监测约束状态下泡沫混凝土热胀应力和变形的装置与方法与流程

本发明涉及一种监测约束状态下泡沫混凝土热胀应力和变形的装置与方法，属于土木建筑材料性能测试技术领域。

背景技术：

众所周知，泡沫混凝土由于其内部具有大量封闭细小的孔隙，具有轻质高强、保温隔热、隔声耐火和减震抗震等优异性能。近年来，作为建筑隔墙或者填充材料，泡沫混凝土被广泛应用于非结构构件或结构保温一体化建筑构件。随着装配式建筑的发展，以泡沫混凝土为填充材料的建筑隔墙受到较多关注。泡沫混凝土由于密度低可以有效降低结构自重，减少原材料用量，节省工厂化制备和运输、安装过程中的能源和人力成本。在实际工业化生产中，为加快模板的周转效率，缩短生产周期，几乎所有水泥混凝土构件都要在浇注后几小时便开始进行蒸汽养护以提高早期强度。然而，由于泡沫混凝土中含有大量气孔，在蒸养条件下气体热胀会导致泡沫混凝土产生明显的体积膨胀。在模板约束作用下，这种受热产生的自身膨胀压应力可能会诱发泡沫混凝土裂缝发展，致使构件外观质量和整体力学性能降低。因此，研发能够监测受约束泡沫混凝土在蒸养环境下的膨胀应力和体积变形对泡沫混凝土的推广应用至关重要。

实际工业化生产中，热养护条件下与蒸汽养护条件下的泡沫混凝土体积变形最为接近，但是目前，国内外测量混凝土体积变形的装置均是在标准养护或者常温养护条件下进行的。对于蒸汽养护混凝土，因养护条件的原因，直接导致实现蒸汽养护的装置结构复杂，为了能够实现测试并且便于测试，也可以选择以热养护条件代替蒸汽养护条件，但是一般是将试件从蒸养环境中或者热养护环境中取出再进行测试，不仅干扰了混凝土在蒸汽养护或热养护条件下的强度发展，同时由于测试过程中移动试件，导致获得的结果准确较差，不能反映实际情况。另外，目前国内外尚无可以监测泡沫混凝土在不同的蒸养制度下及受约束状态下所产生的膨胀应力和变形的装置与方法。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有技术无法实现在热养环境下实时、原位测量泡沫混凝土膨胀应力和变形的问题，以及无法测量不同热养环境及约束状态下泡沫混凝土膨胀应力和变形的问题，进而提供了一种监测约束状态下泡沫混凝土热胀应力和变形的装置与方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

监测约束状态下泡沫混凝土热胀应力和变形的装置，它包括模具、加热片、温度传感器、盖板、滑板、滑道、位移传感器、温度控制箱及若干弹簧，所述模具为金属材质，其顶部开口设置，泡沫混凝土装设在模具内，加热片装设在模具的底部，温度传感器装设在模具的侧面，所述加热片与所述温度控制箱之间以及所述温度传感器与所述温度控制箱之间分别通过导线连接，所述滑道竖向设置在模具的一侧，滑板水平布置且沿竖直方向滑动连接在滑道上，若干弹簧均布在滑板与盖板之间，且其上、下两端分别与滑板及盖板固接，位移传感器装设在滑板下表面中心位置。

进一步地，所述滑道包括滑道主体及支座，所述滑道主体通过所述支座竖直固设在地面上。

进一步地，所述滑道主体为柱状结构，滑板的一端固定连接有连接杆，连接杆上远离滑板的一端固定连接有定位环，所述定位环套设在所述滑道主体上且通过紧定螺钉限位。

进一步地，弹簧的数量为四个。

进一步地，所述模具为铁质模具。

进一步地，所述模具为立方体结构或圆桶形结构，且其侧部和底部均加工有空腔，所述加热片设置在底部空腔内，所述温度传感器设置在侧部空腔内。

进一步地，温度传感器的数量为两个，且对称布置在模具的两侧部空腔内。

进一步地，模具外部设置有保温隔热层，模具内侧壁设置有聚四氟乙烯层。

一种采用上述装置监测约束状态下泡沫混凝土热胀应力和变形的方法，它包括如下步骤：

步骤一、向模具内浇筑泡沫混凝土，当浇筑高度高于模具顶端时，停止浇筑并振捣密实，刮去多余浆体至泡沫混凝土上表面与模具顶端齐平；

步骤二、上下移动滑板使盖板与泡沫混凝土紧密贴合，并确保弹簧处于原长或微压缩状态，然后固定滑板在滑道上的位置，记录此时位移传感器的示数x1；

步骤三、设定温度控制箱的目标温度，开启温度控制箱开关，使加热片开始对模具加热；

步骤四、在相应时刻，再次读取位移传感器的示数x’1，得到泡沫混凝土的变形量为x’1-x1，根据胡克定律和弹簧劲度系数k，得到泡沫混凝土的膨胀应力为4k(x’1-x1)。

进一步地，当浇筑高度高于模具顶端3～5mm时，停止浇筑。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

本申请利用弹簧对泡沫混凝土施加约束，泡沫混凝土发生热膨胀时产生的变形可以通过弹簧应变获得，约束应力与弹簧的变形成正比，进而实现对受约束泡沫混凝土在不同养护制度下受热产生的膨胀应力与变形进行实时、原位监测。

