CN211292916U - 一种用于现场水泥基材料变形应力检测装置 - Google Patents

Abstract

一种现场水泥基材料变形应力检测装置。由于混凝土变形产生的收缩或膨胀应力检测精度要求高、难度大、效率低、准确度差，导致在施工现场快速评定混凝土收缩或膨胀应力的试验装置的匮乏。本实用新型中套管的两端可拆卸连接有两个端盖，拱形板设在套管内，上应变片和下应变片分别设在拱形板的顶面和底面上，拱形板的两端分别设有第一细杆和第二细杆，第一细杆一端与拱形板固接，第一细杆的另一端穿过其靠近的端盖，第二细杆一端与拱形板固接，第二细杆另一端穿过其靠近的端盖后与移动外盖可拆卸连接，第二细杆与移动外盖相配合的端部上加工有挂口。本实用新型用于水泥基材料收缩或膨胀应力检测。

Description

一种用于现场水泥基材料变形应力检测装置

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，具体涉及一种用于现场水泥基材料变形应力检测装置。

背景技术

混凝土的体积变形是影响水泥基材料长期强度和耐久性的重要因素之一。常温或高温环境下水泥基材料体积变形包括化学收缩、塑性收缩、温度收缩、干燥收缩与碳化收缩等。负温下水泥基材料的变形更为复杂，除了化学收缩、塑性收缩、干燥收缩与碳化收缩外，其温度变形可能由于自由水结冰表现为冻胀，当冻胀应力大于混凝土早期的抗拉强度时，混凝土同样发生开裂破坏。另外，混凝土原材料的组分和配合比也会影响它的体积变形，如掺膨胀剂的混凝土就在发生膨胀变形。

早龄期混凝土的体积变形多考虑自收缩和干燥收缩，自收缩是混凝土在与外界水分隔绝的条件下水泥水化反应引起毛细孔负压和内部相对湿度降低而导致的宏观体积的减小；干燥收缩是指混凝土硬化后受到干燥或者外界高温的影响其内部水分不断蒸发流失，由内而外变干燥的现象，而收缩应力的产生可以认为是体积收缩变形受到一定程度的限制所致。对于实际工程来说，当混凝土所受的收缩拉应力大于此时刻的抗拉强度，混凝土就会开裂。常温及高温施工条件下高性能混凝土早期收缩应力主要有自收缩应力、温度应力和干燥收缩应力，其中自收缩应力最为显著。因为高性能混凝土配合比的显著特点是低的水胶比、更多的胶结料以及掺加大量的超细矿物掺料等，快速的自干燥作用导致了高性能混凝土较普通混凝土有更大的体积变化，早期高性能混凝土受到约束包括内部约束和外部约束，约束的存在会导致混凝土内部产生自收缩应力，自收缩应力的大小除了与自收缩应变有关外，还受混凝土力学性能如抗拉强度的影响。目前自收缩应力的实验评价方法有单轴约束试验、圆环法等，就约束形式而言，轴向约束试验可分为两种形式，一种是端部约束，一种是钢筋内部连续约束。钢筋内约束收缩实验用来模拟钢筋对混凝土收缩的限制，属于不完全约束。当试件长度远远大于横截面尺寸时，可近似地认为只发生轴向收缩，若受到限制,其横截面内将产生均匀分布的拉应力，即收缩应力，试件越细长，轴向约束实现起来越容易，裂缝开展比较充分，实验效果也越好。现有混凝土收缩应力测定仪中的一种就是基于细长的收缩后混凝土试件被拉力系统拉回到混凝土试件的初始位置，此时系统的拉应力即为混凝土的收缩应力，试验装置复杂，精度要求高。教学中采用轴向约束收缩实验是将成型埋入钢筋的混凝土试件和同样尺寸的自由收缩实验作对比，在钢筋上贴应变片监测约束变形，进而可间接测得约束应力，这种构件受力状态与实际结构相近，不需要特别的加载设备和控制系统，但它仅考虑引入钢筋的约束作用，钢筋的约束作用会提高混凝土试件的拉伸徐变，使测得收缩应力减小，该方法主要用于研究不同配筋率、钢筋直径、钢筋表面形状、粘结长度等对混凝土收缩限制的影响，可以得到不同配筋率和约束率之间的定量关系。

