一种基于电阻率法混凝土龄期等效的试验测试系统的制作方法

本发明涉及一种基于电阻率法混凝土龄期等效的方法，具体的说，是一种可以自动采集混凝土试样电阻数据的测试系统，基于电阻率与混凝土龄期的相关关系，实现混凝土龄期等效。

背景技术：

混凝土龄期是反映其强度、弹性模量等物理力学性质的重要指标，在水利工程中，常需要根据龄期来确定混凝土结构状态和力学性能。随着科学技术的发展，获得混凝土龄期的方法有很多种，可分为直接测试法和间接测试法。直接测试法包括标准养护试块法、同条件养护试块法、取芯法等。直接测试法是对标准养护条件下或同条件养护下的多组混凝土试样进行破坏试验，直接得到混凝土龄期，测试效果受样本离散性影响较大。间接测试法包括拔出法、回弹法、超声法、超声一回弹综合法、成熟度法、电阻率法等，间接测试法在各个龄期内或更长时间内，只针对同一个试件进行检测，这样可以更好地揭示混凝土整体龄期发展规律，并且一般操作简单易于推广。对于结构复杂的水工建筑物，拔出法、回弹法、超声法、超声-回弹综合法适用性也受到限制。

混凝土龄期反应结构状态，与孔隙率、孔隙尺寸、饱和度、孔隙结构、含水率、固相胶凝混合物等有关；混凝土电阻率由含水率、饱和度、固相胶凝混合物导电性、孔隙溶液的导电性、孔隙尺寸等决定的，并且与温度有关。通过孔隙率，饱和度，孔隙结构，固相胶凝混合物等，混凝土电阻率与龄期发生联系，并存在对应关系。因此，可以基于电阻率法表征混凝土龄期特征，通过测试混凝土龄期，并利用电阻率相等，实现不同养护温度下混凝土龄期等效转换。

技术实现要素：

本发明克服了现有测试方法的不足，基于电阻率法混凝土龄期等效的基本原理，提供了一种无损快捷测试混凝土龄期的试验系统，本发明对混凝土标准试样进行室内试验，通过编制程序实现了获取任意养护温度下混凝土的电阻率，再利用标准养护条件下的电阻率换算，得到任意养护温度下的混凝土等效龄期。

为了实现上述目的，本发明采用下述的技术方案：

一种基于电阻率法混凝土龄期等效的试验测试系统，它包括电脑，电脑与自动采集与短接装置连接，自动采集与短接装置包括继电器、混凝土试样、智能电阻测试仪，金属板作为混凝土试样的导电装置与继电器连接，而继电器另一端与智能电阻测试仪相连。

它还包括温度控制装置，温度控制装置包括保温箱、加热器、温度开关和温度传感器，加热器与温度传感器置于保温箱内，温度开关位于保温箱外面，加热器连着温度开关，根据温度传感器采集的温度，控制温度开关，使加热器开始或停止工作。

它还包括电源。

一种用上述系统获取混凝土龄期的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)制备两个尺寸相同的混凝土试样；

(2)打开自动采集与短接装置，通过控制继电器端子的开启与闭合，以实现转向、采集与短接的功能；

(3)对步骤中得到的数据进行数据处理

在步骤中，当数据变化浮动超过一定范围，增大记录数据的频率：当数据变化浮动较缓慢时，降低记录数据的频率。

在步骤中，在回路中串联电阻箱，根据数据采集系统记录的混凝土试样正反向电阻，分别减去电阻箱显示的电阻值，由此求出混凝土试样正反两向电阻，将两个方向电阻求平均，作为混凝土试样的电阻值。

上述金属板为铝板，铝板上预制27个等直径的小孔。顶部预留2个小孔便于连接导线，其余5行5列共25个小孔，以保证铝板与混凝土试样的整体性。

上述步骤2)中继电器为程序控制继电器，在两次测量电阻间隔时，自动使混凝土试样短接：

在步骤2)中用保温箱设置温度养护条件，该温度养护条件为：15度至50度的养护温度。

与现有的仪器相比，本发明的有益效果如下：

1.试验方法快捷无损，保证了不破坏混凝土试样的原有结构：

2.采用两个相同的混凝土试样同时试验，便于相互取证，排除偶然性：

3.通过编制程序，能够实现自动实时采集电阻数据的功能，节省了测量者的时间与精力；

4.试验过程中采用多种方式来减小线路电流引起的极化现象影响，从而保证了试验测量的高精度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是混凝土电阻测试试验系统的示意图：

