一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及建筑工程领域，具体的说，是涉及一种确定混凝土终凝时间的方法。
【背景技术】
[0002]终凝时间是指混凝土从拌合到完全固化、产生初始强度的时间。为了使已形成工程结构形状的混凝土尽早取得强度，以便于承受荷载，国家标准规定了混凝土的最晚终凝时间[1]。确定终凝时间对于保证混凝土结构物的施工质量和进度具有非常重要的工程意义。
[0003]在现行国家规范[2]中，混凝土的终凝时间采用水泥净浆稠度测定仪法测定。该试验方法需要从混凝土中滤出水泥砂浆，然后在标准实验室内进行养护，通过测定不同时间的水泥砂浆贯入阻力推定混凝土的终凝时间；此外，在施工现场采用贯入法大体测算混凝土的终凝时间，由于其相对简单，也得到了一定应用。除了上述方法外，国内外研宄者借助一定的试验监测仪器，发展了其他测定混凝土终凝时间的方法。由于终凝之前混凝土强度很低，这些方法都是非破坏性试验方法。主要包括两类:共振频率法和超声波法，共振频率法为接触式测量方法，应用较为广泛，且被写进ASTM的规范[3]中，其一般采用重锤冲击混凝土试样，并测量混凝土的横、纵、扭转频率，进而转化为与混凝土强度相关的参数，例如弹性模量等来推定混凝土终凝时间。由于该方法需要力学冲击建立相应激励，对于未达到硬化的混凝土力学属性量测显然效果较差。超声波法基于人工产生的P或S波在混凝土中传播速度的量测，进而转化为与混凝土力学属性相关的参数M。但该方法存在很大争议，主要在于已有的冲击速度与混凝土力学属性之间关系方程的有效性难以得到确认[5，6]。虽然Youngm* Nicolas Robeyst [6]等对该方法进行了深入的理论修正和试验验证，但在低初始波速起因和混凝土凝固时间与波速关系方面仍存在一定问题[6]。Jae Hong Kimte]同时采用共振频率法和超声波法对早期混凝土形态进行了试验研宄，结论同样表明在超早期(浇筑后I天内)混凝土力学属性方面二者存在较大差异。此外，由于混凝土性态发展与水化过程密切相关，Xiaot9]等提出了一种非接触式的早期混凝土性态量测方法，可以较好估算早期混凝土硬化时间和硬化后性态，但成果高度依赖于孔隙率与水化程度、水化程度与抗压强度等之间的关系，而这些关系本身亦存在误差。
[0004]传统的应变传感器在混凝土结构物的安全监测中得到了大量应用，但是，由于受传感器精度、结构型式所限，一般认为在混凝土终凝之前测得的应变结果存在较大误差，其监测结果主要用于分析成熟(28天后)混凝土的安全性态。
[0005]总体来看，目前还缺少简洁、快速、准确的直接推定混凝土终凝的方法。
[0006]参考文献:
[0007][l]GB50204-2002，混凝土结构工程施工质量验收规范[S]，北京:中国建筑工业出版社，2011.
[0008][2]GB175-2007，通用硅酸盐水泥[S]，北京:中国标准出版社，2007.
[0009][ 3 ] A S T M.Standard test method for fundamentaltransverse, longitudinal, and tors1nal frequencies of concrete specimens, 2002.
[0010][4]Miguel Azenha, Filipe Magalhaes, Rui Faria.Measurement of concreteE-modulus evolut1n since casting:A novel method based on ambient vibrat1n[J].Cement and Concrete Research, 2010，40:1096 ?1105.
[0011][5]A.Neville.Properties of concrete[M].Prentice hall, 2005.
[0012][6]Nicolas Robeyst, Elke Gruyaert, Christian U.Grosse.Monitoring thesetting of concrete containing blast-furnace slag by measuring the ultrasonicp-wave velocity[J].Cement and Concrete Research, 2008，38:1169 ?1176.
[0013][7]Young S.Ch0.Non-destructive testing of high strength concrete usingspectral analysis of surface waves[J].NDT&E Internat1nal, 2003，36:229 ?235.
[0014][8]Jae Hong Kim, Surendra P.Shah.Ultrasonic wave reflect1n and resonantfrequency measurements for monitoring early-age concrete[J].Journal ofmaterials in civil Engineering, 2009，21:476 ?483.
[0015][9]Lianzhen Xiao, Zongjin L1.Early-age hydrat1n of fresh concretemonitored by non-contact electrical resistivity measurement[J].Cement andConcrete Research, 2008, 38:312 ?319.
【发明内容】
[0016]本发明要解决的技术问题在于，以往的混凝土终凝时间确定需要根据水泥砂浆的凝结时间来间接确定，或是采用专业仪器测定某些特定指标，如频率、波速、水化度等，通过建立与混凝土力学参数之间的关系来推定，这些方法存在不准确、繁琐、耗时较长等缺陷。本发明提供了一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，采用传统的应变传感器，通过对早期混凝土监测数据进行分析确定混凝土的终凝时间。
[0017]为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现:
[0018]一种基于应变传感器的混凝土终凝时间确定方法，包括如下步骤:
[0019](I)选定两类具有不同刚度套筒的应变传感器，分别为塑性套筒应变传感器和刚性套筒应变传感器，所述刚性套筒应变传感器的套筒刚度至少13倍于塑性套筒应变传感器的套筒刚度；
[0020](2)将所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器对称地布置于混凝土结构内部，并保证所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器承受相同的内部温度变化条件、相同的散热条件、相同的约束和边界条件；
[0021](3)混凝土浇筑完成后，所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器即刻开始应变数据的连续采集，采集频率应不低于0.1Hz ;应变数据采集过程中保证混凝土结构的几何外形、边界条件、约束及受力条件均不发生变化；
[0022]采集过程中同时计算所述塑性套筒应变传感器所采集的应变数据与所述刚性套筒应变传感器所采集的应变数据之间的差值，在当前时刻的差值与其后任一时刻的差值之间的变化幅度均小于2μ ε时，该当前时刻即认定为该混凝土的终凝时间。
[0023]其中，所述塑性套筒应变传感器的套筒由PVC制成；所述刚性套筒应变传感器的套筒由钢材制成。
[0024]其中，所述塑性套筒应变传感器和所述刚性套筒应变传感器均可选用振弦式应变传感器、光纤应变传感器或电阻式应变传感器。
[0025]其中，所述塑性套筒应变传感器的灵敏度至少为5 μ ε Γ1;所述刚性套筒应变传感器灵敏度至少为20 μ εΓ1。
[0026]该技术方案的原理为:混凝土浇筑之后为液相(水泥)和固相(粗细骨料)混合物，其具有很小的初始刚度，而对于塑性套筒应变传感器而言，其对非常小的力的变化较为敏感，混凝土在初始刚度下即可以产生握裹塑性套筒应变传感器的力，也就是可以传递由于水化过程产生的变形给塑性套筒应变传感器，因此该类传感器可以测量从混凝土初凝到终凝乃至成熟后的变形；但对于刚性套筒应变传感器而言，混凝土的初始状态(初凝时)却不足以产生完全握裹刚性套筒应变传感器的力，也就不能将所有的混凝土变形传递给刚性套筒应变传感器，实际上该类传感器