专利名称：混凝土早期自身变形测试方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土早期自身变形测试方法及装置，属于混凝土收缩变形测试技术。
背景技术：
在2000年国际材料和结构测试与研究试验室联合会(RILEM)所召开的Shrinkageof Concrete 2000国际会议上，一个重要的议题即是怎样准确地测试收缩？关于收缩的测试，尤其是自收缩的测试仍然未能形成统一的标准。对于早期的自收缩测量结果在不同的文献资料里面存在着较大的争议，归根到底是由于测试方法的不同而引起，要想对基于不同测试手段得出的试验结果进行解释有许多困难，因此测试方法的不严谨严重阻碍了自收缩研究的进展。如何提早测量初始时间、降低试模的约束、提高测试的精度、提高密封的有效性以及消除温度变形的干扰，一直是研究人员致力于改进的问题。
总结现有的测量方法主要有长度法和体积法两种。
由于水化作用的进行，混凝土自加水开始即存在着收缩，因此理想的测量方式应当是自加水拌和成型之后立即进行。就这一点而言体积法具有明显的优势，在初始结构形成以前水泥浆采用线性测长的方式不仅仅存在大的误差，而且本质上就是混淆不清的，因为对于流体无法以长度来度量。这种方法的缺点在于搅拌过程中吸入的空气和成型后泌水可能存在于橡胶袋和水泥浆之间，并且由于水化作用的继续进行有可能重新吸入水泥浆内部，因此测试结果并不仅仅是表观体积的减小，还包含了部分由于化学减缩形成的空隙，因化学减缩要远远高于表观体积的减小，因此给测量造成了很大的误差。此外，橡胶袋的渗透性也可能是引起测量误差的因素之一。体积法的测量方式显然不适用于混凝土，因为集料可能会损坏橡胶袋。
线性式的测量方式由于测试的点相对固定，因此对于泌水影响要小得多。但也有文献资料报道泌水后的回吸可能会减小自收缩，甚至导致早期混凝土膨胀。并且线性测量开始的点应该对应于结构的形成，但是对一个由塑性阶段→向弹塑性阶段转变的系统要想作出客观的划分并不是一件容易的事情，通常粗略地以传统的凝结时间(初凝)的测量为基准。更加科学的方法是在初凝之前即测试变形，同时测量相应约束试件内部应力，以约束试件产生内部应力的点作为时间的零点进行校正。这种方法至少可以保证在测试了一个可以承受外部应力的固体体系的变形。
尽管这两种方法已经被广泛沿用了超过50年，但所给出的结果并非一样，将体积变形转换为长度变形后测试结果要较长度测量结果高出3-5倍之多，这主要取决于水泥类型和试验具体条件。通常认为在凝结以前垂直方向的变形与水平方向的变形不一样。
发明内容
本发明要解决的就是上述现有技术存在的问题，根据早期混凝土的变形特点，提供一种自浇筑成型开始的混凝土早期自身变形的自动测试方法和装置。
本发明所述混凝土早期自身变形测试方法，包括对混凝土的凝缩和对混凝土初凝以后的自干燥收缩的测试，其特征在于A..对混凝土凝缩的测试A1、采用竖向测长的方式，将试模竖向放置；A2、将混凝土拌合好装入试模，成型时在混凝土内部预埋温度传感器，在混凝土顶端放置测试端头；A3、在测试端头的上方设置非接触式位移传感器，用于测量测试端头随着混凝土凝缩而产生的位移；A4、计算机记录非接触式位移传感器以及温度传感器测得的初始值l0和T0，以及每隔相同龄期的值lt和Tt，直至混凝土初凝为止；A5、由计算机内预存在按下列公式编制的程序计算在龄期t时混凝土的凝缩值εvt，龄期t自加水拌合0.5h开始计时εvt＝1000000×((l0-lt)/498+(Tt-T0)×10×10-6)式中，l0测试初始时刻的读数，单位mm；lt龄期t时的读数，单位mm；T0:测试初始时刻的温度；Tt龄期t时的温度读数B.对混凝土初凝以后的自干燥收缩的测试B1、采用横向测长的方式，将试模横向放置，试模两端预先放置测试端头，表面内衬双层聚氯乙烯塑料薄膜；
