CN202471499U - 一种混凝土早期抗裂性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混凝土早期抗裂性能测试装置，所述装置包括固定构件和沿固定构件的长度方向对应设置的两个可调应力发生器，所述各可调应力发生器的两端分别通过可调转动轴与固定构件相连接。本实用新型提供的混凝土早期抗裂性能测试装置，能够在数小时之内快速测试出不同混凝土的抗裂性能，并进行准确的量化与评价，为评价混凝土材料的抗裂性能提供了快捷准确的方法，尤其适合在现场工地进行材料测试；且该方法较敏感、较为经济适用，为提高机场道面及其他领域工程的混凝土材料的早期抗裂性能提供了标准的测试手段和依据，对于实际混凝土工程具有较强的指导意义。

Description

一种混凝土早期抗裂性能测试装置

技术领域

本实用新型涉及建筑技术领域，具体涉及一种混凝土早期抗裂性能测试装置，能够快速准确的测试出不同混凝土的抗裂性能，适用于在现场工地进行混凝土材料测试。 

背景技术

关于混凝土材料开裂性能的研究已成为混凝土研究中的重要内容之一。目前混凝土开裂变形性能的测试方法，主要分为无约束条件下混凝土收缩测试方法以及约束条件下混凝土开裂性能测试方法。测试混凝土在约束条件下的变性性能，更能接近混凝土在实际工程中的使用状况，但是目前国内外混凝土材料标准中尚无评价混凝土材料在约束条件下开裂性能的统一测试方法，各国对混凝土开裂性能的测试方法都尚处于试验阶段，没有形成统一的标准。 

目前常用的混凝土在约束条件下开裂性能的测试方法主要有平板法、圆环法和棱柱体法，这些方法虽然能够解决一定的问题，但各自也存在不足： 

1、平板式限制收缩开裂试验方法〔平板法〕 

平板式限制收缩开裂试验方法中试件为平板状，试件的变形受到底座或者两端钢模板或钢筋条的约束。如图1-1、1-2所示，试件为600mm×600mm×63mm的平面薄板，底座01也是钢材质，混凝土浇筑在钢模03内，钢模内衬塑料膜05，当混凝土04浇筑后，发生收缩时受到四周的钢筋条02的约束，混凝土变形受到约束限制，约束应力大于混凝土拉力时，试件会出现开裂。平板法的主要特点是比较易于操作，能迅速有效的研究混凝土和砂浆的塑性干缩性能。目前国内外主要的平板实验方法有： 

（1）Kraai法（美国） 

此种研究混凝土抗裂性的平板试验装置及测试方法由圣约瑟(San Jose)州立大学的Kraai提出，由放置在周边的L形钢筋网提供约束，试模内部底面铺一层塑料薄膜以减少对混凝土的约束。试件浇筑后，用太阳灯和电风扇模拟工作环境，24小时后，测定裂缝长度和宽度。由于试模尺寸厚度为19mm，比较薄，只适合用于研究砂浆和筛出石子后的混凝土的收缩开裂，后经过改进，才可以用来测试混凝土的开裂性能。 

此方法在美国ACI协会报告中（ACI 544.2R-89 Measurement of Properties of Fiber Reinforced Concrete）推荐为测试合成纤维混凝土开裂性能的一种方法。 

(2)ICBO(International Conference of Building Officials)标准法（国际建筑学会） 

在对混凝土抗塑性收缩和干燥收缩开裂的研究中，Parviz Soroushian的研究小组(美国密西根州立大学)采用了一种弯起钢板充当约束的平板式试验装置。这种方法采用单槽诱导裂缝出现，使试验效果更加突出，可更加迅速的评价混凝土的开裂性能，如果结合一些必要的图像分析和处理方法，能提供一套粗略定量评价混凝土开裂性能的方法。此方法也被ICBO(International Conference of Building Officials)的合成纤维混凝土标准（Acceptance Criteria for Concrete with Synthetic Fibers）推荐为检测混凝土开裂性能的方法。 

该方法试模尺寸560mm×365mm×114mm，用弯起的波浪形的薄钢板提供约束，混凝土填充在模具中，上表面暴露于风速为9.5m/s、相对湿度40%的环境中，持续3小时。由于试模尺寸厚度为114mm，可用于研究混凝土和砂浆塑性收缩和干燥收缩引起的开裂。美国的Purdue大学在这方面的工作开展得很多。但此种方法仅设一道单槽刀口诱导裂缝，仅仅能表征刀口处混 凝土的开裂性能，且由于骨料在混凝土中分布不均匀，单槽刀口诱导产生的裂缝受干扰影响因素较多，对整体混凝土代表性较小。 

