专利名称：一种水泥基材料开裂及收缩性能的测试装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种测试水泥基材料在约束条件下收缩及开裂性能的装置和方法。
背景技术：
硅酸盐水泥为满足现代施工要求而不断改进其高强和早强性能，但水泥固有的弱点——收缩与开裂问题却更加严重。工程中频繁出现的相关事故，尤其是重大工程中多次出现的收缩与开裂问题，使得有关研究成为目前水泥基材料研究中最重要的课题之一。研究水泥基材料在约束状态下的第一开裂时间和收缩性能对解决上述问题具有重要意义，因此出现了大量的相关研究方法和测试装置。但现有装置和方法存在相对不足，主要表现在测试与评价方法的相互割裂，操作复杂而使结果的可靠性降低，有些测试和评价方法存在较大局限性。
现有研究水泥基材料第一开裂时间的装置主要有椭圆环测试装置、偏芯环测试装置、混凝土开裂架测试装置，以及更早出现的圆环测试装置等。其缺陷主要是装置结构复杂、测试结果规律性不强、误差大、与其他相关测试结果的可比性差以及测试操作不便等。
现有的水泥收缩性能研究方法及装置主要有JC/T453、JC/T603、JC 313等规定的自由线收缩测试及评价方法，该方法研究水泥自身的理论收缩性能，脱离实际的水泥应用环境。而实际上，水泥基材料的开裂与收缩性能受到环境中存在的各种限制力的作用，因此，通常按照国标方法得出的自由线收缩性能并不能与实际工程所关心的开裂性能准确地联系起来。同时，按照JC/T453测试并计算的只是在经向限制条件下的结构应变性能，与水泥实际应用条件下的开裂性能存在差距。到目前为止，尚未见到在切向及垂直方向共同约束状态下研究收缩性能的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种的可以同时检测水泥基材料的第一开裂时间和收缩性能的装置和方法，该装置可以同时检测在切向及垂直方向共同约束条件下水泥基材料的第一开裂时间和收缩性能，能够在相同条件下评价两者性能的关系，更全面地了解水泥基材料自身的收缩性与其在硬化过程中开裂敏感性的相互作用。
本发明的一种水泥基材料开裂及收缩性能的测试装置，由安置在同一底板上的模具A及测试电路、模具B及测量卡尺组成，见附图1；模具A由限制内圆环和可拆装的外圆环组成，其内圆环的外侧设置有一个突出尖劈，见附图2；测试电路由漆包细铜线、电源、计时器和连接导线组成串联回路；模具B由限制内圆环和可拆装外环组成，在限制内圆环和可拆装外环之间设置有两片垂直挡板，每片挡板的正中位置安置着测头，见附图3；测头形状见附图5；测量卡尺由千分表、卡尺和弹簧组成，卡尺卡在两测头顶端，见附图4。
所述的水泥基材料开裂及收缩性能的测试装置，其模具B的内外环直径比模具A的内外环直径大，且通过模具B成型的缺口圆环试样弧长与通过模具A成型的圆环试样周长相等。
所述的模具A的限制内圆环的直径为26.65cm、可拆装外圆环的直径为34.65cm，内、外环之间的距离为4cm，在内环外侧设置的一个突出尖劈的侧面底边长和高均为0.3cm的等腰三角形。
所述的模具B的限制内圆环7的直径为27.65cm、可拆装外圆环8的直径为35.65cm，内外环之间的距离为4cm，在两环之间设置有两片厚度为0.5cm的垂直挡板，两挡板中心之间的弧线(以两圆环之间的中环弧线弧度)净距离为2.15cm，每片挡板的正中位置开有一个直径0.6cm的小孔。