B2、在试模两端和外侧设置非接触式位移传感器，用于测量测试端头随混凝土初凝以后的自干燥收缩而产生的位移；B3、将混凝土拌合好装入试模，成型时在混凝土内部预埋温度传感器；B4、试模成型后表面用双层聚氯乙烯塑料薄膜密封，同时根据GB 8076-87测试混凝土的凝结时间，作为测试自干燥收缩的初始点；B5、混凝土初凝后拆去混凝土试模的侧板及两端顶板，试件表面用自粘性铝箔密封；B6、计算机记录非接接触式位移传感器以及温度传感器的初始值l0和T0，以及每隔相同龄期的值lt和Tt；B7、由计算机内预存在按下列公式编制的程序计算在龄期t时混凝土的自干燥收缩值εlit，初凝0.5h开始计时εlit＝l06×(((l01-lt1+l02-l12)+2×15×(Tt-T0)×10×10-6)/480+(Tt-T0)×10×10-6)式中，l01、l02测试初始时刻的读数，单位mm；lt1、lt2龄期t时的读数，单位mm；T0测试初始时刻的温度；Tt龄期t时的温度读数。
用于测试混凝土的凝缩和对混凝土初凝以后的自干燥收缩的试模各有三个，用于测试同一数据的三个试模的测式值与平均值的偏差小于15％时，取三个试模的平均值作为测试结果；如果三个试模中有一个值与平均值的偏差大于15％，而另外两个的测试值相差未超过15％，则取另外两个值的平均值作为测试结果；否则需要重新进行测试。
为减轻磨擦，有效减轻了试模表面对早期混凝土的约束，试模内衬有聚四氟乙烯材料，混凝土装模之前试模内预放双层聚氯乙烯塑料薄膜。
用于测式混凝土的凝缩的试模的装模高度低于试模本身的高度。
在测式混凝土的凝缩时，测试端头四周与混凝土相连的部分用自粘性铝箔密封，中间露出局部便于测试。
有效避免了外界振动带来的干扰误差，测试时成型后的试模放在大理石台面上。
本发明所述混凝土早期自身变形测试方法的专用装置包括混凝土的凝缩测试部件、混凝土初凝以后的自干燥收缩测试部件和计算机三大部分；所述混凝土的凝缩测试部件包括试模、温度传感器、测试端头、非接触式位移传感器和支架，试模为底座可拆卸的中空圆柱形钢管，内衬聚四氟乙烯管材，置于支架的底座上，温度传感器用于在装模时预埋在混凝土内部，测试端头用于在装模后置于混凝土顶部，非接接触式位移传感器通过支架置于测试端头的上方，温度传感器以及非接触的位移传感器均与计算机相连；所述混凝土初凝以后的自干燥收缩测试部件包括试模、温度传感器、测试端头、非接触式位移传感器，试模按GBJ 82-85制成，其底面和侧面内衬聚四氟乙烯板材，温度传感器用于在装模时预埋在混凝土内部，测试端头位于试模的两端，非接接触式位移传感器通过支架置于测试端头的外侧，温度传感器以及非接触的位移传感器均与计算机相连。
为便于固定和调节方向非接接触式位移传感器的方向，混凝土初凝以后的自干燥收缩测试部件的支架为磁芯表架。
本发明的特点如下1、将凝缩和自干燥收缩区分开来初始结构形成以前的收缩只能以竖向测试的方式表现出来，因此在初凝以前采用竖向测长的方式来测试混凝土的凝缩。而在初凝以后则以横向测长的方式来测试自干燥收缩，以减轻侧模的约束以及重力的影响。
2、试模●采用这样的试模凝缩测试时不用拆模，可以避免拆模对早期混凝土的损伤。试模本身具有足够的刚度，在恒温恒湿的条件下，不会因混凝土自重而产生额外变形。
●具有自润滑特性的聚四氟乙烯内衬板与双层聚氯乙烯塑料薄膜复合技术措施有效减轻了试模表面对早期混凝土的约束。
●试件的顶端与底部采用聚氯乙烯塑料薄膜与自粘性铝箔复合密封的方式，易于操作且能够有效防止早期水分的蒸发。
●试模置于大理石台面上，有效避免了外界振动带来的干扰误差。
3、温度传感器使用了热电偶式温度传感器，其测量分辨率为0.0625℃，实现对浇筑成型后混凝土温度的实时采集。
4、采用非接触的高精度激光传感器采用非接触式的高精度激光传感器。其主要工作原理为采用三角量测技术来进行位移、距离、振动及厚度检测的精密量测，在传感器上装置CCD作为光接收元件，由目标反射回来的光线通过接收透镜组并聚焦于CCD元件。CCD检测出光点对每一像素的光量分布峰值并将其识别为目标位置。这样的传感器具有以下优点
