专利名称：一种基于介电常数的新拌混凝土拌合物含水量测定方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及基于介电常数的新拌混凝土拌合物含水率测试方法，还涉及应用于新拌混凝土拌合物含水率测定的装置，主要应用于混凝土搅拌站、施工现场或其他试验场所测定新拌混凝土拌合物的含水率，属于水泥混凝土建筑材料领域。
背景技术：
混凝土拌合物的用水量对其工作性能、力学性能和耐久性有十分重要的影响，实际工程施工多存在用水量偏大，引起混凝土后期力学性能和耐久性能下降的问题。准确、高效、快速地测量新拌混凝土拌合物的含水率对于混凝土的生产质量控制十分重要。现有规范、标准提出了多种新拌混凝土拌合物含水率测量方法，实际操作多采用水胶比的形式来表示。如根据《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150-2001)规定采用炒干法、 水洗法等方法，其操作复杂，耗时较长。此外，有文献报道了其他方法，如酒精燃烧法、中子法、电容法、时域反射法、电阻法等。这些方法测量结果受样品和探头附近的物质含水状态影响较大，测得的结果具有不确定性，不能准确代表物质整体的含水率。很多学者提出来了硬化后混凝土及砂浆含水率的测量，但对于处于流动状态的新拌混凝土拌合物含水率的测量方法还未见报道。介电常数反映了介质的基本特性，是个非常重要的参数，它与物质组成、结构、密度等诸多因素有关，由于混凝土拌合物每一组分都会对介质的电磁特性产生影响，且水泥、 石英砂、石子的相对介电常数一般在2-8之间，而自由水在一定频率下，其相对介电常数为 80左右，空气的相对介电常数稳定在1，其中对混凝土拌合物的影响最大的是水的含量。随着新拌混凝土拌合物中含水量的增大，混凝土拌合物的相对介电常数迅速地增大，这为新拌混凝土拌合物含水量的测定提供了理论基础。本发明针对混凝土是一种多组分不均勻的复合材料，其介电常数取决于粗细骨料、水、水泥以及矿物掺合料各组分的介电常数、体积浓度和各个组分之间的分布情况的特点，为新拌混凝土拌合物提供了一种测试速度快，精确度高，连续，实用的含水率测量新方法。
发明内容
本发明目的旨在提供一种新拌混凝土拌合物含水率测试方法及测试装置。本发明目的采用下述技术方案来实现。本发明的一种测试新拌混凝土拌合物含水率的方法，其为基于介电常数的方法， 利用电磁波在混凝土拌合物中传播速率的衰减及电磁波在金属板上的反射，用电磁波接收器测得探地雷达波在混凝土中的双程走时，再通过式(1)计算得到混凝土的相对介电常数 ε，根据所测相对介电常数数据，代入实验建立的相对介电常数与含水率关系曲线，得到待测新拌混凝土拌合物的含水率，
ε = c2t2/4h2(1)其中，c为电磁波在真空中传播的速度，c = 0. 3m/ns, t是电磁波从发射到接收的双程走时，单位为ns，h为装置的固定厚度，单位为m。本发明的测试新拌混凝土拌合物含水率的方法，具体按如下步骤依次进行1)、将待测的混凝土搅拌均勻，放入测试新拌混凝土拌合物含水率的装置中，并在振动台上密实直到没有明显的气泡冒出，完成后在表面覆盖一层聚乙烯膜；2)、将探地雷达的发射和接收器放在测试新拌混凝土拌合物含水率装置有金属板的对面的外侧面，对新拌混凝土拌合物进行测试；3)、测试过程中，取3-5个位置平行测量，取其测得的平均值；4)、对测得的平均值进行分析，得探地雷达波在混凝土中的双程走时，再将所得到的数据进行计算得新拌混凝土拌合物的相对介电常数；5)、根据所测相对介电常数，代入实验建立的相对介电常数与含水率关系曲线，得到待测新拌混凝土拌合物的含水率。本发明的一种测试新拌混凝土拌合物含水率的装置，它包括主体、金属板、所述的主体为长方形槽体，由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板制作成，所述的金属板紧贴在主体的一侧面的内壁上无缝隙，所述的金属板和主体的其他侧面板之间有空腔，上口敞开。本发明的测试新拌混凝土拌合物含水率的装置，考虑到边界对电磁波的影响，设计的主体内部尺寸比探地雷达的发射和接收装置的天线大3到4倍。本发明的测试新拌混凝土拌合物含水率的装置中，所述的金属板为钢板。本发明的工作原理是探地雷达天线发出电磁波，通过PMMA板在装置中的混凝土中传播，当遇到装置后面的金属板后，电磁波会被钢板屏蔽反射回去，再穿过介质到达探地雷达的接收装置，可以得到电磁波在传播的时间，根据时间经计算可得混凝土的相对介电常数。由于新拌混凝土拌合物的相对介电常数主要由水决定，所以可以得到其含水率。本发明的优点本发明的方法，利用电磁波在混凝土中的传播和在测试装置金属板上的反射原理测试混凝土的相对介电常数。相对介电常数快速地随着含水量增加而增大，利用其相对介电常数间接表征新拌混凝土拌合物的含水率。电磁波发射和接收装置与被测物不接触，测试面积大，含水率测试范围大。该方法克服了传统方法对混凝土适应性不强、受环境影响大、不准确、不可靠的缺点，大大提高了新拌混凝土拌合物含水率测试的精度和速度，该方法具有测试装置制作简单，简便，测试结果精确，易操作的特点。本发明适合不同配合比新拌混凝土拌合物含水率的测试，若设计合理，同样适用于其他胶凝材料的拌合物(水泥砂浆等、石灰砂浆)的含水率的测试，利用本发明方法可以准确、方便地通过无损技术获得新拌混凝土拌合物的含水率。