本测试装置的模具A和模具B均由不锈钢制成，其限制内圆环均固定在不锈钢底板上，测头为铜质本发明的装置使用方法是通过模具A成型水泥净浆或砂浆试样，当试样硬化后拆除外圆环，并采用测试电路测试试样的第一开裂时间，具体方法是，采用胶水将细铜线粘贴在环形试样外侧面对应尖劈处，连接铜线两端并与电源、计时器形成串联回路，并组成测试电路，当试样开裂时，细铜线断开，回路也断开，计时器记录下试样的开裂时间；同时，通过模具B成型试样，并采用测量卡尺测试试样在约束条件下的收缩性能，首先将两个测头分别安置在两档板的小孔中，然后成型水泥净浆或砂浆试样，当试样硬化后拆除外圆环和挡板，得到缺口的圆环形试样，采用测量卡尺卡在两测头顶端，卡尺上的千分表测试出两测头之间的距离变化，弹簧可以保证测试精度。
图1是本发明整体装置的俯视示意图；图2是成型模具A的立体示意图；
图3是成型模具B的立体示意图；图4是测量卡尺9的平面示意图；图5是测头的立体示意图。
图中1模具A的限制内圆环；2模具A的可拆装外环；3电源；4计时器；5尖劈；6细铜线；7模具B的限制内圆环；8模具B的可拆装外环；9测量卡尺；10测头；11挡板；12底板；13千分表；14弹簧。
具体实施例方式
1、水泥基材料开裂及收缩性能的测试装置的制作水泥基材料开裂的测试装置如附图2，模具A的限制内圆环1的直径设计为26.65cm、可拆装外圆环2的直径设计为34.65cm，内、外环之间的距离为4cm，在内环外侧设置一个侧面底边长和高均为0.3cm的等腰三角形突出尖劈5；测试电路由漆包细铜线、电源、计时器和连接导线组成，漆包铜线可采用普通的多股铜芯电线中的细铜线；水泥基材料收缩性能的测试装置如附图3，模具B的限制内圆环7直径设计为27.65cm、可拆装外圆环8的直径设计为35.65cm，内外环之间的距离为4cm，在两环之间设置两片厚度为0.5cm的垂直挡板11，两挡板中心之间的弧线(以两圆环之间的中环弧线弧度)净距离为2.15cm，每片挡板的正中位置开有一个直径0.6cm的小孔；两组模具均由不锈钢制成，其限制内圆环均固定在不锈钢底板12上，测头为铜质。
2、水泥基材料开裂及收缩性能的测试装置使用方法采用模具A成型水泥净浆或砂浆试样，当试样硬化后拆除外圆环，如附图1。采用防水的强力胶水将细铜线6粘贴在环形试样外侧面对应尖劈5处，连接铜线两端并与电源3、计时器4形成串联回路，并组成测试电路，铜线两端接头处用砂纸打磨，去掉绝缘层，电子计时器可利用电子表、石英表改装，方法是将电源取出，用导线将表中原来接电源的一个电极(正极或负极)与测试铜线的一端相连，将另一个电极与电源串联后与测试铜线的另一端相连，当铜线被拉断时，回路断开，计时器停止走时并显示出开裂的时间。
同时，将两个测头10分别安置在两档板11的小孔中，然后采用模具B成型试样，当试样硬化后拆除外圆环和挡板，得到缺口的圆环形试样，采用测量卡尺9卡在两测头10顶端，千分表13测试出两测头之间的距离变化，弹簧14可以保证测试精度。
本发明装置由于细铜线的抗拉强度远小于水泥基材料的膨胀应力，所以当水泥基硬化体开裂并拉断铜线时，铜线不会对开裂时间产生影响。
虽然模具B的圆环直径比模具A的圆环直径大，但在B上设置有两块隔断挡板，所以通过B成型的缺口圆环形试样弧长与通过A成型的圆环试样周长相等，这样便于对比两种测试结果；两试样中心的圆周长度和圆弧长度均为90cm，为JC 453等有关标准中测试自由线膨胀率试样长度的5倍，这样也便于将该实验结果与JC 453等方法的实验结果作对比；模具A上设置的突出尖劈可以保证试样在此处开裂，并加快开裂速度、提高测试效率；约束条件下的收缩性能、即试样在不同龄期的体积变化通过两测头传递至卡尺，并由卡尺上固定的千分表测得。
将测试开裂和收缩性的两套装置放在一起，可以在相同应用环境中比较两种性能的相互关系，使测试结果的可靠性更强；同时，利用收缩性能的测试结果可以对第一开裂时间作出预测，因为第一开裂时间通常出现在几十小时至几十天的较长期间，因此这种预测可以使第一开裂时间的测试更加简便。