以上这两种试验方法采用相同的开裂评价指标，即收缩裂缝指数。根据裂缝的宽度，将裂缝分为大(大于3mm)、中(2-3mm)，小(1-2mm)，细(小于1mm)四种类型，定义其度量指数分别为3，2，1，0.5，每一度量指数乘以其相应的裂缝长度，相加后即为该试件的收缩裂缝指数。用裂缝控制率来评价对混凝土和砂浆抗裂性的改善程度。 

裂缝控制率：K=(1-m/m0)×100%； 

其中：K表示裂缝控制率；m为改性后的砂浆的裂缝指数；m0为基准砂浆的裂缝指数。 

平板试验方法具有简单易操作的特点，但平板法只能对混凝土收缩提供部分的不均匀的收缩变形，且在裂缝的量化与后期处理方面存在缺陷，例如Kraai法因裂缝产生的无规律性使得无法精确对混凝土开裂进行定量评价，而且ICBO标准法只能提供部分的不均匀的约束。因此平板法无法准确的表征混凝土抗裂性能。 

2、圆环限制收缩开裂试验方法(圆环法) 

圆环试验方法最早由MIT(麻省理工学院)的Roy Carlson于1942年提出，当时用来研究水泥净浆和砂浆的抗裂性。后来，Karlwieghnk和McDonald在研究混凝土的抗裂性时也采用了这套装置，但是由于使用了不同粒径的粗集料，试模尺寸有了较大的改动。水泥净浆、砂浆和混凝土的圆环试验装置结构类似，只是尺寸有所不同。如图2所示，装置由一个钢环07和塑料垫08组成，两个环被固定在木制底板上，混凝土在两环中成型为环状试件，即混凝土环06。拆模时间可依据研究的需要确定，拆除外模后，试件顶部用硅橡胶密封，因此只允许试件外表面收缩。试件养护于20℃和相对湿度50%的条件下，裂缝宽度用专门设计的显微镜测量。测试指标是混凝土总收缩引起 开裂的裂缝宽度。 

1999年美国道路工程师协会(AASHTO)推荐了一个标准混凝土环尺寸：外直径为457mm，内直径为305mm，高度为152mm，钢环厚度12.7mm±0.4mm。混凝土浇注后，通过贴在钢环上的4个应变计监测钢环的应变发展，每30min记录1次应变，并观测裂缝是否产生，以此来确定试件的开裂时间。有1个或更多应变计的应变值出现下降(约为20～30微应变)的时间为混凝土开裂的时间。记录开裂后裂缝的宽度及开裂模式。试件开裂后再观测15d，记录应变的发展过程和裂缝的宽度。然后用100倍显微镜沿环高度方向观测裂缝宽度，将环的高度等分为三份，即沿环高度方向平均取三点，按照三个点处的宽度读数的平均值为此裂缝的宽度。测定裂缝的长度和宽度，用裂缝的开裂面积(或宽度)表述混凝土的开裂性能。 

圆环法的不足在于：大量的研究实践表明，圆环试验在研究水泥浆和砂浆的抗裂性时，由于水泥浆和砂浆环的收缩能沿环比较均匀的分布，所以试验效果明显；而混凝土中由于粗集料的存在，使混凝土环表面水份蒸发受到一定的阻碍，从而使混凝土的外表面不能沿环均匀的收缩，再加上粗集料对裂缝的限制分散作用，使混凝土表面容易形成不可见的微裂纹，释放一部分收缩应力，从而，使可见裂纹的最大宽度及对混凝土的抗裂性评价受到影响。所以，圆环试验方法存在以下缺点：测试时间长，敏感性差。采用圆环法测试时，试件通常要经过较长时间才会出现初始裂缝，有时甚至因敏感性差而不会出现。 

近几年国内有学者也采用此类方法对混凝土的开裂性能进行了试验研究。圆环试验方法主要问题是，测试时间长，敏感性差。采用圆环法测试时，试件通常要经过较长时间才会出现初始裂缝，有时甚至因敏感性差而不会出现。 

3、棱柱体式限制收缩开裂实验方法 

棱柱体法也是一种普遍采用的研究收缩开裂的试验方法。20世纪60年代，德国慕尼黑技术大学建筑材料和构件检测研究所的Springenschmid根据道路和水工工程建设的需要，研制了一套开裂实验框架来研究混凝土的开裂趋势（装置如图3所示），并且由RILEM-TC119制定了开裂试验架的推荐性标准。 

