CN1804624A - 一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置。一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置，它包括环境模拟箱(10)、台座(14)、位移传感器、温度传感器、计算机、铜测头(34)，其特征在于：环境模拟箱(10)的箱体上设有移动装置，两个位移传感器测头(25)分别固定在移动装置的右高度可调的支架(24)、左高度可调的支架(42)上；所述的移动装置包括电机(18)、丝杆(21)、轴承、第一轴承座(17)、第二轴承座(23)、螺母(22)、右钢板(15)、左钢板(41)、右高度可调的支架(24)、左高度可调的支架(42)。本发明可对多组测试件进行工程环境模拟下各种变形的在线监测，具有所需测试装置数量少、占用空间少、效率高的特点。

Description

一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置

技术领域

本发明涉及一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置。

背景技术

混凝土结构的耐久性和使用寿命是目前土木工程界的研究热点。而混凝土结构的主要劣化破坏形式，包括钢筋锈蚀、硫酸盐侵蚀、冻融破坏等，主要与Cl^-、SO₄ ^2-、Mg²⁺、H₂O等有害介质向混凝土中的迁移或渗透有关。混凝土中各种微裂缝的形成和贯通，为这些有害介质的侵入提供了快速通道，严重影响混凝土结构的耐久性和使用寿命。混凝土中微裂缝的形成除少数由荷载作用产生外，绝大多数是因约束条件下的体积变形引起的，而且混凝土体积变形是混凝土抗裂敏感性评价的一个重要表征，因而混凝土体积变形便成为混凝土耐久性研究中的重要课题。

当前水泥和混凝土技术的进步，水泥标号和细度越来越大，混凝土强度和密实度的提高，混凝土的早期收缩比重越来越大，另外水泥基材料在不同恶劣环境下的应用越来越广泛，因此研究水泥基材料在不同环境下的早期变形性能具有重要意义，但采用现有装置对该类问题进行研究存在许多不足之处，主要表现如下：

1、如果测量试件数量多，测量龄期长时，所需的测试装置数量多、占用空间多，对多组试件同时进行在线测试成本高。

2、部分装置不能对水泥基材料早期变形进行测试。

3、现有的装置进行测试时不考虑工程环境因素的影响，故测试的结果也无法正确评价处于不同工作环境下水泥基材料的体积变形。

发明内容

针对现有的测试仪器存在的弊端，测试件数量多时，所需测试装置数量多、占用空间多，测试成本高，测试过程中不考虑环境因素；本发明的目的在于提供一种所需测试装置数量少、占用空间少、效率高的多环境条件下水泥基材料变形测试装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置，它包括环境模拟箱10、台座14、位移传感器、温度传感器、计算机、铜测头34，台座14位于环境模拟箱10内，台座14的底部位于环境模拟箱10内的底板11上，台座14的上部分别设有2-40个小暗槽13、2-40个大暗槽16，2-40个测试件位于台座14上，测试件的两端预埋有铜测头34；位移传感器包括位移传感器测头25和位移传感器控制模块，位移传感器测头25的激光束垂直测试件上预埋的铜测头面，位移传感器测头由信号线与位移传感器控制模块的输入端相连，位移传感器控制模块的输出由信号线与计算机的输入端相连；温度传感器包括温度传感器测头35和温度传感器控制模块，温度传感器测头35预埋在测试件中部；温度传感器测头35由信号线与温度传感器控制模块的输入端相连，温度传感器控制模块的输出由信号线与计算机的输入端相连；其特征在于：环境模拟箱10的箱体上设有移动装置，两个位移传感器测头25分别固定在移动装置的右高度可调的支架24、左高度可调的支架42上；所述的移动装置包括电机18、丝杆21、轴承、第一轴承座17、第二轴承座23、螺母22、右钢板15、左钢板41、右高度可调的支架24、左高度可调的支架42，电机18的输出轴由联轴器与丝杆21的后端相联，丝杆21上旋有螺母22，丝杆21的后端部由轴承与第一轴承座17相连，丝杆21的前端部由轴承与第二轴承座23相连；螺母22的两侧分别固定有右钢板15、左钢板41，右钢板15、左钢板41位于同一水平面和轴线上，左钢板41的左端部的底部设有左高度可调的支架42，右钢板15的右端部的底部设有右高度可调的支架24。