权利要求
1.一种水泥基材料开裂及收缩性能的测试装置，其特征是装置由安置在同一底板(12)上的模具(A)及测试电路、模具(B)及测量卡尺组成，模具(A)包括模具(A)的限制内圆环(1)，模具(A)的可拆装外环(，2)，内环(1)的外侧设置有一个突出尖劈(5)；测试电路是由细铜线(6)、电源(3)、计时器(4)和连接导线组成的串联回路；模具(B)包括模具(B)的限制内圆环(7)，模具(B)的可拆装外环(8)，在限制内圆环(7)和可拆装外环(8)之间设置有两片垂直挡板(11)，每片挡板(11)的正中位置安置着测头(10)；测量卡尺由千分表(13)、卡尺(9)和弹簧(14)组成，卡尺(9)卡在两测头(10)顶端测试两个测头之间的距离变化。
2.根据权利要求1所述的开裂及收缩性能测试装置，其特征是模具(B)的内外环直径比模具(A)的内外环直径大，且通过模具(B)成型的缺口圆环试样弧长与通过模具(A)成型的圆环试样周长相等。
3.根据权利要求1所述的开裂及收缩性能测试装置，其特征是模具(A)的约束内圆环(1)的直径为26.65cm、可拆装外圆环(2)的直径为34.65cm，内、外环之间的距离为4cm，在内环外侧设置的一个突出尖劈(5)的侧面底边长和高均为0.3cm的等腰三角形。
4.根据权利要求1所述的开裂及收缩性能测试装置，其特征是模具(B)的限制内圆环(7)的直径为27.65cm、可拆装外圆环(8)的直径为35.65cm，内外环之间的距离为4cm，在两环之间设置有两片厚度为0.5cm的垂直挡板(11)，两挡板中心之间的弧线净距离为2.15cm，每片挡板的正中位置开有一个直径0.6cm的小孔。
5.根据权利要求1所述的开裂及收缩性能测试装置，其特征是模具(A)和模具(B)均由不锈钢制成，
6.根据权利要求1所述的开裂及收缩性能测试装置，其特征是所述的测头为铜质测头(10)为铜质。
7.用权利要求1所述的装置测试水泥基材料在约束条件下第一开裂时间的方法，其特征是采用模具(A)成型水泥净浆或砂浆试样，当试样硬化后拆除外圆环，采用防水的强力胶水将细铜线(6)粘贴在环形试样外侧面对应尖劈(5)处，连接铜线两端并与电源(3)、计时器(4)形成串联回路，并组成测试电路，计时器采用具有秒表功能的电子计时器，用导线将表中接电源的正极或负极与测试铜线的一端相连，将另一个电极与电源串联后与测试铜线的另一端相连。
8.用权利要求1所述的装置测试水泥基材料在约束条件下收缩性能的方法，其特征是首先将两个测头(10)分别安置在两档板(11)的小孔中，然后采用模具(B)成型水泥净浆或砂浆试样，当试样硬化后拆除外圆环(8)和挡板(11)，得到缺口的圆环形试样，采用测量卡尺测试两测头的距离变化。
全文摘要
一种测试水泥基材料在约束条件下开裂及收缩性能的装置和方法，通过模具A成型试样并通过测试电路测试试样在约束状态下的第一开裂时间，通过模具B成型试样并通过测量卡尺测试试样在约束状态下的收缩性能，A上设置的尖劈可以保证开裂发生在此处并加速开裂，收缩性能通过测头传递至卡尺，并由卡尺上固定的千分尺测得。该装置同时测试开裂和收缩性能，可以更有效地评价两者之间的关系，使测试结果互为印证，并具有装置制作简单、操作便利，测试结果可靠性强的特点。
文档编号G01N27/00GK1645138SQ20051001813
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月12日 优先权日2005年1月12日
发明者朱洪波, 马保国, 董荣珍 申请人:武汉理工大学