CN114034808A - 一种水泥基材料碱骨料反应测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水泥基材料碱骨料反应测量装置及测量方法。装置包括恒温箱，在箱体内部设置有用于调节液体温度的温控装置，箱体下部的底板上凹刻有限位槽；所述中空腔室的上半部与所述底板平行设置有限位板，所述限位板上贯穿设置有第一限位孔；所述箱体顶部与所述底板平行设置有保温盖板，所述保温盖板上贯穿设置有第二限位孔，第一限位孔的正上方设置有位移计；装置还包括固定在砂浆棒两端的上部测钉和下部测钉；装置工作时，通过所述位移计测量上部测钉的位移数据从而得出砂浆棒的长度变化值，基于所述长度变化值获得砂浆棒的膨胀率。本发明设计简单，操作方便，方法明确，可以实时监测碱骨料反应条件下水泥砂浆试件膨胀率的变化。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，具体而言，尤其涉及一种水泥基材料碱骨料反应测量装置及测量方法。
背景技术
碱骨料反应是指水泥基材料中活性骨料与碱性物质反应后，在试件内部生成碱硅酸钙凝胶，碱硅酸钙凝胶吸水后发生膨胀，从而引起试件的膨胀，一般通过试件膨胀率评价碱骨料反应。水泥等胶凝材料中的碱与骨料中活性氧化硅反应生成碱硅酸凝胶，碱硅酸凝胶吸水膨胀，骨料周围的硬化水泥石对该膨胀产生约束作用，当水泥石所受拉应力超过其抗拉强度时，混凝土发生开裂。因此，清晰碱骨料反应对水泥基材料的影响有着重要意义。现有规范《水工混凝土试验规程》(SL352-2006)、《水工混凝土砂石骨料试验规程》(DLT5151-2014)等通过水泥砂浆试件的膨胀率评价碱骨料反应对其产生的影响，该方法直观、简便、应用范围广，但不能连续测量砂浆试件的长度变化。另外一种水泥基材料碱骨料反应测试方法采用砂浆棒快速试验法，试验中砂浆棒浸泡在80℃的NaOH溶液中，试验过程中取出砂浆棒测量其长度时，砂浆棒的长度在外部温度的影响下引起较大误差，这一过程中长度变化无法量化，从而影响水泥砂浆试件碱骨料反应的准确性。另外，若测量次数过于频繁还会加剧NaOH溶液的损失。
发明内容
鉴于现有技术中无法对水泥砂浆碱骨料反应膨胀率进行实时测量的技术问题，而提供一种水泥基材料碱骨料反应测量装置及测量方法，能够自动、实时测量水泥砂浆棒的长度变化，避免环境温度、测量时间间隔等因素引起的误差，从而准确评价碱骨料反应对水泥基材料造成的影响。
本发明采用的技术手段如下：
一种水泥基材料碱骨料反应测量装置，所述装置包括恒温箱，所述恒温箱内部具有盛放液体的中空腔室，在箱体内部设置有用于调节液体温度的温控装置，箱体下部的底板上凹刻有限位槽；
所述中空腔室的上半部与所述底板平行设置有限位板，所述限位板上贯穿设置有第一限位孔，所述第一限位孔位于底板限位槽的正上方；所述箱体顶部与所述底板平行设置有保温盖板，所述保温盖板上贯穿设置有第二限位孔，所述第二限位孔位于第一限位孔的正上方，第一限位孔的正上方设置有位移计；
装置还包括固定在砂浆棒两端的上部测钉和下部测钉，通过上部测钉和下部测钉将砂浆棒垂直固定在箱体内部，其中下部测钉放置在限位槽内，上部测钉依次穿过第一限位孔和第二限位孔，使上部测钉端部高于箱体保温盖板；
装置工作时，通过所述位移计测量上部测钉的位移数据从而得出砂浆棒的长度变化值，基于所述长度变化值获得砂浆棒的膨胀率。
进一步地，所述温控装置包括设置在恒温箱体侧壁的发热盘、放置于恒温箱体中空腔室内部的感温金属片以及设置在箱体外部的温控开关；
所述温控开关控制发热盘对中空腔室内的液体进行加热，同时由浸入液体的感温金属片提取液体温度，当液体温度达到预设温度后，温控开关控制发热盘停止加热。