开裂试验框架由通过两根纵向钢筋相连的两块钢横头组成。纵向钢筋由热膨胀系数很低的钢材制成，这样在混凝土试件硬化过程中，两块横头之间的间距保持一致，混凝土梁既不会膨胀也不会收缩。可研究完全约束条件下的约束应力。混凝土浇筑在由底模7、楔形端模1、前段端模3、后端端模2、主侧模4以及填充侧模5组成的钢模中，模板可以通过模板高度调节装置6进行调节，后端约束横梁10为固定端，前端约束横梁8为移动端，通过步液压伺服系统14进行控制。同时混凝土的早期弹性模量也能够通过这类装置进行测定。在试验架中，水平浇筑1.5m长，横截面积为150mm×150mm的试件。梁的两端固定在十字头中，一个十字头可调，另一个连在厚重的纵向刚性钢棒上，侧面的约束横梁9用来约束混凝土试件12的横向位移。为了量测长度，用两根钢棒混凝土浇筑横向连在试件主轴上，钢棒间距500mm。在试样两侧用碳纤维棒上的传感器测量钢棒的距离。传感器的灵敏度为0.0001mm。只要两根钢棒之间的混凝土变形超过0.001mm，可调十字头就通过步进马达来回移动，保持总变形为0，这样就达到了完全的纵向约束。作为十字头控制的结果，所产生的约束力由加载荷连续的记录下来。横头之间的纵向框架有绝热层和冷却系统，其上还放置了应变仪和力传感器13以测定混凝土的纵向应力。试验时，在开裂试验框架内浇注和振捣混凝土拌合物，硬化过程中防止水分蒸发。进行试验时，混凝土温度在半绝热条件下升高，四天之后开始人工降温，直到纵向应力下跌，表明混凝土己经开裂。以色列的Bloom和Bentur[i]在研究中改进了试验装置，用电脑控制拉应力的测量， 从而可以明确知道混凝土的开裂时间。 

棱柱体法的不足在于：该方法通常用于评估因为温度作用而引起的开裂，单轴约束试验结果能够为道路混凝土、大体积混凝土等混凝土结构的配合比设计及施工提供依据，为提高混凝土的抗裂性能提供设计指导。但其存在的主要缺点是，不便于进行现场检测，且仪器灵敏度要求高，造价成本较高。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种混凝土早期抗裂性能测试装置，能够对包括机场道面在内的混凝土早龄期的抗裂性能进行测试，以实现快速准确的评价不同混凝土的抗裂性能。 

本实用新型为了解决上述技术问题，公开了一种混凝土早期抗裂性能测试装置，所述装置包括固定构件和沿固定构件的长度方向对应设置的两个可调应力发生器，所述各可调应力发生器的两端分别通过可调转动轴与固定构件相连接。 

进一步，所述各可调应力发生器分别由两个长度调节装置和两个角度调节装置组成，通过所述两个角度调节装置调节所述两个长度调节装置之间夹角的大小。 

进一步，所述各角度调节装置分别包括角度调节滑轨、角度调节滑板和滑板固定螺母，所述角度调节滑板通过滑板固定螺母固定在角度调节滑轨上，所述角度调节滑板通过角度调节滑轨自由调节。 

进一步，所述各长度调节装置分别由多个长度调节边板和高性能磁铁装置组成，所述相邻两个长度调节边板之间通过高性能磁铁装置相连接。 

进一步，所述固定构件包括底板和固定端，所述固定端垂直设置于底板的两侧。 

进一步，所述固定构件采用全钢质材料制成。 

采用上述本实用新型技术方案的有益效果是：本实用新型提供的混凝土早期抗裂性能测试技术，能够在数小时之内快速测试出不同混凝土的抗裂性能，并进行准确的量化与评价，为评价混凝土材料的抗裂性能提供了快捷准确的方法，尤其适合在现场工地进行材料测试；且该方法较敏感、较为经济适用，为提高机场道面及其他领域工程的混凝土材料的早期抗裂性能提供了标准的测试手段和依据，对于实际混凝土工程具有较强的指导意义。 

