一种温度作用下水泥基材料体积变形测试方法及装置与流程

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种检测建筑材料变形的方法，具体涉及一种温度作用下水泥基材料体积变形测试方法及装置。

背景技术：

水利工程中的大坝、高层建筑的深基础底板，铁路桥梁墩身、高墩大尺寸桩基础承台或扩大基础等大体积混凝土结构的开裂与温度应力、收缩应力密切相关。早期体积稳定性对结构的承载力、耐久性等会产生很大影响。大体积混凝土早期体积变形产生的拉应力和温度应力协同作用超过其及时抗拉强度时就会发生开裂现象。工程结构材料早期的微裂往往是后期结构受力开裂的基础，同时也是外界有害介质，如水，氯盐、硫酸盐、镁盐等入侵材料内部的快速通道。

大体积混凝土内部存在温度场，温度梯度的存在影响着水泥水化历程，相对温度高的区域水泥水化反应加快，放热速度增加，温峰出现时间提前且温峰值高；水化反应的加速又影响着混凝土内部温度梯度分布。水泥水化历程的改变造成水泥石内部结构、物相组成和性能发生变化，其体积变形也随温度梯度而在水泥石内部呈现出不同的分布特征。近年来的研究结果表明，温度越高，混凝土的收缩越大，收缩应力也越大。

固定温度或者常温下水泥基材料的收缩与温度梯度下水泥基材料的收缩有所不同，这种差异在早期尤其显著。只考虑一维传热过程时，大体积混凝土内部中心到表面的各个水泥基材料单元内，胶凝材料经历的热环境不同，水化温峰随着从材料内部到表面的距离呈现梯度变化，温峰出现时间也呈现梯度变化，因此其体积变形也呈现出与固定温度或者常温下水泥基材料不同的特征。

目前水泥基材料的收缩变形大多数是基于固定温度和湿度下测试棱柱体或者圆柱体试件的轴向变形。如《水泥胶砂干缩试验方法》(jc/t603－2004)采用25×25×280mm的棱柱体试件，成型3d后移入干燥室测定其初始长度；《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法》(gbj82－85)采用100×100×515mm的棱柱体试件，也是成型3d后移入干燥室测定其初始长度；《水工混凝土试验规程》(dl/t5150－2001)采用100×100×515mm的棱柱体试件，成型2d后移入干燥室测定其初始长度。这样测得的轴向变形未包括加水搅拌到试件脱模测试前的变形，并且没有考虑温度作用。

公开号cn101059499发明专利涉及一种水泥自收缩值的测试方法，具体步骤为：水泥浆成型于圆柱形容器中，用石蜡将水泥浆硬化体密封，置于广口瓶内，在广口瓶中加满水，塞紧瓶塞，从量管中滴加水至满刻度，然后滴加液体石蜡或其他不溶于水的油性液体在量管中；将装置放置于标准养护室，通过量管刻度值变化观察浆体体积收缩规律。该发明测试是室温下水泥基材料硬化后的体积变形。本发明不仅能测试常温下水泥基材料硬化后的体积变形，还能测试常温下水泥基材料硬化前的体积变形，同时还能考虑温度作用，温度作用下水泥基材料体积稳定性更接近工程实际。

公开号cn101221164发明专利涉及一种混凝土收缩应力的测试方法。通过在水泥混凝土试件中放入湿度传感器和测头，分别测试距离混凝土试件表面深度h处的相对湿度值、收缩值和完全自由收缩变形值，从而推算出距离混凝土表面h处的自约束收缩应力。该发明测试的是常温下混凝土由于内外层不同位置处的收缩变形差异而产生的自约束收缩应力。公开号cn1963503发明专利采用电阻应变片、千分表、应变仪等元件，测量混凝土自收缩率，测试温度也是常温。

技术实现要素：

解决的技术问题：现有水泥基材料收缩主要测试固定温度和湿度下棱柱体或者圆柱体试件的轴向变形，忽略了试件脱模前的变形，并且用固定温度和湿度的水泥基材料轴向变形不能反映出温度作用(如大体积混凝土温度场)下水泥石的体积变形。为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种温度作用下水泥基材料体积变形测试方法及装置，能够测试水泥基材料在温度变化条件下的体积变形。

技术方案：一种温度作用下水泥基材料体积变形测试装置，所述装置包括试样组件、加热组件和测量组件；试样组件包括带密封盖容器和试件，加热组件包括热媒容器、热媒和加热元件，测量组件包括量管、计算机、热媒温度调控器和温度传感器；其中试件内埋设温度传感器热电阻，且试件设于带密封盖容器内；所述带密封盖容器、热媒和加热元件设于热媒容器内部，且热媒的平面低于带密封盖容器带密封盖容器的密封盖；所述量管的一端埋设于带密封盖容器的密封盖上，热媒温度调控器、温度传感器、温度传感器热电阻、加热元件及计算机电连接。

