CN1928553A - 非破损型混凝土初终凝时间测试方法及其使用的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混凝土初终凝时间测试方法以及由此配套设计的混凝土初终凝时间、塑性收缩率和长期干缩多功能测试装置技术领域。本发明所述的非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置，包括一根传递棒、两个隔板、千分表和夹紧螺丝，传递棒的一端穿过一个隔板，由夹紧螺丝固定，另一端与穿过第二块隔板的千分表的锥形端接触。本发明的装置不需破坏混凝土材料凝结形成的框架结构，所得数据真实反映了材料的性质。本发明方法配套的装置小巧，携带方便，操作简单，对环境要求不高，非常适合现场性能测试。

Description

非破损型混凝土初终凝时间测试方法及其使用的装置

技术领域

本发明涉及一种混凝土初终凝时间测试方法以及由此配套设计的混凝土初终凝时间、塑性收缩率和长期干缩多功能测试装置技术领域。

背景技术

随着现代混凝土技术的进步，越来越多的依靠各种外加剂来改善混凝土的性能，而混凝土的初终凝时刻往往是材料各种性能的分界点，外加剂的分时掺加以及施工要求都需要准确测量混凝土的初终凝时间。尤其在碾压混凝土路面多水平层面浇注施工时，混凝土的初凝时间测定是否精确直接决定了整体施工质量的好坏。目前，在试验室中测量初凝时间的方法有：拔出强度法、改良维卡针法、电学法、声波法和热量法等。但是这些方法大多都局限于测量水泥浆的初终凝时间，要获得混凝土的初终凝时间需要从水泥初终凝时间推算获得。

目前，国家标准规定的是使用贯入阻力法来测试混凝土初终凝时间。贯入阻力法主要通过测试混凝土早期的力学性能来推算初终凝时间，这种方法存在以下几个缺陷：一、测试时剔除了混凝土中的石子，实际上测试的是与混凝土相应的砂浆初终凝时间，由于无法预知石子对混凝土凝结时间的影响，因此整个标准测试的实质上是砂浆的初终凝时间而不是确切的混凝土初终凝时间。二、由于需要对混凝土材料在凝结过程中的力学性能进行连续监测，因此需要人为对材料进行压力试验，为了得到连续的实验曲线，这样势必造成多个破损点，改变了砂浆体内部分结构，导致后期测量得到的贯入力不准确，三、贯入压力均由人为加载，受实验者影响较大，而且实验员的操作熟练性对测试结构也影响比较大，因此人为误差对实验结果影响巨大。四、整个测试过程持续时间长，且无法自动记录，实验工作量大。

混凝土是应用量最大的建筑结构材料，但是由于混凝土材料本身脆性大，易开裂等缺陷导致其应用受到限制。因此在大型工程应用之前，往往要预先测得所使用混凝土材料的收缩变形率，这也是预防、抑制开裂的一个比较好的手段。但是目前对于混凝土的塑性自由收缩率尚无标准可循，也没有合适的装置对其予以测量。目前标准规定的混凝土长期收缩率测试方法存在如下缺陷：一、每次测试过程中都不能保证试件的原始测试位置，数据离散，实验重复性较差。二、由于测试设备所使用材料与混凝土材料的热膨胀、湿涨性能等差异常导致系统误差。三、测试过程工作量大，且无法长期在线测试。

发明内容

本发明的目的是提供一种非破损型测试混凝土初终凝时间的方法。

本发明的另一个目的是提供这种非破损型测试混凝土初终凝时间的方法所使用的装置。

在混凝土初凝时间之前，水泥中大量的硅酸三钙和硅酸二钙熟料水化，这样一方面混凝土中被水化消耗掉，产生化学减缩；另一方面混凝土中的自由水蒸发留下水分空洞，因此混凝土在这一阶段急剧收缩，大量水化产物的形成也在混凝土内部形成初步的网络搭接，对于整体混凝土来说则具备了初步的承载能力即初凝。当混凝土处于初凝时间之后，其内部骨架搭接完成，水泥熟料被大量已经形成的水化产物包裹，与自由水的接触大大减少，水化速度趋于减缓，所形成的水化产物主要是填充初期的骨架，进一步密实材料的内部结构，同时水分蒸发速度也变慢，因此这一阶段的混凝土收缩也渐平缓，而混凝土的强度却增加较快，具备了一定的承载能力，即达到了混凝土终凝。本方法就是根据混凝土在早期水化凝结过程中材料塑性变形的发展变化规律来测试混凝土的初、终凝时间。