目前，越来越多的高性能混凝土、超高性能水泥基材料应用于实际工程中，它们水胶比低、胶凝材料用量大，其自收缩量是普通混凝土的2～4倍，由于收缩变形造成的开裂的风险大大提高了，为了快速简便确定上述材料的抗裂性能，因此，需要准确、可靠且快速的获取自收缩应力测试装置。高温、常温或负温环境下的水泥基材料的收缩(冻胀)应力难以实现定量检测。总之，由于混凝土变形应力检测精度要求高、难度大、效率低、准确度差，导致了在施工前快速评定混凝土变形应力的试验装置的匮乏，应用高性能水泥基材料的土木工程建设质量受到严重影响，急需得到快速解决。

发明内容：

针对上述问题，本实用新型公开了一种用于现场水泥基材料变形应力检测装置。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种现场水泥基材料变形应力检测装置，连接架和多个测试单体，多个测试单体从下至上依次设置在连接架上，每个测试单体包括套管、拱形板、上应变片、下应变片、移动外盖、第一细杆、第二细杆和两个端盖，所述套管的两端可拆卸连接有两个端盖，拱形板设置在套管内，上应变片和下应变片分别设置在拱形板的顶面和底面上，拱形板的两端分别设置有第一细杆和第二细杆，第一细杆一端与拱形板固定连接，第一细杆的另一端穿过其靠近的端盖，第二细杆的一端与拱形板固定连接，第二细杆另一端穿过其靠近的端盖后与移动外盖可拆卸连接，第二细杆与移动外盖相配合的端部上加工有挂口。

作为优选方案：拱形板包括弧形板和两个平板，弧形板的两端各设置有一个平板，弧形板和两个平板一体制成。

作为优选方案：拱形板为弹性板，拱形板沿套管的长度方向设置在套管内。

作为优选方案：每个端盖朝向套管的一侧设置有环形凸棱，环形凸棱的外壁与套管的内壁滑动配合。

作为优选方案：每个端盖上加工有穿过孔，第一细杆穿过其对应的穿过孔后与螺母螺纹连接，第二细杆穿过其对应的穿过孔后与移动外盖螺纹连接。

作为优选方案：连接架包括横杆、顶部竖杆和多个中间竖杆，所述横杆水平设置在多个测试单体的上方，所述顶部竖杆竖直设置在横杆和多个测试单体中最顶部的一个测试单体上，每两个相邻的测试单体之间竖直设置有一个中间竖杆，顶部竖杆和多个中间竖杆同轴设置。

作为优选方案：套管的两端各通过一个弹性套与两个端盖可拆卸连接。

作为优选方案：第二细杆处于端盖外的一端配合设置有测力传感器，测力传感器为拉力传感器或压力传感器。

本实用新型的有益效果为：

一、本实用新型通过多个测试单体的设置实现不同深度混凝土变形应力的实时检测，检测结果准确可靠，检测结构简单合理，获取方式简单直接，省去繁冗的计算过程，获取水泥基材料自收缩应力的数据更加准确，有利于对水泥基材料抗裂性能作出全面评价。

二、通过本实用新型能够实现水泥基材料高温、常温或负温环境下的收缩以及膨胀应力检测，实现水泥基材料内部应力的全温度检测过程，有效实现一装置多用的检测效果，检测结果准确可靠。

三、本实用新型实现的检测方式实现巧妙，通过拱形板配合上应变片和下应变片的获取方式，变形过程能够通过第一细杆、第二细杆和两个端盖敏锐捕捉到，检测数据更加全面可靠。

四、第二细杆和移动外盖相互配合能够实现对不同种类的传感器的定位效果，实现一个端头多用的效果，能够为标定过程准确获取K₁、K₂、K₃和K₄提供通用式的结构条件。

五、本实用新型能够适用于实验室和工程现场检测使用，为混凝土配合比的设计提供基础数据，获得更加真实可靠的混凝土的变形应力值，对预防混凝土的早期开裂、提升工程质量和服役寿命有重要的启示作用。

