CN113203654A - 一种水泥基材料自收缩的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水泥基材料自收缩的检测方法，主要通过静水力学天平测量水泥基材料浆体在液体中所受浮力随时间的变化，并通过数据采集系统，连续记录静水力学天平的示数，最终通过计算将这些数据转换为水泥基材料的自收缩值。本发明配制了密度比水更高的饱和氯化钙溶液作为载体溶液，以提高静水力学天平对水泥基材料体积变化的敏感性。使用本发明可以连续地测量到水泥基材料的自收缩大小，准确地反映水泥基材料的自收缩情况，为实际生产及科学研究提供了一种便捷且精确的监测水泥浆体自收缩的方法。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料检测技术领域，具体涉及一种水泥基材料自收缩的检测方法。
背景技术
水泥基材料的自收缩主要是由于水泥或其他胶凝材料水化消耗内部水分，引起内部毛细孔失水而导致的整体收缩。水泥基材料的自收缩是评价其体积稳定性的重要指标之一，也是早龄期裂缝计算的基础和前提，尽管水泥基材料的自收缩受到高度关注并吸引研究者花费了大量精力开展科研工作，然而至今仍然未能形成统一的自收缩测试方法标准。根据现有的测试方向分类，目前主要的自收缩测试方法包括线性法和体积法。
对于线性法而言，可再分为接触法、非接触法和波纹管法等。接触法通常通过在混凝土试件两端埋设测头和固定千分表等形式来实现，这种方法虽然装置简单，但不能实现自动控制和自动数据采集处理，人工读数易出现误差。非接触法相对于接触法精度更高，但缺陷是仪器的价格相对昂贵。近年来，国内外也有一些学者采用波纹管法测试水泥基材料的自收缩，波纹管沿轴向方向的刚度于径向方向的刚度相比可忽略不计，因此其轴向变形能力即可反映水泥基材料的体积变化。同时，也可将波纹管法和非接触法结合起来，以实现数据的自动采集。但如前文所述，若要实现高精度和自动采集数据，就需要昂贵的装置。
体积法通常需要用塑料膜或橡胶膜包裹水泥浆体以防其与外界产生水分交换，再通过直接体积测量法或浮力测量法等方法测量浆体外部体积随时间的变化来表征浆体自收缩大小的变化，可以在浇筑后立即开始对早期外部变形进行测量。与线性法不同，体积法不止测量水泥基材料单个方向的变形，而是测量了水泥基材料的整体体积变化，因此从理论角度来说，其精度应当高于线性法。然而，体积法实施较为困难，测定装置的精度往往较低，而且尚未实现连续自动采集数据。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可同时进行多组水泥基材料自收缩的检测工作，提高试验材料及仪器的使用效率的水泥基材料自收缩的检测方法。进而提升体积法测定装置的测定精度，并实现数据自动采集以减少人工工作量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种水泥基材料自收缩的检测方法，该方法包括以下步骤：
(1)对静水力学天平进行校准，检查静水力学天平与数据采集系统之间的连通性；
(2)配制饱和氯化钙溶液，并测定该饱和氯化钙溶液的密度记为ρ液，将配制好的饱和氯化钙溶液倒入塑料桶中备用；
(3)准备一具有弹性的薄橡胶袋，称重记为M1；按照要求拌制水泥基材料净浆或砂浆，搅拌完成后将水泥基材料浆体注入弹性薄橡胶袋，使弹性薄橡胶袋呈膨胀状态，并通过振动或轻轻挤压等方法排尽弹性薄橡胶袋内的空气后密封，称重记为M2；
(4)将装有水泥基材料浆体的弹性薄橡胶袋用不吸水的细线悬挂于静水力学天平下方，并使该弹性薄橡胶袋完全浸没在装有步骤(1)配制的饱和氯化钙溶液的塑料桶中，且不与塑料桶桶底和桶壁接触；在饱和氯化钙溶液液面上方均匀覆盖一层薄薄的油以避免饱和氯化钙溶液蒸发；
(5)开启数据采集系统，根据试验要求设置数据采集间隔，开始采集静水力学天平的数据mt，并记录此时静水力学天平的示数m0；