进一步地，所述下部测钉为棱柱结构，与之配合的底板限位槽设置为棱柱凹槽。
进一步地，所述上部测钉与第二限位孔接合处设置有橡胶圈。
进一步地，所述保温盖板上设置有排气孔，所述底板设置有排液孔。
本发明还提供了一种水泥基材料碱骨料反应测量方法，基于上述装置实现，包括以下步骤：
制备水泥砂浆试件，并在试件两端预埋测钉；
将下部测钉插入下部限位孔中，然后安置限位板，限位板应高出水泥砂浆试件的上顶面一定距离，将上部测钉继续穿过保温盖板，然后固定保温盖板；
关闭下部排液管，打开排气孔，开启液位传感器，将清水加至固定高度，关闭加液管；
开启加热装置，设定目标温度，温度达到目标温度时，开启位移测量装置，开始测量砂浆棒上部测钉顶端的位移变化；
试件在清水中放置24h后将清水通过排水管排除，然后注入NaOH溶液，重复上述加液、升温步骤，继续测量水泥砂浆试件的长度变化；
根据水泥砂浆试件的长度变化计算砂浆棒的膨胀率。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用恒温箱将溶液保持在目标温度，通过固定砂浆试件中的预埋测钉使试件仅发生轴向位移，而在垂直于试件的轴向方向不发生位移，且在试验过程中试件不发生转动；为避免加热过程中箱体内部压强过大，在箱体顶部设置排气孔；通过数据采集系统采集位移计所测量的砂浆棒上部测钉顶端的位移的变化，获得不同时刻砂浆棒的长度，进而计算不同时刻水泥砂浆试件的膨胀率，实现碱骨料反应过程中砂浆棒长度的实时测量。
2、本发明设计简单，操作方便，方法明确，可以实时监测碱骨料反应过程中水泥砂浆试件膨胀率的变化；其计算公式简洁对操作人员专业技能要求较低。
3、本发明适用范围广，可根据不同需求设定温度、限位板高度。
4、本发明摒弃传统测量装置的分离式设计，采用整体式恒温箱，并通过位移计代替受人为操作影响较大的千分表测量试件的长度变化，可以实时、自动测量碱骨料反应条件下水泥砂浆试件的膨胀率。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明一种水泥基材料碱骨料反应测量装置结构示意图。
图2为本发明一种水泥基材料碱骨料反应测量方法流程图。
图中：1、橡胶圈；2、上部测钉；3、发热盘；4、下部测钉；5、限位孔；6、底板；7、温控开关；8、镂空限位板；9、排气孔；10、保温盖板；11、加液管；12、液位传感器；13、位移计；14、数据采集系统；15、排液管；16、感温金属片。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本发明提供了一种水泥基材料碱骨料反应测量装置，主要由恒温箱、砂浆试件膨胀率测量装置及数据采集系统三部分组成。
恒温箱为水泥砂浆试件碱骨料反应提供温度条件，该装置由箱体、发热盘、感温金属片、温控开关等部分组成。箱体外部采用保温材质，内部为耐碱金属材质，发热盘和感温金属片位于箱体内部，发热盘用于加热箱体内部溶液，感温金属片用于控制溶液温度，当箱体中溶液温度达到设定温度时，发热盘停止加热；当溶液温度低于设定温度时，加热盘继续加热。
在箱体上部设置排气孔，避免加热过程中箱体内部气压过大。试件膨胀率测量装置由下部测钉限位孔、上部测钉限位板、保温板、位移计、橡胶圈等组成。下部测钉和限位孔选定位棱柱体，避免砂浆棒在测量过程中发生转动；上部限位板设计为镂空样式，方便试验过程中液体的补加以及内部蒸汽的流通，此限位板主要限制试件沿垂直于试件轴向的方向发生偏移；上部保温板中预留孔与上部测钉之间放置橡胶圈，降低溶液温度在该孔周围的损失。在上部测钉的上顶端放置位移计，然后通过数据采集系统获得各水泥砂浆试件膨胀率的变化，达到实时监测水泥砂浆试件碱骨料反应的目的。