本发明采用环境模拟箱10的箱体上设有移动装置，两个位移传感器测头25分别固定在移动装置的右高度可调的支架24、左高度可调的支架42上；通过计算机控制无极变速电机18的正反转动，带动丝杆21转动，从而驱动螺母22在丝杆21上做往返运动，带动两个位移传感器测头25做往返运动，因而，只需两个位移传感器测头25就能实现对多个(2-40个)测试件进行在线测量；而传统的是进行在线检测时每一个测试件就需一对位移传感器测头；因此，本发明与现有技术相比所需测试装置数量少、占用空间少且能实现在线测试；本发明采用电机18的正反转动，带动丝杆21转动，带动两个位移传感器测头25做往返运动，可同时对多个测试件进行测量，其测量速度快，效率高。本发明采用环境模拟箱10模拟工程所处的环境，进行测试时可考虑工程环境因素的影响(如：温度、湿度及大气环境)，故测试的结果能正确评价处于不同工作环境下水泥基材料的体积变形。

本发明采用早期变形试验模具38，能对水泥基材料早期变形进行测试。本发明采用左导轨20、右导轨、带滚轮的左立柱26、带滚轮的右立柱，起支撑、平衡作用。通过套筒及预紧措施消除螺母与丝杆之间的间隙，提高传动精度。

本发明可对多组测试件进行工程环境模拟下各种变形的在线监测，尤其可以进行早期变形监测，操作便利，测试结果可靠性强。

附图说明

图1是本发明的环境模拟箱10的结构示意图

图2是图1的A-A剖视图

图3是本发明的俯视图

图4是图3的B-B剖视图

图5是图3的C-C剖视图(注：图中螺母22已移动)

图6是本发明的右钢板15、左钢板41与螺母22配合结构示意图

图7是本发明的台座剖视图

图8为本发明的早期变形试验模具38的组装图

图9为本发明的铜测头34的结构示意图

图10为本发明水泥基材料早期变形测试详图

图11为本发明水泥基材料后期变形测试详图

图12为本发明传感器组B(位移传感器和温度传感器)的连接示意图

图中：1-外箱体，2-内箱体，3-制冷管，4-储气罐，5-进气管，6-排气管，7-排气电磁阀，8-模拟箱室，9-数据线，10-环境模拟箱，11-底板，12-铟钢标准杆，13-小暗槽，14-台座，15-右钢板，16-大暗槽，17-第一轴承座，18-电机，19-套筒，20-左导轨，21-丝杆，22-螺母，23-第二轴承座，24-右高度可调的支架，25-位移传感器测头，26-立柱，27-安装孔，28-长侧模板，29-铜测头孔，30-短侧模板，31-底模板，32-螺栓，33-连接螺杆，34-铜测头，35-温度传感器测头，36-激光器孔，37-CCD光电探测器，38-早期变形试验模具，39-水泥基材料，40-混凝土试件，41-左钢板，42-左高度可调的支架。