(6)根据试验要求，到规定的龄期后从数据采集系统中导出数据，并根据公式(I)将装置采集到的静水力学天平的示数mt转化为水泥基材料浆体产生的自收缩St：
式中：
St为浆体在t时刻的自收缩，cm3/g；
mt为t时刻静水力学天平的示数，g；
m0为浆体和弹性薄橡胶袋刚放入水桶中时静水力学天平的示数，g；
M1为弹性薄橡胶袋的质量，g；
M2为弹性薄橡胶袋和浆体的总质量，g；
ρ液为饱和氯化钙溶液的密度，g/cm3。
进一步地，所述的静水力学天平的最小分度值小于0.001g。
进一步地，所述的静水力学天平具备读数连续输出功能，能自由设置数据输出的时间间隔，通过RS232端口或USB端口连接数据采集系统。
进一步地，所述的弹性薄橡胶袋的厚度为0.1-0.6mm，且具有良好的耐碱性。
进一步地，注入弹性薄橡胶袋的水泥基材料浆体大于2kg。
进一步地，所述的塑料桶容量不小于3000ml。
进一步地，该方法测试的环境温度保持在25±2℃。
进一步地，所述的静水力学天平放置在天平支架上。
进一步地，所述的静水力学天平外设有防风罩。
进一步地，测试时，整个测试装置放置于水平面上，并避免振动。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)相对于线性法而言，本发明采用体积法来测量水泥基材料自收缩的大小更为直观，实验数据更为准确可靠，避免了线性法中将体积变化转换为长度或高度过程中因变量过多而导致结果失实或偏差；
(2)与现有的体积法相比，本发明操作方法简单，采用自动数据采集系统能连续且完整的记录整个试验周期中水泥基材料的自收缩，避免人工读数，对实验人员操作技能要求不高，减少了由于实验人员操作技能上的失误对结果产生的不利影响，对提高结果的精确性有利；
(3)由于体积法需要试验装置对水泥基材料的体积变化敏感，本发明选用高精度的静水力学天平测定水泥基材料的浮力大小；同时，根据阿基米德浮力定律F浮＝ρ液gV排，在体积变化一定时，载体溶液的密度越大，其浮力变化越大，从而在静水力学天平上就会显示出更大示数变化。根据这个原理，本发明配制了饱和氯化钙溶液作为介质溶液作为载体溶液，在25℃时，其密度是纯水的1.40倍，能有效放大静水力学天平的示数变化，提高试验装置的精度和敏感性；
(4)本发明试验装置简单易得，可同时进行多组水泥基材料自收缩的检测工作，相互组之间可以进行对比，提高了试验材料及仪器的使用效率。
附图说明
图1为本发明所用装置的结构示意图；
图2为实施例1自收缩值数据图；
图3为实施例2自收缩值数据图；
图4为实施例3自收缩值数据图；
图中标号所示：1-静水力学天平、2-塑料桶、3-天平支架、4-防风罩、5-弹性薄橡胶袋、6-细线、7-数据采集系统、8-饱和氯化钙溶液、9-机油或食用油。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种水泥基材料自收缩的检测方法，该方法基于如图1所示的装置，包括静水力学天平1、塑料桶2、静水力学天平支架3、防风罩4、具有弹性的薄橡胶袋5、不吸水的细线6、数据采集系统7、饱和氯化钙溶液8、机油或食用油9组成。检测装置在25±2℃的环境中使用。测试时，整个测试装置放置于水平面上，并避免振动。
其中，静水力学天平1的最小分度值小于0.001g。静水力学天平1具备读数连续输出功能，能自由设置数据输出的时间间隔，通过RS232端口或USB端口连接数据采集系统7。静水力学天平1放置在天平支架3上。静水力学天平1外设有防风罩4。
弹性薄橡胶袋5的厚度为0.1-0.6mm，且具有良好的耐碱性。注入弹性薄橡胶袋5的水泥基材料浆体大于2kg。塑料桶2容量不小于3000ml。
该方法包括以下步骤：
(1)对静水力学天平1进行校准，检查静水力学天平1与数据采集系统7之间的连通性；
(2)配制饱和氯化钙溶液8，并测定该饱和氯化钙溶液8的密度记为ρ液，将配制好的饱和氯化钙溶液8倒入塑料桶2中备用；