附图说明：

为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为测试单体的主视结构剖面图；

图3为拱形板的主视结构示意图；

图4为拱形板的俯视结构示意图；

图5为测试单体配合拉力传感器进行标定过程的结构示意图；

图6为测试单体配合压力传感器进行标定过程的结构示意图。

图中标注如下：

1-连接架；1-1-横杆；1-2-顶部竖杆；1-3-中间竖杆；2-测试单体；2-1-套管；2-2-拱形板；2-2-1-弧形板；2-2-2-平板；2-3-上应变片；2-4-下应变片；2-5-移动外盖；2-6-第一细杆；2-7-第二细杆；2-8-端盖；3-环形凸棱；4-螺母；5-混凝土区域，6-1-拉力传感器；6-2-压力传感器；7-挂口；8-弹性圈。

具体实施方式：

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式包括连接架1和多个测试单体2，多个测试单体2从下至上依次设置在连接架1上，每个测试单体2包括套管2-1、拱形板2-2、上应变片2-3、下应变片2-4、移动外盖2-5、第一细杆2-6、第二细杆2-7和两个端盖2-8，所述套管2-1的两端可拆卸连接有两个端盖2-8，拱形板2-2设置在套管2-1内，上应变片2-3和下应变片2-4分别设置在拱形板2-2的顶面和底面上，拱形板2-2的两端分别设置有第一细杆2-6和第二细杆2-7，第一细杆2-6一端与拱形板2-2固定连接，第一细杆2-6的另一端穿过其靠近的端盖2-8，第二细杆2-7的一端与拱形板2-2固定连接，第二细杆2-7另一端穿过其靠近的端盖2-8后与移动外盖2-5可拆卸连接，第二细杆2-7与移动外盖2-5相配合的端部上加工有挂口7。

进一步的，细杆2-6优选为钢制杆体。

进一步的，套管2-1为硬质管体，表面光洁，其外圆周壁刷涂脱模剂减小其与混凝土的摩擦力，所选用的材料为轻质光面铝合金材料，根据混凝土的性质、套管2-1的长度、直径进行调整。

进一步的，套管2-1长度的取值范围为30～60cm，该长度范围既能够确保操作过程的有效，还能够节省用料。

进一步的，套管2-1外径的取值范围为5～8cm。

具体实施方式二：本实施方式为具体实施方式一的进一步限定，拱形板2-2包括弧形板2-2-1和两个平板2-2-2，弧形板2-2-1的两端各设置有一个平板2-2-2，弧形板2-2-1和两个平板2-2-2一体制成。

具体实施方式三：本实施方式为具体实施方式一或二的进一步限定，拱形板2-2为弹性板，拱形板2-2沿套管2-1的长度方向设置在套管2-1内。

具体实施方式四：本实施方式为具体实施方式一、二或三的进一步限定，每个端盖2-8朝向套管2-1的一侧设置有环形凸棱3，环形凸棱3的外壁与套管2-1的内壁滑动配合。

具体实施方式五：本实施方式为具体实施方式一、二、三或四的进一步限定，每个端盖2-8上加工有配合细杆2-6的穿过孔，每个细杆2-6穿过其对应的穿过孔后与螺母4螺纹连接。

具体实施方式六：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四或五的进一步限定，连接架1包括横杆1-1、顶部竖杆1-2和多个中间竖杆1-3，所述横杆1-1水平设置在多个测试单体2的上方，所述顶部竖杆1-2竖直设置在横杆1-1和多个测试单体2中最顶部的一个测试单体2上，每两个相邻的测试单体2之间竖直设置有一个中间竖杆1-3，顶部竖杆1-2和多个中间竖杆1-3同轴设置。