附图说明

图1-1为目前使用的平板式混凝土开裂测试装置结构图； 

图1-2为目前使用的平板式混凝土开裂测试装置结构图； 

图2为目前使用的圆环开裂测试装置结构图； 

图3为目前使用的棱柱体式限制收缩开裂测试装置结构图； 

图4为本实用新型实施例中混凝土早期抗裂性能测试装置的结构图； 

图5为本实用新型实施例中混凝土早期抗裂性能测试装置在约束条件下试板收缩时的受力分析图； 

图6为本实用新型实施例中A点与A’点的受力分析图； 

图7为本实用新型实施例中A-A’一侧的试板受力分析图； 

图8为本实用新型实施例中一种混凝土早期抗裂性能测试方法的流程图； 

图9为本实用新型实施例中测试方法的计算所述混凝土试板上的裂缝的平均裂缝宽度的图示； 

图10为本实用新型实施例中用三种混凝土抗裂测试方法进行对比试验结果的柱形图； 

图11为本实用新型实施例中掺入两种不同减水剂的C40混凝土平均裂 缝宽度随时间变化曲线图； 

图12为本实用新型实施例中掺入两种不同减水剂的C40混凝土测试平均裂缝宽度结果的柱形图； 

图13为本实用新型实施例中掺入两种不同减水剂的C40混凝土测试平均裂缝宽度结果的柱形图。 

附图中，各标号所代表的部件列表如下： 

01、底座， 

02、钢筋条， 

03、钢模， 

04、混凝土， 

05、塑料薄膜， 

06、混凝土环， 

07、钢环， 

08、塑料垫， 

1、楔形端模， 

2、后端端模， 

3、前段端模， 

4、主侧模， 

5、填充侧模， 

6、模板高度调节装置； 

7、底模， 

8、前端约束横梁， 

9、侧面约束横梁， 

10、后端约束横梁， 

12、混凝土试件， 

13、力传感器， 

14、液压伺服系统， 

100、底板， 

200、固定端， 

300、可调转动轴， 

400、长度调节边板， 

500、高性能磁铁装置， 

600、角度调节滑轨， 

700、角度调节滑板， 

800、滑板固定螺母。 

具体实施方式

针对目前混凝土在约束条件下开裂性能的测试方法平板法、圆环法和棱柱体法的部分不足，拟提出一种方法能使试件准确、快速的产生开裂，并且能提供裂缝评价指标对混凝土材料开裂性能进行准确的量化比较，且该方法较敏感、较为经济适用，便于在工程现场操作和使用。为提高机场道面及其他领域工程的混凝土材料的早期抗裂性能提供了测试手段和依据。对于实际混凝土工程具有较强的指导意义。 

要使得混凝土试板在约束条件下快速产生开裂，关键在于约束条件。混凝土的收缩受到了约束条件的限制，当收缩应力大于混凝土自身抗力时，试板即会开始出现开裂。平板法靠平板四周的钢筋条产生约束；圆环法由试板内壁的圆钢环产生约束；棱柱体法由一端固定，一端移动，保持长度不变产生约束。对比以上约束条件，本实用新型拟采用应力发生器产生应力集中来提供约束，从而使得试板在此约束状态下快速开裂。而开裂后裂缝量化的准确性和便捷性也是十分重要的要求，为了使得试板产生单道裂缝更加便于数 据测量和观测，多条不规则裂缝会使后期数据采集和处理产生一定的困难。而且试验条件中温度和湿度必须保持在一定范围内稳定，所得的测试数据才会准确，才能使材料开裂性能准确量化。 

基于此，本实用新型研制了混凝土早期抗裂性能测试装置，及哑铃型混凝土开裂性能测定仪，其基本原理是使测试装置本身带有可调应力发生器，对被测材料实施有效的开裂诱导，并且在端部对混凝土试板提供约束，使混凝土试板产生开裂。经过反复对比证实，在其它试验条件相同的情况下，该方法能使试板快速开裂。 

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。 

本实用新型实施例提供了一种混凝土早期抗裂性能测试装置，图4为本实用新型实施例中混凝土早期抗裂性能测试装置的结构图，如图4所示：所述混凝土早期抗裂性能测试装置包括固定构件和沿固定构件的长度方向对应设置的两个可调应力发生器，所述各可调应力发生器的两端分别通过可调转动轴300与固定构件相连接。 

其中，所述各可调应力发生器分别由两个长度调节装置和两个角度调节装置组成，通过所述角度调节装置调节所述两个长度调节装置之间夹角的大小。所述各角度调节装置分别包括角度调节滑轨600、角度调节滑板700和滑板固定螺母800，所述角度调节滑板700通过滑板固定螺母800固定在角度调节滑轨600上，所述角度调节滑板700通过角度调节滑轨600自由调节；所述各长度调节装置分别由多个长度调节边板400和高性能磁铁装置500组成，所述相邻两个长度调节边板400之间通过高性能磁铁装置500相连接；所述固定构件包括底板100和固定端200，所述固定端200垂直设置于底板100的两侧。其中，所述长度调节边板400的个数依据实际使用时的需要而进行选择，可以是2个、3个、4个、……、或是10个不等；所述高性能磁 铁装置500是指具有强力磁性的磁铁装置。 