本发明还提供了一种基于上述装置实现的水泥基材料碱骨料反应测量方法，如图2所示，主要包括以下步骤：
1.制备水泥砂浆试件，并在试件两端预埋测钉，养护24h脱模后将试件转移至恒温箱。
2.将下部测钉插入下部限位孔中，然后安置限位板，限位板应高出水泥砂浆试件的上顶面一定距离，以避免试件膨胀过程中触碰到限位板，从而造成误差。将上部测钉继续穿过保温盖板，然后固定保温盖板。
3.关闭下部排液管，打开排气孔，开启液位传感器，将清水加至固定高度，关闭加液管。
4.开启加热装置，设定目标温度80℃，温度达到80℃时，开启位移测量装置，开始测量砂浆棒上部测钉顶端的位移变化。
5.试件在清水中放置24h后将清水通过排水管排除，然后注入NaOH溶液，加液、升温步骤与上述方法一致。继续测量水泥砂浆试件的长度变化。
6.由于测量过程中测钉和水泥砂浆试件所处的温度环境一致，可忽略温度对其长度的影响，试件的长度变化仅为砂浆试件发生碱骨料反应产生的膨胀行为。水泥砂浆试件可采用下式进行计算：
其中λ为膨胀率，lt为t时刻的试件长度，l0为砂浆试件的初始长度。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种水泥基材料碱骨料反应测量装置，其特征在于，所述装置包括恒温箱，所述恒温箱内部具有盛放液体的中空腔室，在箱体内部设置有用于调节液体温度的温控装置，箱体下部的底板上凹刻有限位槽；
所述中空腔室的上半部与所述底板平行设置有限位板，所述限位板上贯穿设置有第一限位孔，所述第一限位孔位于底板限位槽的正上方；所述箱体顶部与所述底板平行设置有保温盖板，所述保温盖板上贯穿设置有第二限位孔，所述第二限位孔位于第一限位孔的正上方，第一限位孔的正上方设置有位移计；
装置还包括固定在砂浆棒两端的上部测钉和下部测钉，通过上部测钉和下部测钉将砂浆棒垂直固定在箱体内部，其中下部测钉放置在限位槽内，上部测钉依次穿过第一限位孔和第二限位孔，使上部测钉端部高于箱体保温盖板；
装置工作时，通过所述位移计测量上部测钉的位移数据从而得出砂浆棒的长度变化值，基于所述长度变化值获得砂浆棒的膨胀率。
2.根据权利要求1所述的水泥基材料碱骨料反应测量装置，其特征在于，所述温控装置包括设置在恒温箱体侧壁的发热盘、放置于恒温箱体中空腔室内部的感温金属片以及设置在箱体外部的温控开关；
所述温控开关控制发热盘对中空腔室内的液体进行加热，同时由浸入液体的感温金属片提取液体温度，当液体温度达到预设温度后，温控开关控制发热盘停止加热。
3.根据权利要求1所述的水泥基材料碱骨料反应测量装置，其特征在于，所述下部测钉为棱柱结构，与之配合的底板限位槽设置为棱柱凹槽。
4.根据权利要求1所述的水泥基材料碱骨料反应测量装置，其特征在于，所述上部测钉与第二限位孔接合处设置有橡胶圈。
5.根据权利要求1所述的水泥基材料碱骨料反应测量装置，其特征在于，所述保温盖板上设置有排气孔，所述底板设置有排液孔。
6.一种水泥基材料碱骨料反应测量方法，基于权利要求1所述的装置实现，其特征在于，包括以下步骤：
制备水泥砂浆试件，并在试件两端预埋测钉；
将下部测钉插入下部限位孔中，然后安置限位板，限位板应高出水泥砂浆试件的上顶面一定距离，将上部测钉继续穿过保温盖板，然后固定保温盖板；
关闭下部排液管，打开排气孔，开启液位传感器，将清水加至固定高度，关闭加液管；
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试件在清水中放置24h后将清水通过排水管排除，然后注入NaOH溶液，重复上述加液、升温步骤，继续测量水泥砂浆试件的长度变化；
根据水泥砂浆试件的长度变化计算砂浆棒的膨胀率。
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