(3)准备一具有弹性的薄橡胶袋5，称重记为M1；按照要求拌制水泥基材料净浆或砂浆，搅拌完成后将水泥基材料浆体注入弹性薄橡胶袋5，使弹性薄橡胶袋5呈膨胀状态，并通过振动或轻轻挤压等方法排尽弹性薄橡胶袋5内的空气后密封，称重记为M2；
(4)将装有水泥基材料浆体的弹性薄橡胶袋5用不吸水的细线6悬挂于静水力学天平1下方，并使该弹性薄橡胶袋5完全浸没在装有步骤(1)配制的饱和氯化钙溶液8的塑料桶2中，且不与塑料桶2桶底和桶壁接触；在饱和氯化钙溶液8液面上方均匀覆盖一层薄薄的油9以避免饱和氯化钙溶液8蒸发；
(5)开启数据采集系统7，根据试验要求设置数据采集间隔，开始采集静水力学天平1的数据mt，并记录此时静水力学天平1的示数m0；
(6)根据试验要求，到规定的龄期后从数据采集系统7中导出数据，并根据公式(I)将装置采集到的静水力学天平1的示数mt转化为水泥基材料浆体产生的自收缩St：
式中：
St为浆体在t时刻的自收缩，cm3/g；
mt为t时刻静水力学天平的示数，g；
m0为浆体和弹性薄橡胶袋刚放入水桶中时静水力学天平的示数，g；
M1为弹性薄橡胶袋的质量，g；
M2为弹性薄橡胶袋和浆体的总质量，g；
ρ液为饱和氯化钙溶液的密度，g/cm3。
实施例1
试验原料与配比：强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，水胶比0.30。
饱和氯化钙溶液密度ρ液＝1.40g·ml-1，弹性薄橡胶袋的质量M1＝1.6856g，
装入浆体后的弹性薄橡胶袋5的质量M2＝2238.0986g，密封后悬挂于静水力学天平1后对天平的示数清零，故此时的天平示数m0＝0.000g，试验过程中环境温度在(24.2-25.3)℃之间。数据采集间隔为120秒，数据采集系统7持续记录7天后关闭并导出数据，采用数据处理软件根据公式(I)将静水力学天平的示数统一转化为自收缩值，转化后的最终结果如图2所示。
实施例2
试验原料与配比：强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥与S95级矿渣粉质量比为7:3，水胶比0.30。
饱和氯化钙溶液密度ρ液＝1.40g·ml-1，弹性薄橡胶袋的质量M1＝1.7262g，
装入浆体后的弹性薄橡胶袋5的质量M2＝2121.0891g，密封后悬挂于静水力学天平1后对天平的示数清零，故此时的天平示数m0＝0.000g，试验过程中环境温度在(24.5-25.8)℃之间。数据采集间隔为120秒，数据采集系统7持续记录7天后关闭并导出数据，采用数据处理软件根据公式(I)将静水力学天平的示数统一转化为自收缩值，转化后的最终结果如图3所示。
实施例3
试验原料与配比：强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥与S95级矿渣粉质量比为7:3，再掺入0.2％(以水泥和矿渣粉质量计)的混凝土内养护剂高吸水树脂，水胶比0.33。
饱和氯化钙溶液密度ρ液＝1.40g·ml-1，弹性薄橡胶袋的质量M1＝1.6961g，
装入浆体后的弹性薄橡胶袋5的质量M2＝2189.9827g，密封后悬挂于静水力学天平1后对天平的示数清零，故此时的天平示数m0＝0.000g，试验过程中环境温度在(24.2-25.1)℃之间。数据采集间隔为120秒，数据采集系统7持续记录7天后关闭并导出数据，采用数据处理软件根据公式(I)将静水力学天平的示数统一转化为自收缩值，转化后的最终结果如图4所示。
在理论上，通过体积法测得的结果比长度法更为精准，因为长度法测得的结果仅为水泥试件在单个方向上体积变化的结果，而体积法测得的结果是整个水泥试件在各个方向上体积变化的结果，结果更加真实可靠。
进一步，与现有体积法相比，本发明在测试过程的前几天收缩较小时仍然能测得数据，图2到图4中所示的结果中整条数据曲线连续无断点，表明通过改变载体溶液的密度和提高静水力学天平的精度来提高整套设备对微小体积变化的敏感性是切实可行的。