改变弹簧的数量和(或)劲度系数，可以对泡沫混凝土实施不同程度的约束。通过位移传感器实时、原位监测盖板的位移变化，进而实现对受约束泡沫混凝土在不同养护制度下受热产生的膨胀应力与变形进行实时、原位监测。

与现有技术相比，本申请结构及工作原理简单，操作过程方便，测试结果更准确。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为滑板与滑道的连接示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、2说明本实施方式，监测约束状态下泡沫混凝土热胀应力和变形的装置，它包括模具1、加热片2、温度传感器3、盖板4、滑板5、滑道6、位移传感器7、温度控制箱8及若干弹簧9，所述模具1为金属材质，其顶部开口设置，泡沫混凝土100装设在模具1内，加热片2装设在模具1的底部，温度传感器3装设在模具1的侧面，所述加热片2与所述温度控制箱8之间以及所述温度传感器3与所述温度控制箱8之间分别通过导线连接，所述滑道6竖向设置在模具1的一侧，滑板5水平布置且沿竖直方向滑动连接在滑道6上，若干弹簧9均布在滑板5与盖板4之间，且其上、下两端分别与滑板5及盖板4固接，位移传感器7装设在滑板5下表面中心位置。

所述盖板4为有机玻璃盖板。

模具1能够实现将加热片2的热量传导至整个模具1的作用，进而实现对其内部泡沫混凝土100的热养护。通过调节温度控制箱8的设定温度，控制加热片2加热，从而实现对泡沫混凝土100的热养护，模具1内的温度也可以通过温度传感器3由温度控制箱8实时监测。

通过位移传感器7能够实时获得盖板4的位移，通过均布的若干弹簧9，有效保证盖板4的水平，进而使其对泡沫混凝土100施加的力更均匀，同时保证泡沫混凝土100受盖板4约束后，盖板4的位移值更准确。

当泡沫混凝土100受热膨胀时，产生膨胀变形，推动盖板4向位移传感器7移动，此时弹簧9被压缩，通过位移传感器7记录盖板4移动前后的位移差，从而得到泡沫混凝土100受热时其端面膨胀应力和变形结果。

改变弹簧9的数量和(或)劲度系数，可以对泡沫混凝土100实施不同程度的约束。

所述弹簧9为高灵敏弹簧。

与现有技术相比，本申请结构及工作原理简单，操作过程方便，测试结果更准确。

本申请采用热养护为实验研究或实际生产过程中掌握和控制蒸养条件下受约束泡沫混凝土100的体积膨胀和开裂趋势提供技术手段。

所述滑道6包括滑道主体6-1及支座6-2，所述滑道主体6-1通过所述支座6-2竖直固设在地面上。通过设置支座6-2，有效保证滑道6及与其连接的滑板5在测试过程中的稳定性，进而有效保证测量结果的准确性。

所述滑道主体6-1为柱状结构，滑板5的一端固定连接有连接杆10，连接杆10上远离滑板5的一端固定连接有定位环11，所述定位环11套设在所述滑道主体6-1上且通过紧定螺钉12限位。定位环11与滑道主体6-1间隙配合，通过上下移动定位环11实现滑板5的上下位移，滑板5的高度位置确定好后，通过紧定螺钉12将定位环11及滑板5固定在滑道主体6-1上。

弹簧9的数量为四个。

所述模具1为铁质模具。

所述模具1为立方体结构或圆桶形结构，且其侧部和底部均加工有空腔，所述加热片2设置在底部空腔内，所述温度传感器3设置在侧部空腔内。如此设计，便于加热片2及温度传感器3的安装，加热片2及温度传感器3均不直接与泡沫混凝土100接触。

温度传感器3的数量为两个，且对称布置在模具1的两侧部空腔内。能够更加准确的实时监测模具1内的温度。

模具1外部设置有保温隔热层，模具1内侧壁设置有聚四氟乙烯层。如此设计，通过设置保温隔热层，有效防止热量散失。通过设置聚四氟乙烯层，减少泡沫混凝土100与模具1内壁之间的摩擦。

一种采用上述装置监测约束状态下泡沫混凝土热胀应力和变形的方法，它包括如下步骤：

步骤一、向模具1内浇筑泡沫混凝土100，当浇筑高度高于模具1顶端时，停止浇筑并振捣密实，刮去多余浆体至泡沫混凝土100上表面与模具1顶端齐平；

步骤二、上下移动滑板5使盖板4与泡沫混凝土100紧密贴合，并确保弹簧9处于原长或微压缩状态，然后固定滑板5在滑道6上的位置，记录此时位移传感器7的示数x1；

步骤三、设定温度控制箱8的目标温度，开启温度控制箱8开关，使加热片2开始对模具1加热；所述目标温度根据实际需要的养护温度确定，一般为0～60度。

步骤四、在相应时刻，再次读取位移传感器7的示数x’1，得到泡沫混凝土100的变形量为x’1-x1，根据胡克定律和弹簧9劲度系数k，得到泡沫混凝土100的膨胀应力为4k(x’1-x1)。

改变温度控制箱8的目标温度，改变弹簧9的数量和(或)劲度系数，便可监测在不同养护制度下及不同约束状态下泡沫混凝土100端部的膨胀应力和变形大小。

所述相应时刻，即为在测试过程中，需要测量泡沫混凝土100端部的膨胀应力和变形的时刻。

当浇筑高度高于模具1顶端3～5mm时，停止浇筑。