在本实用新型实施例中，所述固定构件采用全钢质材料制成。在两侧固定端和可调应力发生器之间，由可以自由转动的可调转动轴来连接。固定端主要提供轴向方向的约束，中间可调应力发生器的角度可以在一定范围内自由调节，由此选择最适合的角度，角度太大会使混凝土试件尺寸过窄，失去材料代表性；角度太小会影响试件的敏感性，因此此角度需要在满足混凝土最大粒径要求的前提下，进行多次调节测试，直至调节到敏感性最强的应力发生器角度。在进行角度调节的同时，会使测试装置两侧边板的长度产生变化，因此本实用新型提供了长度调节装置，使测试装置两侧边板在一定范围内按照需求自由的变换长度且依靠高性能磁铁装置使试模边板密闭，在浇筑混凝土时，很好的解决了渗水漏水等可能发生的情况。调节角度时，通过调节角度调节装置的滑板可使长度调节边板在一定角度范围内自由组合角度。应力发生器的角度和边板长度调节后，固定构件使角度和长度在测试整个过程中保持恒定不变，在确定好最佳角度的应力发生器后，将各部分固定，即可进行开裂性能测试试验。 

当将混凝土浇入测试装置后，在应力发生器的诱导下，使试板在中间的两侧均产生应力集中，测试装置的两端均可提供轴向方向的约束。混凝土收缩时，受到来自应力发生器和测试装置端部的约束，当收缩应力大于混凝土抗力时，试板会很快出现开裂。本实用新型的测试装置适用于混凝土早期的开裂性能评价，敏感性强，快捷准确，也方便在施工现场使用。 

混凝土的抗裂性能测试装置应提供足够的约束使混凝土材料在此约束状态下产生开裂，测试装置的刚度直接决定了所能提供的约束能力的大小，因此抗裂测试仪器装置的刚度是十分重要的。此装置的刚度原则上应比混凝土28龄期的试板刚度大。本测试装置的刚度主要有固定端刚度和可调角度段刚度组成，其中钢材的弹性模量为E=206×10³N/mm²,固定端的弯曲刚度为： 

$K_1=\frac{48\mathrm{EI}}{l_1^3}=\frac{48E\×\frac{{\mathrm{bh}}^3}{12}}{l_1^3}=\frac{48\×206\×{10}^3\×\frac{10\×{100}^3}{12}}{{230}^3}=6.78\×{10}^{5}N/\mathrm{mm};$

可调角度段的弯曲刚度系数为： 

$K_2=\frac{48\mathrm{EI}}{l_2^3}=\frac{48E\×\frac{{\mathrm{bh}}^3}{12}}{l_2^3}=\frac{48\×206\×{10}^3\×\frac{10\×{100}^3}{12}}{{170}^3}=9.1\×{10}^{5}N/\mathrm{mm};$

可调角度段的弹性刚度为： 

$K_3=\frac{\mathrm{EA}}{l_3}=\frac{E\×\mathrm{bh}}{l_3}=\frac{206\×{10}^3\×10\×100}{450}=4.58\×{10}^{5}N/\mathrm{mm};$

所以由以上各部分的刚度K₁,K₂,K₃求得装置刚度为： 

$K=\frac{1}{\frac{1}{{4K}_1}+\frac{1}{{4K}_2}+\frac{1}{{4K}_3}}=\frac{4}{\frac{1}{6.78\×{10}^5}+\frac{1}{9.1\×{10}^5}+\frac{1}{4.58\×{10}^5}}=8.39\×{10}^{5}N/\mathrm{mm};$

计算混凝土的刚度，选取截面为中央处200mm×60mm矩型截面，取C40混凝土28d龄期弹性模量为4×10⁴N/mm²，长度为1400mm，则此时混凝土刚度为： 

$K_c=\frac{E_c{A}_c}{l_c}=\frac{E_c\×\mathrm{bh}}{l_c}=\frac{4\×{10}^4\×200\×60}{1400}=3.4\×{10}^{5}N/\mathrm{mm};$

因此本混凝土开裂测试装置刚度K>K_c，装置的刚度满足测试混凝土材料开裂性能的要求。 

为了更好的说明本实用新型的测试装置，以下通过具体的实施例来描述本实用新型的原理，图5为本实用新型实施例中混凝土早期抗裂性能测试装置在约束条件下试板收缩时的受力分析图，如图5所示，由约束条件下试板收缩时的受力分析可知，浇筑混凝土后，混凝土在干燥环境下产生收缩，在混凝土收缩产生的作用力下，A点处，在可调应力发生器的两侧AB及AC两 表面上分别对混凝土试板产生反作用力F1和F2，方向均垂直于各表面。另一侧A’点处，A’B’及A’C’两表面上分别对混凝土试板产生反作用力F1’和F2’。同时在混凝土收缩作用力下，试板受到B端的约束均布反作用力q1，同理在其他各端均产生约束均布反作用力q1’，q2，q2’。 

图6为本实用新型实施例中A点与A’点的受力分析图，如图6所示，将可调应力发生器两侧的A点与A’点的受力按照力学三角形进行分解，分析可知，在混凝土收缩产生的作用力下，应力发生器两侧AB及AC两表面上分别对混凝土产生反作用力F和F＇，将反作用力F及F＇按照力学三角形进行分解，其中F_1H，F’_1H，F_2H，F’_2H为水平方向；F_1V，F’_1V，F_2V，F’_2V为垂直方向。其中： 