●对油污、尘埃、湿度、干扰磁场不敏感，特别适用于恶劣的工业环境，带有温度补偿的方式，具有足够的精度和很好的稳定性。
●非接触的测长方式避免了对早期混凝土的损伤，以及传感器测头与早期混凝土试件之间的相对位移。
5、测试端头传感器的固定端需要与混凝土连成一体，且与混凝土同步变化，根据早期混凝土的特点分别对凝缩试件和自干燥收缩的试件的固定端分别处理，设计了不同的形式，如图6所示。凝缩试件固定端采用泡沫塑料片，有效避免了在塑性阶段铁片的沉降，消除了固定端与被测物件之间的相对位移带来的测试误差，使得混凝土的测试可以从浇筑成型后即可开始。
本发明结构简单，容易制造。高精度激光位移传感器的使用使得测试的精度和稳定性大大提高。采用立式测量和非接触传感器相结合的方式，使得自收缩的测量初始时间可以提早到浇灌成型后即开始，有效避免了试模的约束、外界震动的干扰，测试过程中毋须拆模及搬动试件，实现了数据的自动化采集及分析，试验结果具有很好的重现性和准确性。
图1是本发明的结构示意图。
图2(a)是凝缩测试支架及其夹头的结构示意图，图2(b)支架夹头的俯视示意图。
图3(a)是自干燥收缩测试磁性表架示意图，图3(b)磁性表架夹头的俯视示意图。
图4是测试端头示意图，其中(a)是凝缩端头示意图、(b)是自干燥收缩端头示意图。
图5是激光位移传感器的工作原理图6是±1mm量程内激光位移传感器的标定曲线图7是采用本发明装置及方法实施的案例1的具体结果图8是采用本发明装置及方法实施的案例1的具体结果，。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明如图1所示，本发明所用的测试装置包括高精度的非接触位移传感器1、试模2、温度传感器3、大理石台面4、支架5、测试端头6、计算机7、混凝土8、聚四氟乙烯内衬9。聚四氟乙烯内衬9衬在试模2里面，混凝土8在试模2里面成型，成型好的试模放在大理石台面4上，温度传感器3放在混凝土8内部，测试端头6放在混凝土8表面，非接触的传感器1安放在支架5的夹头上，高精度的位移传感器以及温度传感器的信号通过电缆直接输送到计算机7，由计算机进行实时采集和数据分析。
在高度为15cm的大理石台面4上放置两组混凝土试模(3个为一组)。其中一组试模用于测试混凝土的凝缩，采用竖向测长的方式。凝缩试模为底座可拆卸的中空圆柱形钢管，内径Φ98mm，净高度500mm，钢管内部内衬3mm厚聚四氟乙烯管材9。混凝土成型之前在试模内预放双层聚氯乙烯塑料薄膜，底座与钢管之间涂上密封黄油，混凝土拌合好后即可装模，装模高度为498mm，成型时在混凝土内部预埋温度传感器3，顶端放置测试端头6。如图4(a)所示，测试端头的由铁片和泡沫塑料片，铁片设置在泡沫塑料片上。端头四周与混凝土相连的部分用自粘性铝箔密封，中间露出直径约1cm的部分以便测试。非接触的位移传感器1安装在支架上端，支架为铁架台，其结构以及夹头的结构示意如图2所示。自加水拌合混凝土0.5h开始测试。计算机7记录激光位移传感器1以及温度传感器3的初始值(l0和T0)，以及每隔10分钟的值(lt和Tt)，直至混凝土初凝为止。
另外一组试模用于测试混凝土初凝以后的自干燥收缩，采用横向测长的方式。采用符合(GBJ 82-85规定的100×100×515mm混凝土的收缩测试试模2，在试模的底面和侧面内衬2mm厚的聚四氟乙烯板材10。两端预先放置测试端头6，测试端头的结构示意如图4(b)所示，由两块尺寸分别为20×20×5mm，100×100×5mm的铁片组成，两块铁片通过中间的φ10×10mm的钢条焊接在一起。成型之前在试模内预放双层聚氯乙烯塑料薄膜，混凝土拌合好后即可装模，成型时在混凝土内部预埋温度传感器3。成型后的试模放在大理石台面4上，表面用双层聚氯乙烯塑料薄膜密封，同时根据GB 8076-87测试混凝土的凝结时间。待混凝土初凝以后拆去混凝土试模的侧板及两端顶板，试件表面用自粘性铝箔密封。非接触的位移传感器1固定在支架5上，支架为磁芯表架，此种表架系现有技术，其结构和夹头示意如图3所示。计算机7记录激光位移传感器1以及温度传感器3的初始值(l0和T0)，以及每隔10分钟的值(lt和Tt)。