最后，通过对比图2、图3和图4中的结果，图2对应的纯硅酸盐水泥浆体收缩最大；图3对应的原料配比中使用矿渣粉替代硅酸盐水泥后浆体收缩值有所降低，特别是水化早期，由于水泥用量减小，水化速度降低，因此水化早期的收缩值减小；图3对应的原料配比中加入内养护剂，因此浆体的收缩值显著减小。
综合这些结果可知，体积收缩变化规律完全符合它们对应的原料配比的性质，这也进一步证明本发明装置对测定水泥基材料自收缩体积变化是有效的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)对静水力学天平(1)进行校准，检查静水力学天平(1)与数据采集系统(7)之间的连通性；
(2)配制饱和氯化钙溶液(8)，并测定该饱和氯化钙溶液(8)的密度记为ρ液，将配制好的饱和氯化钙溶液(8)倒入塑料桶(2)中备用；
(3)准备一具有弹性的薄橡胶袋(5)，称重记为M1；将水泥基材料浆体注入弹性薄橡胶袋(5)，使弹性薄橡胶袋(5)呈膨胀状态，并排尽弹性薄橡胶袋(5)内的空气后密封，称重记为M2；
(4)将装有水泥基材料浆体的弹性薄橡胶袋(5)用不吸水的细线(6)悬挂于静水力学天平(1)下方，并使该弹性薄橡胶袋(5)完全浸没在装有步骤(1)配制的饱和氯化钙溶液(8)的塑料桶(2)中，且不与塑料桶(2)桶底和桶壁接触；在饱和氯化钙溶液(8)液面上方均匀覆盖一层油以避免饱和氯化钙溶液(8)蒸发；
(5)开启数据采集系统(7)，设置数据采集间隔，开始采集静水力学天平(1)的数据mt，并记录此时静水力学天平(1)的示数m0；
(6)到规定的龄期后从数据采集系统(7)中导出数据，并根据公式(I)将装置采集到的静水力学天平(1)的示数mt转化为水泥基材料浆体产生的自收缩St：
式中：
St为浆体在t时刻的自收缩，cm3/g；
mt为t时刻静水力学天平的示数，g；
m0为浆体和弹性薄橡胶袋刚放入水桶中时静水力学天平的示数，g；
M1为弹性薄橡胶袋的质量，g；
M2为弹性薄橡胶袋和浆体的总质量，g；
ρ液为饱和氯化钙溶液的密度，g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，所述的静水力学天平(1)的最小分度值小于0.001g。
3.根据权利要求1所述的一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，所述的静水力学天平(1)通过RS232端口或USB端口连接数据采集系统(7)。
4.根据权利要求1所述的一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，所述的弹性薄橡胶袋(5)的厚度为0.1-0.6mm，且具有良好的耐碱性。
5.根据权利要求1所述的一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，注入弹性薄橡胶袋(5)的水泥基材料浆体大于2kg。
6.根据权利要求1所述的一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，所述的塑料桶(2)容量不小于3000ml。
7.根据权利要求1所述的一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，该方法测试的环境温度保持在25±2℃。
8.根据权利要求1所述的一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，所述的静水力学天平(1)放置在天平支架(3)上。
9.根据权利要求1或8所述的一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，所述的静水力学天平(1)外设有防风罩(4)。
10.根据权利要求1所述的一种水泥基材料自收缩的检测方法，其特征在于，测试时，整个测试装置放置于水平面上，并避免振动。
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