但是从已经获取的平滑塑性收缩率与时间的曲线比较难以界定混凝土的初凝和终凝时间，本方法对已经获得的混凝土收缩率值时间曲线分别进行一次微分和二次微分发现，收缩率曲线的一阶微分曲线均存在一个最高峰值，此峰值与混凝土的初凝时间正好对应，而二阶微分的曲线趋于水平的时间与终凝时间相对应。

根据上述方法原理，同时针对现有技术的不足和缺陷，本发明提供的非破损型测试混凝土性能的装置还能测试混凝土早期塑性收缩率及长期收缩率。

本发明所述的非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置，包括一根传递棒、两个隔板、千分表和夹紧螺丝，传递棒的一端穿过一个隔板，由夹紧螺丝固定，另一端与穿过第二块隔板的千分表的锥形端接触。

本发明所述的非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置，每块隔板包括底座和挡板，底座用来支撑整个隔板并保证浇注时整个装置的稳定性。

本发明所述的非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置，传递棒尽量采用与混凝土材料热膨胀系数近似的材料。混凝土材料的热膨胀系数在7-13με/℃，高碳钢的热膨胀系数为10με/℃，所以一般选用高碳钢，也可以选用其它与混凝土材料的热膨胀系数接近的材料。由于常规情况下百分表和千分表的伸缩管套筒直径一般是8mm，为保证两边配套夹具的通用性，故需要将传递棒直径固定在8mm，形状为圆柱形。传递棒的长度没有具体要求，只要与待测试的混凝土试件的长度相适应即可。

本发明所述的非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置，为了使用更加方便，不需要人工计数，千分表可采用电测千分表，这样就同时需要一个读数和数据处理器，即与电测千分表连接的计算机，可以自动读数和处理数据，最后得出结果，省去了人工读数和计算的过程。

本发明所述的非破损型测试混凝土初终凝时间装置，其具体使用方法是：在浇注混凝土过程中，将装置放在试模中，然后向内部灌入混凝土、振捣，振捣成型后安装好千分表等后续测试设备。整个注模振捣过程务必保证整个装置底座与试模底板之间无砂石进入。

当混凝土收缩时会推动两隔板向中间移动，相应带动应变传递棒，从与之紧密接触的千分表上可以读出整个试件长度变化，通过对混凝土材料早期变形的监控获得材料收缩变形与时间的关系曲线，对曲线分别予以一阶微分和二阶微分，取其一阶微分最高峰值点对应的时间即为初凝时间，二阶微分曲线趋于水平的时间点为终凝时间。

初、终凝时间测定之后还可以继续测试混凝土的长期收缩率。长期收缩率的测试与塑性收缩率的测试方法一样。

本发明所述的非破损型测试混凝土初终凝时间的方法，该方法步骤如下：

a、利用本发明所述的非破损型测试混凝土初终凝时间装置测得混凝土在初、终凝时间内试件长度变化和时间数据组；

b、对上述获取的数据组转换成试件长度变化的应变值以及相对应的时间，作出应变-时间关系曲线，再对应变-时间关系曲线求一阶导数和二阶导数，取一阶导数的峰值点所对应的时间为初凝时间，取二阶导数趋于水平的起始点对应的时间为终凝时间。

本发明的有益效果：

1)相对贯入阻力法中对混凝土中砂浆进行贯入阻力实验，本方法测试的是混凝土材料本身的收缩变形，整个数据的处理都是针对混凝土材料进行，因此测试所得到的是准确的混凝土材料初凝、终凝时间。