图1为本发明装置结构示意图。图2为本发明测试方法原理3新拌混凝土拌合物相对介电常数与含水率实验数据拟合曲线示意图
具体实施例方式图1为本发明的测试新拌混凝土拌合物含水率的装置结构示意图。该装置包括主体1、金属板2，所述的主体1为长方形槽体，由相对介电常数较小的聚甲基丙烯酸甲酯板制作成，所述的金属板2紧贴在主体1的一侧面的内壁上无缝隙，所述的金属板和主体的其他侧面板之间有空腔3，用来加新拌混凝土拌合物试样，上盖可以打开，考虑到边界对电磁波的影响，设计的主体1内部尺寸比探地雷达的发射和接收装置4大3 4倍。本实施例装置的一面为钢板，另一面用于放探地雷达的发射和接收装置4。本发明实施例适用频率范围为大于400MHz，装置厚度至少为100mm，宽度要大于 250mm，高度不小于150mm。其测试操作首先把搅拌好的混凝土倒入装置中，尽可能装满新拌混凝土拌合物，不少于2/3高度，经在振动台上密实直到没有明显的气泡冒出，完成后在表面覆盖一层聚乙烯膜；把测试用的探地雷达发射天线和接收天线4放在装置侧面开始测试，测试过程中要探测多个点，尽量保持测试结果的准确、可靠性，取3-5个位置平行测量，取其测量平均值；把测试的数据经Radan5. 0软件分析得混凝土中的双程走时，再经公式(1)计算得混凝土的相对介电常数；利用大量实验建立相对介电常数与其含水率之间的关系曲线(图3，考虑了不同条件，并进行了修正)；把测得的相对介电常数代入图3关系曲线，推算出新拌混凝土拌合物的含水率。
权利要求
1.一种测试新拌混凝土拌合物含水率的方法，其特征在于所述的方法为基于介电常数的方法，利用电磁波在混凝土拌合物中传播速率的衰减及电磁波在金属板上的反射，用电磁波接收器测得探地雷达波在混凝土中的双程走时，再通过式(1)计算得到混凝土的相对介电常数ε，根据所测相对介电常数数据代入实验建立的相对介电常数与含水率关系曲线中，得到待测新拌混凝土拌合物的含水率，ε = c2t2/4h2(1)其中c为电磁波在真空中传播的速度，c = 0. 3m/ns, t是电磁波从发射到接收的双程走时，单位为ns，h为装置的固定厚度，单位为m。
2.根据权利要求1所述的测试新拌混凝土拌合物含水率的方法，其特征在于按如下步骤依次进行1)、将待测的混凝土搅拌均勻，放入测试新拌混凝土拌合物含水率的装置中，并在振动台上密实直到没有明显的气泡冒出，完成后在表面覆盖一层聚乙烯膜；2)、将探地雷达的发射和接收器放在测试新拌混凝土拌合物含水率装置有金属板的对面的外侧面，对新拌混凝土拌合物进行测试；3)、测试过程中，取3-5个位置平行测量，取其测得的平均值；4)、对测得的平均值进行分析，得探地雷达波在混凝土中的双程走时，再将所得到的数据进行计算得新拌混凝土拌合物的相对介电常数；5)、根据所测相对介电常数代入实验建立的相对介电常数与含水率关系曲线，得到待测新拌混凝土拌合物的含水率。
3.—种测试新拌混凝土拌合物含水率的装置，其特征在于它包括主体(1)、金属板 O)、主体(1)为长方形槽体，由聚甲基丙烯酸甲酯板制作成，金属板( 紧贴在主体(1)的一侧面的内壁上无缝隙，金属板( 和主体(1)的其他侧面板之间有空腔(3)，上口敞开。
4.如权利要求3所述的测试新拌混凝土拌合物含水率的装置，其特征在于所述的主体(1)内部尺寸比探地雷达的发射和接收装置的天线大3到4倍。
5.如权利要求3所述的测试新拌混凝土拌合物含水率的装置，其特征在于所述的金属板⑵为钢板。
全文摘要
一种基于介电常数的新拌混凝土拌合物含水量测定方法及装置。该方法利用电磁波在新拌混凝土拌合物中的传播速率的衰减和在测试装置金属板上的反射原理测试混凝土的相对介电常数，然后根据相对介电常数对水比较敏感的原理，使电磁波在新拌混凝土拌合物中传播速度的变化而引起相对介电常数变化来测量其含水率。特点是电磁波发射和接收装置与被测物不接触，测试面积大，含水率测试范围大。该方法克服了传统方法对混凝土适应性不强、受环境影响大、不准确、不可靠的缺点，大大提高了混凝土相对介电常数测试的精度和速度，该方法具有测试装置制作简单，简便，测试结果精确，易操作的特点。
文档编号G01N22/04GK102288623SQ20111012724
公开日2011年12月21日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者水中和, 申培亮, 陈伟 申请人:武汉理工大学