具体实施方式

如图3、图4、图5、图6、图7、图9所示，一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置，它包括环境模拟箱10、台座14、位移传感器、温度传感器、计算机、铜测头34，台座14、位移传感器测头25、温度传感器测头35位于环境模拟箱10的模拟箱室8内，台座14的底部位于环境模拟箱10内的钢制底板11上，台座14的上部分别设有12个小暗槽13、12个大暗槽16，12个测试件位于台座14上，测试件的两端预埋有铜测头34。温度传感器包括温度传感器测头35和温度传感器控制模块，温度传感器测头35带有铜制护套，在水泥基材料浇筑时，预埋在测试件中部(每一测试件中部都预埋一温度传感器测头35)；温度传感器测头35由信号线与温度传感器控制模块的输入端相连，温度传感器控制模块的输出由信号线与计算机的输入端相连。位移传感器采用现有的非接触式激光位移传感器，非接触式激光位移传感器包括位移传感器测头25和位移传感器控制模块，位移传感器测头25进行防腐措施，位移传感器测头25包含CCD光电探测器37、激光器孔36；位移传感器测头25的激光束垂直测试件上预埋的铜测头面，位移传感器测头25由信号线与位移传感器控制模块的输入端相连，位移传感器控制模块的输出由信号线与计算机的输入端相连。环境模拟箱10的箱体上设有移动装置，两个位移传感器测头25分别固定在移动装置的右高度可调的支架24、左高度可调的支架42上。所述的移动装置包括电机18、丝杆21、轴承、第一轴承座17、第二轴承座23、螺母22、右钢板15、左钢板41、右高度可调的支架24、左高度可调的支架42，电机18为无极变速电机，电机18的输出轴由联轴器与丝杆21的后端相联，丝杆21上旋有螺母22，丝杆21的后端部由轴承与第一轴承座17相连，第一轴承座17与环境模拟箱10的箱体固定连接，丝杆21的前端部由轴承与第二轴承座23相连，第二轴承座23与环境模拟箱10的箱体固定连接；螺母22的两侧分别固定(焊接)有右钢板15、左钢板41，右钢板15、左钢板41位于同一水平面和轴线上，左钢板41的左端部的底部设有左高度可调的支架42(通过左钢板41上的安装孔固定)，右钢板15的右端部的底部设有右高度可调的支架24(通过右钢板15上的安装孔27固定)。小暗槽13、大暗槽16、测试件还可为2个或40个。

所述的左钢板41的左端的底部设有带滚轮的左立柱26，左立柱26位于左高度可调的支架42的左侧，右钢板15的右端的底部设有带滚轮的右立柱，右立柱位于右高度可调的支架24右侧；左导轨20、右导轨分别位于台座14的两侧边并与底板11固定连接，左立柱26、右立柱的下端滚轮分别与左导轨20、右导轨相接触。

所述的丝杆21位于套筒19内，套筒19的左右两侧分别设有钢板滑槽，右钢板15、左钢板41分别穿过左右侧的钢板滑槽，套筒19的后端与第一轴承座17相连，套筒19的前端与第二轴承座23相连。

所述的台座14的前端左右两侧分别设有高度可调杆架，温湿度变形小的铟钢标准杆12的两端分别与两高度可调杆架相连。

所述的测试件为两端预埋有铜测头34的砂浆试件、混凝土试件、带模试件。带模试件由早期变形试验模具38、水泥基材料39构成，水泥基材料浇筑于早期变形试验模具38内，并两端预埋铜测头34，铜测头34的测试端部穿过早期变形试验模具38的铜测头孔29，露于铜测头孔29外；带模试件由螺栓与台座14固定。对于水泥基材料的后期变形测试，可将混凝土试件40则嵌入大暗槽16中[砂浆试件则嵌入小暗槽13中]进行测试，砂浆试件或混凝土试件的水泥基材料两端预埋有铜测头34。

所述的小暗槽13的长宽高尺寸为41×161×1mm，所述的大暗槽16长宽高尺寸为101×516×1mm。

如图8所示，所述的早期变形试验模具38采用特富龙板制成[为了减少水泥基材料39与早期变形试验模具38的摩擦阻力]，主要由两个长侧模板28、两个短侧模板30、底模板31、螺栓32、连接螺杆33组成，两个短侧模板30的对角线中心处设有铜测头孔29，铜测头孔29的直径为φ6.5mm，两个短侧模板30位于两个长侧模板28两端之间，两个长侧模板28由连接螺杆33固定连接，两个长侧模板28、两个短侧模板30搁置在底模板31上，并由螺栓32与底模板31连接。

