专利名称：一种水泥基材料早期弹性模量测量方法及测量装置的制作方法
技术领域：
本 发明涉及一种水泥基材料力学性能的测试方法，尤其涉及一种水泥基材料早期弹性模量测量方法及测量装置。
背景技术：
混凝土结构的早期开裂所涉及的问题综合而复杂，涵盖了水泥基材料早期热学、力学及变形性能的方方面面，矿物掺合料和外加剂应用也大大增加了其早期性能的复杂性。国内外研究者对混凝土早期宏观性能进行了大量的试验研究，试图阐明混凝土早期开裂机理、早期性能变化规律和技术参数取值问题。其中早期弹性模量随龄期的发展变化过程是研究人员关心的热点问题之一，但是传统的通过荷载变形关系求得弹性模量的方法，至少要在试件浇筑一天拆模后进行，因此通过传统的方法难以测得水泥基材料更早期的弹性模量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种水泥基材料早期弹性模量测量方法及测量装置，可以实现在从入模到硬化的早期阶段，无损地对水泥基材料的弹性模量随龄期发展进行连续监测，从而为水泥基材料早期力学、变形性能研究及数值仿真分析提供准确的弹性模量参数。本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题一种水泥基材料早期弹性模量测量方法，首先将拌和好的待测水泥基材料充满并
封装于一等截面直空心管中；然后通过空心管的一端将该空心管水平固定，形成由待测水
泥基材料与空心管组成的组合悬臂梁；通过设置于组合悬臂梁自由端的振动传感器持续监
测组合悬臂梁的自振频率；通过下式计算待测水泥基材料在龄期为t时的弹性模量
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ndi式中，EJt)表示龄期为t时的待测水泥基材料的弹性模量；EaIa为空心管的刚度；Cli为空心管内径；EI(t)表示龄期为t时组合悬臂梁的刚度，通过求解以下方程得到^:,[c0s(-4/ ) cOs( AI.) + j ] _i_ vv ,n'- [cos( ,4/.) sinh(/,) - cosh( ,4/.) sin( .-4/.)] = 0
EI (0其中，L为组合悬臂梁的长度；ω为组合悬臂梁圆频率，ω=2 f，f为龄期为t时的组合悬臂梁的第一自振频率，龄期t从水泥基材料浇充入空心管后算起陣,为
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单位长度组合悬臂梁的均布质量观为所述设置在组合悬臂梁自由端的振动传感器及封管塞体的集中质量。进一步地，该方法还包括通过调整所述空心管温度测量待测水泥基材料在不同养护温度下的早期弹性模量。从而实现对水泥基材料在不同养护温度下的早期力学、变形性能研究及数值仿真分析提供准确的弹性模量参数。为了便于灌注拌和好的待测水泥基材料，所述空心管可以在一端或两端设置可开合及封闭的盖或塞；也可两端开口，先用封管塞体封闭一端，再将空心管灌满拌和好的待测水泥基材料后，利用封管塞体将另一开口端封闭。一种使用上述测量方法的水泥基材料早期弹性模量测量装置，包括一等截面直空心管，用于灌注待测水泥基材料；固定装置，用于通过空心管的一端将该空心管水平固定，形成由待测水泥基材料与空心管组成的组合悬臂梁；振动测量装置，包括设置于所述组合悬臂梁自由端的振动传感器，以及与振动传感器连接的振动信号采集处理装置。
优选地，所述测量装置还包括用于调整所述空心管温度的温度控制装置。优选地，所述空心管的截面为圆形或矩形。所述空心管的横截面尺寸小于100mm，长度为600-1000_。所述空心管的材质为塑料或合金材料。相比现有技术，本发明具有以下有益效果一、本发明为无损试验方法，测试龄期可以提前到初凝前。由于水泥基材料凝结前还未完全硬化，难以通过拆模进行加载试验获得弹性模量，本发明方法不需要拆模，因此可以从装置安装就位后即可以测试，而拌合物浇灌及装置安装整个过程可以在30分钟内完成。二、本发明是一种主动接收信号的监测方法，不需要人为激励，整个监测过程是自动且连续的，同时可以设定养护温度，可以从装置安装完成后即可以连续监测不同养护温度水泥基材料早期弹性模量随龄期变化的过程。三、本发明装置结构简单，成本低廉，测量方法易于实施。