2)本发明方法无需对材料进行破坏性实验，从而没有破坏混凝土材料凝结形成的框架结构，所得数据真实反映了材料的性质。

3)本发明方法配套装置集多种功能于一体，通过一次性成型能够获得混凝土材料的多种信息，包括初终凝时间、早期塑性收缩率以及长期收缩率数据。

4)本发明方法的数据测试记录可以通过电测千分表、电脑等后续设备进行连续自动测试，可以进一步消除了人为读数误差，因此数据误差小，收敛性好，并且大大减小工作量。

5)本发明方法配套的装置小巧，携带方便，操作简单，对环境要求不高，非常适合现场性能测试。

附图说明

图1为本发明所述的非破损型测试混凝土初、终凝时间装置示意图。

图2为收缩率-时间关系曲线图。

图3为1号混凝土的应变-时间一阶导数和二阶导数曲线图。

图4为2号混凝土的应变-时间一阶导数和二阶导数曲线图。

图5为3号混凝土的应变-时间一阶导数和二阶导数曲线图。

图6为测试的3个混凝土试件的应变-时间一阶导数和二阶导数平均曲线图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的非破损型测试混凝土初终凝时间装置，包括一根传递棒1、左隔板4、右隔板3、千分表2和夹紧螺丝5，传递棒1的一端穿过左隔板4，由夹紧螺丝5固定，另一端与穿过右隔板3的千分表的锥形端接触。

本发明所述的非破损型测试混凝土初终凝时间装置，每块隔板的底座用来支撑整个隔板并保证浇注时整个装置的稳定性。传递棒采用与混凝土材料热膨胀系数近似的材料高碳钢，形状为圆柱形，直径8mm。

本发明所述的非破损型测试混凝土初终凝时间装置，千分表为优选为电测千分表，同时包括读数和数据处理器。

实验室配制一组混凝土(共3块)，配比为水泥∶水∶砂∶石＝1∶0.4∶1.57∶2.36。机械拌合，试件尺寸为100×100×515mm³。在浇注混凝土过程中，将预先已经安装好的装置放在试模中，然后再向内部灌入混凝土、振捣，整个注模振捣过程务必保证整个装置底座与试模底板之间无砂石进入。振捣成型后安装好千分表及读数和数据处理器。

从加水时刻计其初始时间t₀，直至试件成型安装好测试仪器，用卷尺测量两搁板之间的距离L，同时记录千分表初始读数l₀以及数据记录时间。此后，若使用电测千分表，则通过与电脑连接自动记录千分表读数l和时间t，若无电测千分表，则每隔一定时间(如20min)记录千分表读数l和时间t。记录直至千分表读数维持不变达两小时以上。

将原始长度数据通过公式 $\mathrm{\ϵ}=\frac{l-l_0}{L}$ 和T＝t-t₀转换得到试件应变值-时间关系，作出3块试件应变值-时间关系曲线图以及3块的平均应变-时间关系曲线图，如图2。然后分别就应变-时间关系对时间求一阶导数和二阶导数，如图3、4、5所示，图6为三块混凝土试件的应变-时间关系一阶导数和二阶导数的平均值曲线。取一阶导数的峰值点所对应的时间为初凝时间，取二阶倒数趋于水平的其始点对应的时间为终凝时间，结果见表1。

                      表1初、终凝时间对应结果

编号	1#	2#	3#	均线值(average)
					初凝时间(h)	4.1	4.0	4.1	4.2
终凝时间(h)	7.0	7.1	6.8	7.0

Claims (6)

1、一种非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置，其包括一根传递棒、两块隔板、千分表和夹紧螺丝，传递棒的一端穿过第一块隔板，由夹紧螺丝固定，另一端与穿过第二块隔板的千分表的锥形端接触。

2、如权利要求1所述的非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置，其特征在于，传递棒采用与混凝土材料热膨胀系数近似的材料。

3、如权利要求1所述的非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置，其特征在于，传递棒是直径为8mm的圆柱形。

4、如权利要求1～3所述的任一非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置，其特征在于，千分表是电测千分表，还包括与之连接的读数和数据处理器。

5、如权利要求1～3所述的任一非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置在测试混凝土塑性收缩率和长期收缩率中的应用。

6、一种非破损型测试混凝土初、终凝时间的方法，该方法步骤如下：

a、利用权利要求1～3所述的非破损型测试混凝土初、终凝时间的装置测得混凝土在初、终凝时间内试件长度变化和时间的数据组；

b、对上述获取的数据组转换成试件长度变化的应变值以及相对应的时间，作出应变-时间关系曲线，再对应变-时间关系曲线求一阶导数和二阶导数，取一阶导数的峰值点所对应的时间为初凝时间，取二阶导数趋于水平的起始点对应的时间为终凝时间。

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