要性。
表2 Toni CAL TRIO直接法水泥混凝土拌合物试验配合比
表2采用Toni CAL TRIO直接法进行4组不同混凝土的温度与时程测试，选用的混凝土配合比与表1相同的4组，其中KB-Toni编号混凝土为空白组，不掺加水化热抑制剂的混凝土；40H-Toni、50H-Toni、70H-Toni分别为选用40H、50H、70H水化热抑制剂混凝土使用Toni CAL TRIO水化热差热分析仪进行水化热温度与时程测试。试验结果见图3，试验结果表明空白组水泥混凝土水化放热温度为41.0，水化放热温峰值最高，依次是KB＞40H＞50H＞70H，70H的水化热放热温峰值最低为27.4。
Toni CAL TRIO直接法被认为是标准方法，能精准测出的水化热放热时程曲线(如前面所述，在此不再详述)。基于此，通过图2和图3两种方法比较可得，暖瓶法与Toni CALTRIO直接法测试水泥混凝土水化热温度与时间升曲线接近也即放热量的时程曲线几乎相同，数据的误差可能由于(1)选取混凝土的差异导致；(2)初始的混凝土温度不同。因此，通过图2和图3可推出本发明提出的试验方法(暖瓶法)是一种测试水混凝土水化热放热温度与时间关系较为准确的方法；暖瓶的绝热性检测极为必要。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温升装置，其特征在于，包括暖瓶、隔温材料和测温装置，所述待测水泥混凝土和所述测温装置填充在所述暖瓶的内胆中，所述隔温材料填充在所述暖瓶的瓶口，用于隔绝所述内胆与空气的接触。
2.根据权利要求1所述的采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温装置，其特征在于，所述测温装置包括测温管和温度传感器，所述温度传感器放置在所述测温管中。
3.一种采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1或2所述的测试装置，所述方法包括：
检测暖瓶的绝热性；
当暖瓶的绝热性合格后，对待测水泥混凝土进行水化热绝热温升测试；
根据测试结果绘制混凝土温升过程线；
根据所述混凝土温升过程线确定不同龄期的混凝土绝热温升值。
4.根据权利要求3所述的采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温方法，其特征在于，所述检测暖瓶的绝热性，具体包括：
在所述暖瓶中分别装入温度为40℃和70℃的水，水的容量为暖瓶容量的2/3；
对装入水后的暖瓶进行密封，在绝热温度跟踪状态下运行72h，当暖瓶内的水温变动值≤±1℃时，表明暖瓶的绝热性合格。
5.根据权利要求3所述的采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温方法，其特征在于，所述对待测水泥混凝土进行水化热绝热温升测试，具体包括：
按照设计要求配制试样，所述试样为混凝土拌合物；
将配置好的混凝土拌合物分两层装入暖瓶中，每层浇筑后高度为暖瓶的1/4高度；第一层混凝土拌合物装料后，用测温管定位，将温度传感器分别安置第一层顶面圆心1cm处和距离边缘2cm处；然后浇筑第二层混凝土拌合物，浇筑后将测温管及温度传感器埋入混凝土以下2cm；记录所述试样在暖瓶中的初始温度
用隔热材料填满暖瓶，暖瓶口用玻璃胶密封处理。
6.根据权利要求5所述的采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温方法，其特征在于，所述混凝土拌合物坍落度不小于160mm。
7.根据权利要求5所述的采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温方法，其特征在于，试验前24h将所述混凝土拌合物放在20℃±5℃的室内。
8.根据权利要求5所述的采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温方法，其特征在于，试验中暖瓶内空气的平均温度与试样中心温度的差值≤±0.5℃时，表明暖瓶的绝热性合格。
9.根据权利要求3所述的采用暖瓶测试水泥混凝土水化热绝热温方法，其特征在于，所述混凝土绝热温升值的计算公式如下：
θn＝α(θ′n-θ0)
其中，θn表示n天龄期混凝土绝热温升值，θ′n表示n天龄期测温装置记录的温度，θ0表示混凝土拌合物的初始温度，α表示试验设备绝热温升修正系数。
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