F₁=F_1H+F_1V； 

F₁＝F′_1H+F′_1V； 

F₂＝F_2H+F_2V； 

F₂＝F′_2H+F′_2V； 

对A点处的混凝土做受力分析，当混凝土材料收缩时，可调应力发生器顶端A点处的混凝土，在混凝土收缩产生的作用力下，受到左右两个方向相反的水平力F_1H和F_2H的作用，还受到垂直方向的F_1V和F_2V的作用。应力发生器顶端Ａ点存在应力集中，属最危险点。 

图7为本实用新型实施例中A-A’一侧的试板受力分析图，如图7所示，使用隔离法对A-A’一侧的试板进行受力分析，A-A’一侧的试板受到了试模中央应力发生器的F_1H和F’_1H以及端部均布约束力的作用，A-A’一侧的试件所受的合力为： 

F_合＝F_1H+F′_1H+q₁×d+q′₁×d； 

可调应力发生器顶端A点处混凝土，在方向相反的水平力F_1H和F_2H的作用下最易首先产生开裂。且A-A’一侧的试件在F_合的作用下，在A-A’处出 现开裂。所以在应力发生器的诱导以及端部约束下，试件的裂缝为单道裂缝，走向贯穿A-A’，使裂缝观测和数据测量更为方便快捷。 

为了说明本实用新型的原理，以下通过具体实施例描述通过本实用新型混凝土早期抗裂性能测试装置进行测试的方法，图8为本实用新型实施例中一种混凝土早期抗裂性能测试方法的流程图，如图8所示：所述混凝土早期抗裂性能测试方法包括如下步骤： 

步骤801，通过对混凝土添加外加剂以形成待测混凝土浆；在本实用新型实施例中，通过在混凝土中添加不同配比的外加剂以形成各种测试用混凝土浆，分别对每种混凝土浆进行测试。 

步骤802，将待测混凝土浆置于本实用新型以上所述的测试装置中，制成混凝土试板； 

该实施方式中，首先将所述待测混凝土浆浇筑至测试装置中；然后对测试装置中的混凝土浆进行振捣，直到混凝土浆被捣实且与测试装置顶部齐平，为防止材料离析，振动时间一般在12s以内；振捣后抹平，用抹子整平表面，使骨料不外露，表面平实，抹平后立即用塑料薄膜覆盖，2小时后取下薄膜。 

步骤803，在特定温湿度条件下对混凝土试板进行干燥处理，待所述混凝土试板干燥后，计算所述混凝土试板上的裂缝的平均裂缝宽度； 

在本实用新型实施例中，通过将试板置于温度为30±2℃，相对湿度保持在50±5%的环境中对混凝土试板施加2m/s的平行风向使其干燥，比如可使用风扇调节其风速为2m/s，用电风扇直吹试件表面，风向平行于试件表面进行干燥处理。 

24小时后（从浇筑混凝土开始计时）开始观察裂缝数量、宽度和长度。试验记录中，裂缝长度以肉眼可见裂缝为准，用钢尺测量其长度，近似取裂 缝两端直线距离为裂缝长度，当裂缝出现明显弯折时，以折线长度之和代表裂缝长度，裂缝宽度用读数显微镜（分度值为0.01mm）测量。其中，所述计算所述混凝土试板上的裂缝的平均裂缝宽度的方法为：将所述混凝土试板上的裂缝均分为N个等距线段；测量并记录每条等距线段与裂缝相交处的裂缝宽度；对其求算术平均值，将其作为混凝土试板上裂缝的平均裂缝宽度。在该实施方式中，所述N可以在4～20之间任意取值。例如，在沿图9中A—A’走向用5条等距线段将裂缝均分成6个等分，记录5条等距线段与裂缝相交处的裂缝宽度，并且求算术平均值，作为测量24小时的平均裂缝宽度： 

$W=\frac{1}{N}\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Wi};$

其中，Wi为第i根等距线段处裂缝的宽度，单位为mm；N为等距线段条数（本实施例中采用N=5）。 

除在24小时后的平均裂缝宽度作为评价指标以外，也可以在24小时内等时间间隔测量裂缝的宽度，计算各时刻的裂缝平均宽度，用于研究混凝土裂缝的发展趋势，其中裂缝宽度单位以mm计。关于等距线段条数，在不采用图像分析的条件下，原则上是等距条数越多越好，本试验曾选等距条数N=20和N=10进行过试验，试验结果与N=5差别很小，故选用等距线段条数为5。 