温度传感器以及非接触的位移传感器均与计算机7直接相连。
非接触的位移传感器为Microtrak II高精度激光位移传感器，其主要技术参数为测量范围为±1mm，线性度为±0.05％，精度为1um，分辨率0.1um，传感器温度范围0度至40度，温度稳定性0.05％满量程/度(0至40度)，Microtrak ll高精度激光位移传感器采用三角量测技术，其测量原理如图5所示，在±1mm量程内传感器的标定曲线如图6所示。通过埋入式热电偶温度传感器测试试件中心温度的同步变化。采用的温度传感器为美国DALLAS公司的集成一线式温度传感器，其测量分辨率为0.0625℃。
假定混凝土的温度线膨胀系数为10×10-6/℃，钢的温度线膨胀系数为10×106/℃。则在龄期t(加水拌合0.5h开始计时)时混凝土的凝缩值εvtεvt＝1000000×((l0-lt)/498+(Tt-T0)×10×10-6)(1)式中，εvt龄期t时的凝缩值(×10-6)；l0测试初始时刻的读数(mm)；lt龄期t时的读数(mm)；T0测试初始时刻的温度(℃)；Tt龄期t时的读数(℃)。
在龄期t(初凝0.5h开始计时)时混凝土的自干燥收缩值εlitεlit＝106×(((l01-lt1+l02-lt2)+2×15×(Tt-T0)×10×10-6)/480+(Tt-T0)×10×10-6)(2)式中，εlit龄期t时的自干燥收缩值(×10-6)；l01、l02测试初始时刻的读数(mm)；lt1、lt2龄期t时的读数(mm)；T0测试初始时刻的温度(℃)；Tt龄期t时的读数(℃)。
每批成型三个试件，三个试件的测试值如果与平均值的偏差小于15％，则取三个试件的平均值作为测试结果；如果三个试件中有一个值与平均值的偏差大于15％，而另外两个测试值相差未超过15％。则取另外两个值的平均值作为测试结果；否则试验视为失败，需要重新进行。
实施案例1混凝土配合比(kg/m3)水泥-480，砂-676，石子-1104，水-145，萘系高效减水剂-1.68初凝时间7.35h，共测试了A、B两次试验，测试的混凝土的早期收缩结果如图7所示。
实施案例2
混凝土配合比(kg/m3)水泥-470，砂-760，石子-1140，水-150，聚羧酸减水剂0.94初凝时间7h，测试的混凝土的早期收缩如图8所示。
权利要求
1.混凝土早期自身变形测试方法，包括对混凝土的凝缩和对混凝土初凝以后的自干燥收缩的测试，其特征在于A.对混凝土凝缩的测试A1、采用竖向测长的方式，将试模竖向放置；A2、将混凝土拌合好装入试模，成型时在混凝土内部预埋温度传感器，在混凝土顶端放置测试端头；A3、在测试端头的上方设置非接触式位移传感器，用于测量测试端头随着混凝土凝缩而产生的位移；A4、计算机记录非接触式位移传感器以及温度传感器测得的初始值l0和T0以及每隔相同龄期值lt和Tt直至混凝土初凝为止；A5、由计算机内预存在按下列公式编制的程序计算在龄期t时混凝土的凝缩值εV1，龄期t自加水拌合0.5h开始计时ϵV1=1000000×((l0-lt)/498+(Tt-T0)×10×10-6)]]>式中，l0测试初始时刻的读数，单位mm；lt龄期t时的读数，单位mm；T0测试初始时刻的温度；T1龄期t时的温度读数B.