具体实施方式七：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五或六的进一步限定，套管2-1的两端各通过一个弹性套8与两个端盖2-8可拆卸连接。弹性套8优选为橡胶套或其他弹性套体，弹性套8的设置能够配合套管2-1的端部在端盖2-8上移动，确保套管2-1和端盖2-8之间能够顺利发生相对位移，从而配合混凝土的变形，提高检测的准确性。

具体实施方式八：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六或七的进一步限定，第二细杆2-7处于端盖2-8外的一端配合设置有测力传感器，测力传感器为拉力传感器6-1或压力传感器6-2。

进一步的，拉力传感器6-1为现有产品，其优选S型拉力传感器。

进一步的，压力传感器6-2为现有产品，其优选为环形圆盘式压力传感器。

具体实施方式九：本实施方式为该检测装置实现的标定方法，利用标定方法获取K₁、K₂、K₃和K₄的过程。

获取K₁、K₂、K₃和K₄的标定过程为：将第一细杆2-6处于端盖2-8外的一端固定，将拉力传感器6-1挂置在第二细杆2-7的挂口7处，牵引第二细杆2-7带有拉力传感器6-1的一端，使拉力传感器6-1的读数分别为0、F₁、F₂、F₃…F_N，记录上应变片2-3和下应变片2-4相应的应变输出值的变化量0、Δε₁₁、Δε₁₂、Δε₁₃…Δε_1N和0、Δε₂₁、Δε₂₂…Δε_2N，分别建立拉力与上应变片2-3和下应变片2-4输出应变变化量的对应关系，即获得上应变片2-3对应的实验常数K₁＝F_拉/Δε，下应变片2-4对应的实验常数K₂＝F_拉/Δε；

同理，将第一细杆2-6处于端盖2-8外的一端固定，将压力传感器6-2设置在第二细杆2-7处于端盖2-8外的一端处，将压力传感器6-2套装在端盖2-8和移动外盖2-5之间的第二细杆2-7上，随后移动外盖2-5朝向端盖2-8旋进挤压压力传感器6-2，获得上应变片2-3对应的实验常数K₃＝F_压/Δε，下应变片2-4对应的实验常数K₄＝F_压/Δε。

进一步的，第二细杆2-7上加工有外螺纹，移动外盖2-5套装在第二细杆2-7上且其与第二细杆2-7的外螺纹螺纹连接，起到能够锁定自身位置的同时，还能够实现逐步挤压压力传感器6-2的效果。

具体实施方式十：本实施方式为具体实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九的进一步限定，在实验室通过实验标定计算得到的该装置的仪器常数K₁、K₂、K₃和K₄，在施工现场将连接架1和多个测试单体2依次布置在待检测的混凝土区域5中，现场混凝土浇筑后，受环境温度和配合比的影响，现场混凝土的变形和内部应力发展情况为：

当环境温度条件为常温或高温情况时，由于水泥水化导致自收缩和干燥收缩发生，混凝土收缩变形使两个端盖2-8作出相向滑动动作，带动两个细杆2-6朝向拱形板2-2移动，拱形板2-2两端受两个细杆2-6的压力产生变形，拱形板2-2的弯曲弧度变大，随着拱形板2-2弯曲弧度变大，拱形板2-2顶面的上应变片2-3呈现受拉状态，其应变输出值变化量为正值，拱形板2-2底面的下应变片2-4呈现受压状态，其应变输出值变化量为负值；根据拱形板2-2上的上应变片2-3和下应变片2-4输出值变化量为正和负，“上”正和“下”负，即可判断此施工环境下混凝土为收缩状态，其获得收缩应力的大小为：上应变片2-3的F_压＝K₃Δε，下应变片2-4的F_压＝K₄Δε；