本方法在混凝土裂缝的定量测试中，选用读数显微镜作为测量工具，被测对象为单道裂缝，因此测试误差仅来源于读数显微镜的测量误差。本试验选用的是上海光学仪器六厂JC4-10型便携式测微显微镜，目镜放大率为10倍，物镜放大率为2倍，系统放大率为20倍，测量精确度为0.01mm。 

步骤804，根据裂缝出现时间的先后以及计算出的平均裂缝宽度得出混凝土抗裂性能的程度。 

混凝土裂缝初始出现时间是表征混凝土开裂性能的另一个重要指标。初始开裂时间越晚，说明混凝土抗裂性能越好；初始开裂时间越早，说明混凝 土抗裂性能越差。因此在混凝土浇筑后，从计时开始，要仔细观测混凝土的首道裂缝的出现，把该时间作为裂缝初始出现时间，其中时间单位以h:mm计。 

在本实用新型实施例中，为了检验混凝土开裂性能测试装置的可重复性，选用了五组混凝土配合比，每组配比，同一批制作3个相同的试板，分别对每个试板24h的裂缝宽度值进行测量和统计，试验结果如下表1所示： 

表1： 

由上表1可见，五组混凝土配比中，在24h的同批试板的测量值与平均值标准差均比较稳定，最大标准偏差在7%以内。因此使用本明的单道诱导混凝土开裂性能测试装置能得到准确的测量数据，且试验可重复性很好。 

以下通过一个具体的实施例并结合本实用新型提供的测试装置以及测试方法对本实用新型的原理进一步说明，在本实施例中，配制三组等级强度C30的混凝土，配合比如下表2所示，因纤维混凝土抗裂性能较好，配制纤维混凝土旨在对比三种开裂性能测试方法（在该实施例中，将本实用新型所述的的测试方法称为哑铃法、板式约束法和圆环约束方法）的敏感性。纤维采用纤维素纤维，掺量分别为0.9kg/m³，1.2kg/m³，1.5kg/m³。测试均在恒温恒湿室中进行，温度保持在30±2℃，相对湿度保持在50±5%。在材料相同，试验环境相同的条件下，每组配比的混凝土均采用三种方法进行测试，对三种混凝土抗裂测试方法进行对比试验研究。 

表2： 

三种测试方法的试验结果如下表3和图10所示，试验结果与分析： 

对于三种不同纤维掺量的混凝土，哑铃法、板式约束法和圆环约束方法均表现出相同的开裂趋势，即掺量为1.5kg/m³的混凝土裂缝宽度最小，且初裂时间最晚；掺量为0.9kg/m³的混凝土开裂最早，裂缝宽度最大。这与理论分析和实践情况也是相一致的。所以使用三种这混凝土开裂性能测试方法测试所得的混凝土开裂性能是准确的。 

表3： 

从试验结果来看，掺量为1.5kg/m³的混凝土，哑铃型方法最先开裂，且优于板式钢筋条约束法，圆环约束方法的开裂时间远远晚于前二种方法；从最大裂缝宽度来看，哑铃型方法为1.07mm，远大于其他两种方法的0.64mm和0.52mm。掺量为0.9kg/m³，1.2kg/m³的混凝土也表现出同样的趋势。最大裂缝宽度越大，越更加明显的反映出混凝土的开裂性能，且便于测量，减少测量误差。对于相同的测试材料，三种方法中，哑铃型方法能最快的使混凝土产生开裂效果且裂缝宽度最大，因此从混凝土开裂测试方法的敏感性方面来看， 哑铃型测试方法要优于板式钢筋条约束法和圆环约束方法。 

测试周期方面，哑铃型方法和板式方法从开始测试到测试结束需要24h；圆环法敏感性稍差，至少需混凝土环产生开裂才能结束测试，因此测试周期相对较长，本试验中最长需要6d才能完成测试。因此哑铃型方法和板式在测试周期上要优于圆环法，三种测试方法的综合对比如下表4所示： 

表4： 

	哑铃型约束法	板式钢筋条约束法	圆环约束法
				敏感性	强	较强	一般
测试周期	短	短	长
				测量操作性	简便	一般	复杂
工程应用性	强	较强	一般

通过上述实验可知，在工程应用方面，哑铃型方法和板式方法因敏感性较强，能在较短时间反映混凝土的抗裂性能，在实际工程现场作横向对比试验较为方便。圆环法测试周期场，工程现场应用较少。 

综上所述，哑铃型方法在敏感性方面、测试周期方面、测量操作方面、工程应用方面都是表现比较好的，因此本试验选择哑铃型方法作为试验中混凝土开裂性能的测试方法。 

具体应用实施例一：机场道面的早期开裂占机场道面开裂的50%以上，因此对机场道面混凝土的早期抗裂性能的研究是十分必要和迫切的。目前国内尚无能够表征机场道面混凝土早期抗裂性能的测试技术，因此项目组在总结现有的测试方法的基础上，创新提出了哑铃型机场道面混凝土早期抗裂性能测试技术。能够在数小时以内快速比较和测试出不同混凝土的早期抗裂性能，为提高机场道面的早期抗裂性能提供了测试手段和依据。对于实际混凝土工程具有较强的指导意义。 