如图1、图2所示，环境模拟箱10包括箱体、传感器组A、调温元件、调湿器、气体控制元件、环境模拟控制模块，箱体由外箱体1、内箱体2构成，内箱体2位于外箱体1内，外箱体1、内箱体2上设有供进出的门，外箱体1与内箱体2之间用保温材料填充；传感器组A位于内箱体2的模拟箱室8内，传感器组A由温度、湿度和气体浓度传感器组成，传感器组A由数据线9与环境模拟控制模块相连；调温元件由制冷机组、加热器组成，加热器位于模拟箱室8内，制冷机组由制冷管3与模拟箱室8相连通，制冷管3位于模拟箱室8的上部；气体控制元件主要由储气罐4、气体过滤净化器组成，储气罐4由进气管5与模拟箱室8相连通，进气管5上设有进气电磁阀，气体过滤净化器由排气管6与模拟箱室8相连通，排气管6上设有排气电磁阀7；模拟箱室8内设有调湿器，加热器、调湿器位于模拟箱室8的下部；进气电磁阀、排气电磁阀7分别由导线与环境模拟控制模块的的输入端相连，环境模拟控制模块的输出由信号线与计算机的输入端相连。

工作原理：模拟箱室8内的温度、湿度和气体浓度等参数由传感器组A输送到环境模拟控制模块，环境模拟控制模块根据实测的环境参数自动启动或停止调温元件、调湿器、气体控制元件，从而使模拟箱室8环境参数达到试验所需要的数值。环境模拟箱10可按工程所处的环境(如：温度、湿度及大气环境)进行模拟。

由位移传感器控制模块根据非接触式激光位移传感器的CCD光电探测器测出光斑像的位置，计算出主光线的角度，从而计算出被测工件表面(测试件)激光照射点和位移传感器测头之间的距离，即位移信号。测试件的预埋铜测头端面和位移传感器测头25的端面之间的位移通过位移信号表示，即可测出任意时间内铜测头与位移传感器测头25的两端面之间位移，这两个位移的数值之和的变化量即为水泥基材料(测试件)的变形值。同时检测铟钢标准杆12与位移传感器测头25的两端面的位移变化，来消除传动装置带来的误差。

水泥基材料变形测试采用早期变形测试和后期变形测试两种方法进行，对于水泥基材料的早期变形测试，采用带模试件测试。测试前，调试好非接触式激光位移传感器的激光束垂直测试件预埋铜测头34端面，且非接触式激光位移传感器的激光面和测试件预埋铜测头34端面的间距在非接触式激光位移传感器测量范围内，测试件上的铜测头34的中心线标高与非接触式激光位移传感器的激光器孔36的中心线标高相同。用非接触式激光位移传感器的CCD光电探测器37测出被测物体端面(预埋铜测头)和非接触式激光位移传感器的位移传感器测头25的端面之间的位移，然后通过位移信号表示。温度传感器测头35带有铜制护套，在水泥基材料浇筑时，预埋在测试件中部。

水泥基材料早期变形测试，由于早期混凝土还没有足够的强度，传统的测量收缩的方法不再适用。因此早期变形测试采用带模测试，本发明中的早期变形试验模具38采用特富轮板加工而成。由于特富轮板在固体材料中具有最小的摩擦系数，可有效减轻模具表面对早期混凝土的约束，且避免拆模对早期混凝土的损伤，如图10所示。水泥基材料后期变形测试，如图11所示。

如图12所示，通过环境模拟控制模块，根据测量的要求控制箱体内的环境，由位移传感器控制模块根据非接触式激光位移传感器的CCD光电探测器测出光斑像的位置，计算出主光线的角度，从而计算出被测工件表面(测试件)激光照射点和位移传感器测头之间的距离，即位移信号。由多通道温度传感器控制模块采集各温度传感器测头的温度信号。各模块和计算机相连，实验数据分析和计算工作主要是在excel电子表格中完成的。从而实现了一对位移传感器同时对多组试件进行工程环境模拟下各种变形的适时在线监测。

本发明基本参数包括：总容积约为2.5立方米，温度控制范围为0-70℃，湿度控制范围20-95％RH，气体浓度范围为0-20％，测试的分辨率为0.001mm，数据采集时间25ms。

Claims (6)