当环境温度条件为负温情况时，低温使水泥水化硬化缓慢、自由水结冰导致混凝土冻胀变形的发生，混凝土冻胀变形使两个端盖2-8作出背向滑动动作，带动两个细杆2-6作出远离拱形板2-2的背向运动，拱形板2-2两端受拉力产生变形，拱形板2-2的弯曲弧度变小，随着拱形板2-2弯曲弧度变小，拱形板2-2顶面的上应变片2-3呈现受压状态，其输出值变化量为负值，拱形板2-2底面的下应变片2-4呈现受拉状态，其输出值变化量为正值，根据拱形板2-2上的上应变片2-3和下应变片2-4输出值变化量为负和正，“上”负和“下”正，即可判断此施工环境下混凝土为膨胀状态，其获得该监测范围内混凝土膨胀应力的大小为：上应变片2-3的F拉＝K₁Δε，下应变片2-4的F拉＝K₂Δε；本检测装置以及该检测装置实现的检测过程不仅能测试负温下混凝土产生的冻胀应力，还适用于掺加各类膨胀剂导致混凝土产生的膨胀应力的测定。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种现场水泥基材料变形应力检测装置，其特征在于：连接架(1)和多个测试单体(2)，多个测试单体(2)从下至上依次设置在连接架(1)上，每个测试单体(2)包括套管(2-1)、拱形板(2-2)、上应变片(2-3)、下应变片(2-4)、移动外盖(2-5)、第一细杆(2-6)、第二细杆(2-7)和两个端盖(2-8)，所述套管(2-1)的两端可拆卸连接有两个端盖(2-8)，拱形板(2-2)设置在套管(2-1)内，上应变片(2-3)和下应变片(2-4)分别设置在拱形板(2-2)的顶面和底面上，拱形板(2-2)的两端分别设置有第一细杆(2-6)和第二细杆(2-7)，第一细杆(2-6)一端与拱形板(2-2)固定连接，第一细杆(2-6)的另一端穿过其靠近的端盖(2-8)，第二细杆(2-7)的一端与拱形板(2-2)固定连接，第二细杆(2-7)另一端穿过其靠近的端盖(2-8)后与移动外盖(2-5)可拆卸连接，第二细杆(2-7)与移动外盖(2-5)相配合的端部上加工有挂口(7)。

2.根据权利要求1所述的一种现场水泥基材料变形应力检测装置，其特征在于：拱形板(2-2)包括弧形板(2-2-1)和两个平板(2-2-2)，弧形板(2-2-1)的两端各设置有一个平板(2-2-2)，弧形板(2-2-1)和两个平板(2-2-2)一体制成。

3.根据权利要求2所述的一种现场水泥基材料变形应力检测装置，其特征在于：拱形板(2-2)为弹性板，拱形板(2-2)沿套管(2-1)的长度方向设置在套管(2-1)内。

4.根据权利要求1所述的一种现场水泥基材料变形应力检测装置，其特征在于：每个端盖(2-8)朝向套管(2-1)的一侧设置有环形凸棱(3)，环形凸棱(3)的外壁与套管(2-1)的内壁滑动配合。

5.根据权利要求1或4所述的一种现场水泥基材料变形应力检测装置，其特征在于：每个端盖(2-8)上加工有穿过孔，第一细杆(2-6)穿过其对应的穿过孔后与螺母(4)螺纹连接，第二细杆(2-7)穿过其对应的穿过孔后与移动外盖(2-5)螺纹连接。

6.根据权利要求1所述的一种现场水泥基材料变形应力检测装置，其特征在于：连接架(1)包括横杆(1-1)、顶部竖杆(1-2)和多个中间竖杆(1-3)，所述横杆(1-1)水平设置在多个测试单体(2)的上方，所述顶部竖杆(1-2)竖直设置在横杆(1-1)和多个测试单体(2)中最顶部的一个测试单体(2)上，每两个相邻的测试单体(2)之间竖直设置有一个中间竖杆(1-3)，顶部竖杆(1-2)和多个中间竖杆(1-3)同轴设置。

7.根据权利要求1所述的一种现场水泥基材料变形应力检测装置，其特征在于：套管(2-1)的两端各通过一个弹性套(8)与两个端盖(2-8)可拆卸连接。

8.根据权利要求1、2、3、4、6或7所述的一种现场水泥基材料变形应力检测装置，其特征在于：第二细杆(2-7)处于端盖(2-8)外的一端配合设置有测力传感器，测力传感器为拉力传感器(6-1)或压力传感器(6-2)。

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