对混凝土初凝以后的自干燥收缩的测试B1、采用横向测长的方式，将试模横向放置，试模两端预先放置测试端头，表面内衬双层聚氯乙烯塑料薄膜；B2、在试模两端的外侧设置非接触式位移传感器，用于测量测试端头随混凝土初凝以后的自干燥收缩而产生的位移；B3、将混凝土拌合好装入试模，成型时在混凝土内部预埋温度传感器；B4、试模成型后表面用双层聚氯乙烯塑料薄膜密封，同时根据GB 8076-87测试混凝土的凝结时间，作为测试自干燥收缩的初始点；B5、混凝土初凝后拆去混凝土试模的侧板及两端顶板，试件表面用自粘性铝箔密封；B6、计算机记录非接接触式位移传感器以及温度传感器的初始值l0和T0以及每隔相同龄期的值lt和Tt；B7、由计算机内预存在按下列公式编制的程序计算在龄期t时混凝土的自干燥收缩值εHt，初凝0.5h开始计时εHt＝106×(((l01-lt1+l02-lt2)+2×15×(Tt-T0)×10×10-6)/480+(Tt-T0)×10×10-6)式中，l01、l02测试初始时刻的读数，单位mm；lt1、lt2龄期t时的读数，单位mm；T0测试初始时刻的温度；Tt龄期t时的温度读数。
2.根据权利要求1所述的混凝土早期自身变形测试方法，其特征在于用于测试混凝土的凝缩和对混凝土初凝以后的自干燥收缩的试模各有三个，用于测试同一数据的三个试模的测式值与平均值的偏差小于15％时，取三个试模的平均值作为测试结果；如果三个试模中有一个值与平均值的偏差大于15％，而另外两个的测试值相差未超过15％，则取另外两个值的平均值作为测试结果；否则需要重新进行测试。
3.根据权利要求1或2所述的混凝土早期自身变形测试方法，其特征在于试模内衬有聚四氟乙烯材料。
4.根据权利要求1或2所述的混凝土早期自身变形测试方法，其特征在于混凝土装模之前试模内预放双层聚氯乙烯塑料薄膜。
5.根据权利要求1或2所述的混凝土早期自身变形测试方法，其特征在于测式混凝土的凝缩的试模的装模高度低于试模本身的高度。
6.根据权利要求1或2所述的混凝土早期自身变形测试方法，其特征在于在测试混凝土的凝缩时，测试端头四周与混凝土相连的部分用自粘性铝箔密封，中间露出局部便于测试。
7.根据权利要求1或2所述的混凝土早期自身变形测试方法，其特征在于成型后的试模放在大理石台面上。
8.根据权利要求1或2所述的混凝土早期自身变形测试方法，其特征在于每隔相同龄期是指每隔10分种。
9.一种用于权利要求1-8任意一项所述混凝土早期自身变形测试方法的装置，其特征在于包括混凝土的凝缩测试部件、混凝土初凝以后的自干燥收缩测试部件和计算机三大部分；所述混凝土的凝缩测试部件包括试模、温度传感器、测试端头、非接触式位移传感器和支架，试模为底座可拆卸的中空圆柱形钢管，内衬聚四氟乙烯管材，置于支架的底座上，温度传感器用于在装模时预埋在混凝土内部，测试端头用于在装模后置于混凝土顶部，非接接触式位移传感器通过支架置于测试端头的上方，温度传感器以及非接触的位移传感器均与计算机相连；所述混凝土初凝以后的自干燥收缩测试部件包括试模、温度传感器、测试端头、非接触式位移传感器，试模按GBJ 82-85制成，其底面和侧面内衬聚四氟乙烯板材，温度传感器用于在装模时预埋在混凝土内部，测试端头位于试模的两端，非接接触式位移传感器通过支架置于测试端头的外侧，温度传感器以及非接触的位移传感器均与计算机相连。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于混凝土初凝以后的自干燥收缩测试部件的支架为磁芯表架。
全文摘要
混凝土早期自身变形测试方法及装置，包括对混凝土的凝缩和对混凝土初凝以后的自干燥收缩的测试，前者采用竖向测长方式，混凝土内预埋温度传感器，其顶端放置测试端头，非接触式位移传感器用于测量测试端头随混凝土凝缩而产生的位移，计算机记录位移传感器以及温度传感器测得的初始值及每隔相同龄期的值，直至混凝土初凝为止；后者采用横向测长方式，混凝土内预埋温度传感器，试模两端放置测试端头，非接触式位移传感器用于测量测试端头随混凝土初凝以后的自干燥收缩而产生的位移，计算机记录位移传感器以及温度传感器的初始值以及每隔相同龄期的值。本发明使得自收缩的测量初始时间可以提早到浇灌成型后即开始，试验结果有很好的重现性和准确性。
文档编号G01B21/32GK1844850SQ20061003889
公开日2006年10月11日 申请日期2006年3月16日 优先权日2006年3月16日
发明者缪昌文, 田倩, 刘加平, 费志华 申请人:江苏博特新材料有限公司