图I为具体实施方式
中本发明水泥基材料早期弹性模量测量装置的结构示意图；图中，I为空心管，2为固定夹，3为振动传感器，4为数据采集仪，5为计算机，6为工作台，7为封管塞体，8为电源，9为功率调节开关；图2为水灰比为O. 35、养护温度为25. (TC的水泥净浆弹性模量发展曲线。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明本发明的思路是将待测水泥基材料与空心管组成组合悬臂梁，通过设置于组合悬臂梁自由端的振动传感器持续监测组合悬臂梁的自振频率，然后根据组合悬臂梁的力学特性求得待测水泥基材料的早期弹性模量。计算公式的推导过程如下悬臂梁挠曲线近似微分方程如式(I)所示=(O ilY' hi (I.)式中，f(x，t)为悬臂梁的挠度，为关于梁长方向X和龄期t的函数;M(x，t)为悬臂梁在t时刻X截面的弯矩；EI (t)为组合悬臂梁刚度，是龄期t的函数。
由式(I)可得
权利要求
1.一种水泥基材料早期弹性模量测量方法，其特征在于，首先将拌和好的待测水泥基材料充满并封装于一等截面直空心管中；然后通过空心管的一端将该空心管水平固定，形成由待测水泥基材料与空心管组成的组合悬臂梁；通过设置于组合悬臂梁自由端的振动传感器持续监测组合悬臂梁的自振频率；通过下式计算待测水泥基材料在龄期为 时的弹性模量:
2.如权利要求I所述水泥基材料早期弹性模量测量方法，其特征在于，该方法还包括通过调整所述空心管温度测量待测水泥基材料在不同养护温度下的早期弹性模量。
3.如权利要求I所述水泥基材料早期弹性模量测量方法，其特征在于，所述空心管的截面为圆形。
4.如权利要求I所述水泥基材料早期弹性模量测量方法，其特征在于，所述组合悬臂梁的自振频率通过对振动传感器采集的振动信号进行时域和频域变换得到。
5.一种使用权利要求I所述测量方法的水泥基材料早期弹性模量测量装置，其特征在于，包括 一等截面直空心管，用于灌注待测水泥基材料； 固定装置，用于通过空心管的一端将该空心管水平固定，形成由待测水泥基材料与空心管组成的组合悬臂梁； 振动测量装置，包括设置于所述组合悬臂梁自由端的振动传感器，以及与振动传感器连接的振动信号采集处理装置。
6.如权利要求5所述水泥基材料早期弹性模量测量装置，其特征在于，还包括用于调整所述空心管温度的温度控制装置。
7.如权利要求5所述水泥基材料早期弹性模量测量装置，其特征在于，所述空心管的截面为圆形。
8.如权利要求5所述水泥基材料早期弹性模量测量装置，其特征在于，所述空心管的横截面尺寸小于IOOmm,长度为600-1000mm。
9.如权利要求5所述水泥基材料早期弹性模量测量装置，其特征在于，所述空心管的材质为塑料或合金材料。
全文摘要
本发明公开了一种水泥基材料早期弹性模量测量方法。本发明方法首先将拌和好的待测水泥基材料充满并封装于一等截面直空心管中；然后通过空心管的一端将该空心管水平固定，形成由待测水泥基材料与空心管组成的组合悬臂梁；通过设置于组合悬臂梁自由端的振动传感器持续监测组合悬臂梁的自振频率，最后根据自振频率计算得到待测水泥基材料在龄期为t时的弹性模量。本发明还公开了一种水泥基材料早期弹性模量测量装置，包括等截面直空心管、固定装置、振动测量装置。本发明可以从水泥基材料入模后且不脱模地连续监测不同养护温度下水泥基材料早期弹性模量随龄期变化的过程，且结构简单，成本低廉。
文档编号G01N29/04GK102937625SQ201210446939
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月9日 优先权日2012年11月9日
发明者赵海涛, 吴胜兴, 陈育志, 周澄, 王潘绣, 祁潇, 黄冬辉, 骆勇军, 陈徐东, 朱晓琳 申请人:河海大学