优选的，所述试样组件至少为一个。

优选的，所述加热组件内热媒的升温速率为0～20℃/min，热媒的可控温度为室温至100℃。

优选的，所述试件为圆柱体或棱柱体。

采用任一所述装置测量水泥基材料体积变形的方法，包含以下步骤：

第1步、将水泥基材料加水搅拌均匀后装入试件中，并在试件中埋入温度传感器热电阻，密封试件并将其转入带密封盖容器中，将带密封盖容器内注满液体，盖密封盖；

其中，试件采用软质材料，能使水泥基材料保持一定形状、不透水、150℃高温条件下能够保持其自身稳定性的塑料或其他材质；密封试件采用的材料为不透水，耐150℃高温的膜材料；密封试件和带密封盖容器均采用快速粘结剂，所述快速粘结剂的固化时间≤30min，不透水，耐150℃高温；

第2步、将两端均开口的量管的一端和热电阻引线插入密封盖中部，通过量管向带密封盖容器中注入液体；

第3步、将经第2步组装后的带密封盖容器转至盛有热媒热媒容器中，设置温度参数，保证在测试过程中无气体逸出；

第4步、通过量管内液面的变化得到水泥材料在温度作用下的体积变形；

第5步、采用计算机分析水泥基材料内部的温度分布曲线。

优选的，所述热媒的沸点低于带密封盖容器中液体的沸点。

优选的，所述液体为水或石蜡。

优选的，所述温度参数包括升温速率、最高温度、温度停留时间和降温速率。

有益效果：(1)本发明所述温度作用下水泥基材料体积变形测试方法及装置能够测试水泥基材料加水搅拌30min后、室温至100℃之间、升温速率≤20℃/min温度作用下的体积变形；(2)本发明所述温度作用下水泥基材料体积变形测试方法及装置能够反映水泥基材料体积变形随温度变化的分布；(3)本发明所述温度作用下水泥基材料体积变形测试方法及装置适用于工程实际中的应用。

附图说明

图1是本发明所述温度作用下水泥基材料体积变形测试装置的结构示意图；

其中，1为量管，2为带密封盖容器，3为试件，4为热媒容器，5为热媒，6为加热元件，7为计算机，8为热媒温度调控器，9为温度传感器，10为温度传感器热电阻；

图2是实施例1中水泥基材料体积变形测试的温度变化图。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

如图1所示，一种温度作用下水泥基材料体积变形测试装置，所述装置包括试样组件、加热组件和测量组件；试样组件包括带密封盖容器2和试件3，加热组件包括热媒容器4、热媒5和加热元件6，测量组件包括量管1、计算机7、热媒温度调控器8和温度传感器9；其中试件3内埋设温度传感器热电阻10，且试件3设于带密封盖容器2内；所述带密封盖容器2、热媒5和加热元件6设于热媒容器4内部，且热媒5的平面低于带密封盖容器2带密封盖容器2的密封盖；所述量管1的一端埋设于带密封盖容器2的密封盖上，热媒温度调控器8、温度传感器9、温度传感器热电阻10、加热元件6及计算机7电连接。

所述试件3为3个。

所述试件3为圆柱体。

如图2所示，温度变化曲线为室温(20℃)下静停2小时，以0.33℃/min的升温速率升温2小时，并在该温度下保持8小时，然后以0.33℃/min的降温速率降到室温。

采用所述装置测量水泥基材料体积变形的方法，包含以下步骤：

第1步、将水泥基材料加水搅拌均匀后装入试件3中，并在试件3中埋入温度传感器热电阻10，密封试件3并将其转入带密封盖容器2中，将带密封盖容器2内注满液体，盖密封盖；

第2步、将两端均开口的量管1的一端和热电阻引线插入密封盖中部，通过量管1向带密封盖容器2中注入液体；

第3步、将经第2步组装后的带密封盖容器2转至盛有热媒5热媒容器4中，设置温度参数；

第4步、通过量管1内液面的变化得到水泥材料在温度作用下的体积变形；

第5步、采用计算机7分析水泥基材料内部的温度分布曲线。

所述试件3为φ40×100mm的圆柱体塑料杯，且采用家用保鲜膜密封试件3，用快速粘接剂将保鲜膜与杯身粘接。

所述带密封盖容器2为上口φ80mm、高200mm的玻璃瓶。

所述液体为高分子量的液体石蜡。

所述热媒容器4采用不锈钢槽，加热元件6布置于不锈钢槽的底部，热媒5采用水。

通过热媒温度调控器8设定温度参数(升温速率，最高温度，停留时间，降温速率)，通过温度传感器9和计算机7得到试件3中部温度随测试时间的变化历程；通过量管1内石蜡液面的变化得到试件在整个测试过程中体积随时间的变化历程。

经测试，本发明所述温度作用下水泥基材料体积变形测试方法及装置能够测试水泥基材料加水搅拌30min后、室温至100℃之间、升温速率≤20℃/min温度作用下的体积变形。