因此本部分研究正是基于国内首创的哑铃型机场道面混凝土早期抗裂 性能测试技术，试验着重于对比掺PCA-L1聚羧酸减水剂的混凝土与掺FDN减水剂的混凝土的早期开裂大小，对比两种不同的混凝土材料抗裂性能，这两种混凝土材料因掺入的减水剂种类不同，而不同。可以对比出不同种类的减水剂对混凝土抗裂性能的影响。两种减水剂一种是PCA聚羧酸减水剂；一种是FDN萘系减水剂。本实例使用哑铃型早期抗裂测试仪研究两种减水剂对机场道面混凝土早期开裂性能的影响。 

本试验选择了四种配合比，如下表5所示，共0.53,0.42,0.38三种水灰比，比较空白混凝土，掺PCA-L1聚羧酸与掺萘系FDN混凝土的各方面性能，其中萘系与PCA-L1聚羧酸混凝土，都采用0.42水灰比；因低于0.4水灰比,萘系混凝土很难满足工作性维勃稠度20s的要求，故采用PCA-L1聚羧酸配制0.38水灰比的机场道面混凝土。四种配合比，均满足《民用机场飞行区水泥混凝土道面面层施工技术规范》MH 5006-2002的规范要求，按照工作性指标进行控制，以维勃稠度达到20s-25s为准（机场道面干硬性混凝土的最佳工作性要求）。 

减水剂掺量方面，萘系FDN的掺量为水泥用量的2%；0.42水灰比的PCA-L1聚羧酸掺量为为水泥用量的1.0%；0.38水灰比的PCA-L1聚羧酸掺量为为水泥用量的1.2%。 

表5： 

掺入两种不同减水剂的C40混凝土平均裂缝宽度随时间变化曲线见图11。从测试开始的2h内，N2（FDN）的收缩率增长较快，N3增长最慢，随后各组均开始快速增长；10h以后直至24h测试结束，各组曲线趋于平稳，无大幅度变化，说明此阶段各组试件裂缝宽度基本保持不变。N2(FDN)组曲线明显高于N3组曲线，N2曲线处于最高。两组24h最终平均裂缝宽度值依次是N2>N3，如图12、13所示。 

最终24h测试结束时N3(PCA)、N2(FDN)两组混凝土平均裂缝宽度分别为1.71mm,2.84mm。N3(PCA)试件裂缝宽度最小，N2(FDN)最大。从两组试件的初始开裂时间来看，N3，N2组分别是2:00,1:10,出现初始裂缝时间N2最早,N3组最晚，N3<N2。从各组平均裂缝宽度以及初始开裂时间来看，与对混凝土早期收缩和后期收缩影响类似，其它材料和配比均相同，工作度相同（维勃稠度）情况下，掺PCA的混凝土的抗裂性能要明显好于掺FDN的混凝土。这两种不同类型的减水剂，掺FDN的混凝土的抗裂性能最差。因此掺PCA-L1聚羧酸减水剂与掺FDN减水剂混凝土，掺PCA-L1聚羧酸减水剂的机场道面混凝土早期抗裂性能要明显优于FDN萘系减水剂。 

因此采用哑铃型早期抗裂测试技术能够快速准确的对比出不同混凝土材料的抗裂性能，为混凝土配合比设计以及在混凝土工程现场快速选出抗裂性能优异的混凝土材料提供测试方法与评价依据。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (6)

1.一种混凝土早期抗裂性能测试装置，其特征在于，所述装置包括固定构件和沿固定构件的长度方向对应设置的两个可调应力发生器，所述各可调应力发生器的两端分别通过可调转动轴与固定构件相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述各可调应力发生器分别由两个长度调节装置和两个角度调节装置组成，通过所述两个角度调节装置调节所述两个长度调节装置之间夹角的大小。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述各角度调节装置分别包括角度调节滑轨、角度调节滑板和滑板固定螺母，所述角度调节滑板通过滑板固定螺母固定在角度调节滑轨上，所述角度调节滑板通过角度调节滑轨自由调节。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述各长度调节装置分别由多个长度调节边板和高性能磁铁装置组成，所述相邻两个长度调节边板之间通过高性能磁铁装置相连接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述固定构件包括底板和固定端，所述固定端垂直设置于底板的两侧。

6.根据权利要求1或5述的装置，其特征在于，所述固定构件采用全钢质材料制成。

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