图2是自动采集与短接原理图：

图3是温度控制装置图；

图4是自动控制系统流程图；

图5是混凝土养护温度变化曲线图；

图6是混凝土养护温度变化曲线图。

具体实施方式

如图1至3所示，一种基于电阻率法混凝土龄期等效的试验测试系统，它包括电脑1，电脑1与自动采集与短接装置连接，自动采集与短接装置包括继电器4、混凝土试样5、智能电阻测试仪3，金属板6作为混凝土试样5的导电装置与继电器4连接，而继电器4另一端与智能电阻测试仪3相连。

它还包括温度控制装置，温度控制装置包括保温箱7、加热器8、温度开关9和温度传感器10，加热器8与温度传感器10置于保温箱7内，温度开关9位于保温箱7外面，加热器8连着温度开关9，根据温度传感器10采集的温度，控制温度开关9，使加热器开始或停止工作。它还包括电源2。

一种用上述系统获取混凝土龄期的方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)制备两个尺寸相同的混凝土试样；

(2)打开自动采集与短接装置，通过控制继电器4端子的开启与闭合，以实现转向、采集与短接的功能；

(3)对步骤2)中得到的数据进行数据处理

在步骤2)中，当数据变化浮动超过一定范围，增大记录数据的频率；当数据变化浮动较缓慢时，降低记录数据的频率。

在步骤3)中，在回路中串联电阻箱，根据数据采集系统记录的混凝土试样正反向电阻，分别减去电阻箱显示的电阻值，由此求出混凝土试样正反两向电阻，将两个方向电阻求平均，作为混凝土试样的电阻值。

所述金属板6为铝板，铝板上预制27个等直径的小孔。顶部预留2个小孔便于连接导线，其余5行5列共25个小孔，以保证铝板与混凝土试样的整体性。

所述步骤2)中继电器4为程序控制继电器，在两次测量电阻间隔时，自动使混凝土试样短接；

在步骤2)中用保温箱7设置温度养护条件，该温度养护条件为：15度至50度的养护温度。

混凝土试样横截面积较大，不能简单地以点代面，更不能简单的用两点间的电阻代表长方体混凝土试样的电阻。故选用带孔铝板作为混凝土试样与电极之间的导电装置，减少了因接触问题而产生的误差。每块铝板上预制27个直径为6mm的小孔。顶部预留2个小孔便于连接导线，其余5行5列共25个小孔，以保证混凝土试样浇筑后的整体性。

在回路中串联一个固定大电阻，让混凝土试样与该固定大电阻作为一个整体，减小回路中电流，从而直接减小了电流引起的极化现象的影响。

在浇筑振捣过程中，由于流动状态的混凝土容易产生静电压，从而产生极化现象。同一养护环境下，同一材料，同一浇筑过程的两个混凝土试样从a到b向的混凝土电阻和从b到a向的混凝土电阻随龄期的发展没有任何规律，并且相差很大。但是两个试样两个方向的平均值随龄期发展而增长，并且两者大小基本相同。因此选择混凝土试样的两个方向平均值作为试样整体电阻值。这也是一种减小测量过程中线路电流引起的极化现象的影响的方法。

运用程序控制继电器，在两次测量电阻间隔时，自动使混凝土试样短接，以减小两极现象的影响。

在浇筑混凝土前，把铝板分别放在混凝土试样模具的两端，用导线使两端的铝板连接起来。当混凝土浇筑在模具内时，由铝板、混凝土和导线组成一个闭合的回路。这样聚集在两端的自由电子和自由离子会通过导线发生中和，从而进一步减小混凝土内部静电压的产生，达到减小极化现象影响的目的。

由于整个试验过程都需要记录数据，不可能24小时人工测量。故在计算机上编制程序，实现数据实时采集和试验过程自动控制。其中，智能电阻测试仪与电脑相连接，并向电脑发出信号，通过编写程序来接收信号，实现实时测量混凝土电阻；程序控制继电器端子的开关与闭合，实现自动换向，自动采集与短接的功能。