1.一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置，它包括环境模拟箱(10)、台座(14)、位移传感器、温度传感器、计算机、铜测头(34)，台座(14)位于环境模拟箱(10)内，台座(14)的底部位于环境模拟箱(10)内的底板(11)上，台座(14)的上部分别设有2-40个小暗槽(13)、2-40个大暗槽(16)，2-40个测试件位于台座(14)上，测试件的两端预埋有铜测头(34)；位移传感器包括位移传感器测头(25)和位移传感器控制模块，位移传感器测头(25)的激光束垂直测试件上预埋的铜测头面，位移传感器测头由信号线与位移传感器控制模块的输入端相连，位移传感器控制模块的输出由信号线与计算机的输入端相连；温度传感器包括温度传感器测头(35)和温度传感器控制模块，温度传感器测头(35)预埋在测试件中部；温度传感器测头(35)由信号线与温度传感器控制模块的输入端相连，温度传感器控制模块的输出由信号线与计算机的输入端相连；其特征在于：环境模拟箱(10)的箱体上设有移动装置，两个位移传感器测头(25)分别固定在移动装置的右高度可调的支架(24)、左高度可调的支架(42)上；所述的移动装置包括电机(18)、丝杆(21)、轴承、第一轴承座(17)、第二轴承座(23)、螺母(22)、右钢板(15)、左钢板(41)、右高度可调的支架(24)、左高度可调的支架(42)，电机(18)的输出轴由联轴器与丝杆(21)的后端相联，丝杆(21)上旋有螺母(22)，丝杆(21)的后端部由轴承与第一轴承座(17)相连，丝杆(21)的前端部由轴承与第二轴承座(23)相连；螺母(22)的两侧分别固定有右钢板(15)、左钢板(41)，右钢板(15)、左钢板(41)位于同一水平面和轴线上，左钢板(41)的左端部的底部设有左高度可调的支架(42)，右钢板(15)的右端部的底部设有右高度可调的支架(24)。

2.根据权利要求1所述的一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置，其特征在于：所述的左钢板(41)的左端的底部设有带滚轮的左立柱(26)，左立柱(26)位于左高度可调的支架的左侧，右钢板(15)的右端的底部设有带滚轮的右立柱，右立柱位于右高度可调的支架(24)右侧；左导轨(20)、右导轨分别位于台座(14)的两侧边并与底板(11)固定连接，左立柱(26)、右立柱的下端滚轮分别与左导轨(20)、右导轨相接触。

3.根据权利要求1所述的一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置，其特征在于：所述的丝杆(21)位于套筒(19)内，套筒(19)的左右两侧分别设有钢板滑槽，右钢板(15)、左钢板(41)分别穿过左右侧的钢板滑槽，套筒(19)的后端与第一轴承座(17)相连，套筒(19)的前端与第二轴承座(23)相连。

4.根据权利要求1所述的一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置，其特征在于：所述的台座(14)的前端左右两侧分别设有高度可调杆架，铟钢标准杆(12)的两端分别与两高度可调杆架相连。

5.根据权利要求1所述的一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置，其特征在于：所述的测试件为带模试件，带模试件由早期变形试验模具(38)、水泥基材料(39)构成，水泥基材料浇筑于早期变形试验模具(38)内，并两端预埋铜测头(34)，铜测头(34)的测试端部穿过早期变形试验模具(38)的铜测头孔(29)，并露于铜测头孔(29)外；带模试件由螺栓与台座(14)固定。

6.根据权利要求5所述的一种多环境条件下水泥基材料变形测试装置，其特征在于：所述的早期变形试验模具(38)主要由两个长侧模板(28)、两个短侧模板(30)、底模板(31)、螺栓(32)、连接螺杆(33)组成，两个短侧模板(30)的对角线中心处设有铜测头孔(29)，两个短侧模板(30)位于两个长侧模板(28)两端之间，两个长侧模板(28)由连接螺杆(33)固定连接，两个长侧模板(28)、两个短侧模板(30)搁置在底模板(31)上，并由螺栓(32)与底模板(31)固定连接。

Images