为给混凝土试样创造温度养护条件，自制一个比较简单的加热装置，主要由加热器、温度开关、温度传感器和保温箱组成。设置一定养护温度，当温度传感器反馈信息表明达到此温度时，温度控制开关就会断开，加热器停止加热；当低于此温度时，温度控制开关闭合，加热器自动加热。

具体的进一步对本发明作进一步详细描述。

1.制样：将5mm×100mm×110mm的带孔铝板放到尺寸为400mm×100mm×100mm混凝土模具两端，材料备好后，把两个模具放在振动台上，边浇筑边振捣，直至达到规定的质量标准(依据不同水灰比而定)，并保证两个模具内混凝土试样相同。

2.装置连接：装好试样后，按照图1所示总体结构示意图连接好电脑、双串口16路继电器、智能电阻测试仪、保温装置、两个混凝土试样等，为数据采集做准备。在连接混凝土试样与双串口16路继电器时，将两者带有正极(“+”号)的一端相连接，带有负极(“-”号)的一端相连接，并在回路中串联一个电阻箱，从而进一步的减小回路中电流对混凝土极化现象的影响。

保温箱中放置温度传感器t时刻记录温度为t，当t＜ta(设定实验温度)时温度控制开关闭合，加热棒接通电源，开始加热，继而保温箱中温度随即开始上升；当温度t＞ta(设定实验温度)时，温度控制开关断开，加热棒与电源的通道被切断，停止加热，当低于时继续加热，以维持一个恒定温度环境。

3.数据采集：连好整个回路的导线后，打开采集数据系统，通过编写的程序控制继电器端子的开启与闭合，以实现自动换向、自动采集与短接的功能。其自动将混凝土正反向电阻数据自适应地记录下来。当数据变化浮动超过一定范围内，会自动增大记录数据的频率；当数据变化浮动较缓慢时，会自动较低记录数据的频率。

计算机向继电器发出命令闭合或开启的命令。如图2中，端子1和端子3闭合时其他所有的端子都是开启的，快速测出了混凝土试样正向电阻(规定从a到b方向试样电阻称为正向电阻)。混凝土试样正向电阻测完后，端子1和端子3立刻开启，端子2和端子4闭合，快速测出了混凝土试样负向电阻(规定从b到a方向试样电阻称为负向电阻)。在测试负向电阻时，除端子2和端子4闭合外其他的端子都是开启的。混凝土试样的正向和负向电阻测完后，完成一次测量。在一次测量完成后，端子2和端子4立刻开启，端子9闭合，直到下一次测量开始。在每次测量间隔，端子9都闭合，保证混凝土试样处于短接状态。混凝土短接是为了尽量减小电极极化累积效应。

4.成果整理：由于在回路中串联了一个固定大电阻，根据数据采集系统记录的混凝土试样正反向电阻，分别减去固定大电阻值，由此求出混凝土试样正反两向电阻，将两个方向电

阻求平均，作为混凝土试样的电阻值r。根据电阻率与电阻的相关关系，求出电阻率。

ρ＝r×s/l

其中，ρ为混凝土试样电阻率，ω.m，r为混凝土试样电阻，ω，s为混凝土试样横截面积cm²或m²，l为混凝土试样的长度，cm或m。

5.基于电阻率法混凝土龄期等效：利用电阻率相同，把复杂温变条件下等效为阶梯段恒温条件，把复杂条件简单化，达到利用简单条件等效复杂条件的目的。

图5和图6中黑色曲线为混凝土养护温度随时间发展曲线，红色阶梯线段为δt(δt＝t2-t1＝……＝tn+1-tn)时间段的温度，即从t1后的实际变化温度曲线近似看作阶梯段的温度线段。在t1时刻混凝土试样的实测电阻率值为ρ1，t1到t2段上的温度为t1，认为混凝土在这δt段内为恒温t1内养护，如图1再在恒温为t1的混凝土电阻率曲线上找出ρ1对应的时间t′1，并在该曲线上找出t′1+δt对应的电阻率值ρ′2，即ρ′2为t2时刻的等效值，ρ′2-ρ1为t1到t2段上的等效增量值。同理，以同样的方法，以ρ′2为基点，在恒温t2的混凝土电阻曲线上找到ρ′3。同样的方法，一直等效出最后一个点ρ′n。