一种基于DEF的水泥基复合材料变形的测试方法与流程

本发明涉及一种基于def的水泥基复合材料变形的测试方法，属于水泥基复合材料变形测试领域。

背景技术：

在建筑工程行业，水泥基复合材料中，应用最为广泛的是水泥砂浆和混凝土。而延迟钙矾石生成(delayedettringiteformation，def)是一种在硬化最终完成后的水泥砂浆或混凝土中钙矾石的形成过程。def被认为是一种潜在的影响水泥砂浆或混凝土耐久性的破坏性反应，其引起的破坏作用通常在数个月或数年后才会有明显的表现。

而由延迟钙矾石生成(def)而引起水泥砂浆或混凝土的膨胀变形，因其早期变化很小，现有变形测试手段(如千分表、电磁感应)和装置很难进行准确测量，更无法对其膨胀过程进行预测，相关研究也很难取得进展，很多工程质量问题，因无法提供可靠的数据而很难定性。

技术实现要素：

本发明是针对上述问题提出的一种基于def的水泥基复合材料变形的测试方法，目的就是解决早期def变形无法测量的问题。采用本发明提出的测试装置和分析方法，可对由于def引起的膨胀变形进行分析，并形成基于def变形的测量及预测。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

一种基于def的水泥基复合材料变形的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：准备和测量

(1)将水泥基复合材料试样在70℃以上的环境中养护4h以上，以确保钙矾石充分分解，再冷却至室温，得到冷却后的水泥基复合材料试样；所述的水泥基复合材料为水泥砂浆或混凝土中的一种；

(2)将冷却后的水泥基复合材料试样置于水中，在水泥基复合材料试样检测面设置有金属块，在金属块上方设置有激光位移传感器；然后进行变形在线测量，得到对应时间的水泥基复合材料试样位移测量数据；

步骤2：建立变形曲线

将得到的对应时间的水泥基复合材料试样位移测量数据，建立时间和膨胀率的变形曲线，当变形曲线能够分为吸水膨胀阶段、溶出收缩阶段和平缓变形阶段时，停止测量，测量时间优选≥28天；

将变形曲线中的平缓变形阶段视为由def引起的膨胀变形；

其中，吸水膨胀阶段为水泥基复合材料试样浸水后出现的膨胀率上升的阶段；

溶出收缩阶段为吸水膨胀阶段结束后出现的膨胀率下降阶段；

平缓变形阶段为水泥基复合材料试样收缩后，膨胀率再次持续上升阶段，该阶段即为因def引起的膨胀变形；

根据平缓变形阶段的曲线走势，建立时间-膨胀率的拟合数学模型，得到在平缓阶段曲线的拟合公式；

步骤3：变形预测

根据得到的在平缓阶段曲线的拟合公式，对应浸水时间则可推算出相同条件下对应的水泥砂浆或混凝土结构物因def引起的膨胀率。

在步骤1的(1)中，优选为70～100℃，养护4～10h。

在步骤1的(1)中，在70℃以上的环境中养护4h以上后，还可以进行蒸压养护，蒸压养护的温度为180℃～200℃、压力为1～2mpa，时间为10h以上。

在步骤1的(2)中，采用激光位移传感器进行变形在线测量，所述的激光位移传感器还配合设置有固定支架和升降装置，升降装置设置在载物台上，用于调节激光位移传感器和水泥基复合材料试样的距离，在升降装置通过固定支架和激光位移传感器连接，固定支架用于固定激光位移传感器。

在步骤1的(2)中，冷却后的水泥基复合材料试样、金属块、水均设置在环境箱中；并且冷却后的水泥基复合材料试样完全浸没在水中，金属块部分浸入在水中。

所述的环境箱为设置有保温层的不锈钢容器，并设置有加热装置，用于维持在测试环境中的温度稳定性，控温精度为≤±1℃。

所述的金属块优选为耐腐蚀不锈钢材质，如304不锈钢。

在步骤1的(2)中，激光位移传感器还和计算机相连。

在步骤1的(2)中，激光位移传感器的测量精度≤0.2μm。

所述的升降装置采用齿轮、丝杠、固定销或液压中的一种方式实现升降，升降范围为0～20cm。

本发明的一种基于def的水泥基复合材料变形的测试方法，其优势在于：

本发明通过采用小于等于0.2微米精度的测量装置对样品进行微小变形的测量，并提出了经历70℃以上高温使钙矾石充分分解后再冷却至常温的水泥基复合材料(水泥砂浆或混凝土)在有水环境下的变形进行测量，根据测量数据建立样品变形曲线，变形曲线应如具备ⅰ吸水膨胀、ⅱ溶出收缩和ⅲ平缓变形三个阶段，则ⅲ平缓变形阶段曲线可作为基于def变形的预测曲线，得到了变形规律，明确了基于def的变形曲线特征，将预测得到的因def引起的膨胀率进行工程预判，如果不符合要求则进行水泥基复合材料的成分的配合比的调整，使得最终的def引起的膨胀率符合工程要求。

附图说明

图1为本发明的实施例1中的基于def的水泥砂浆变形的测试方法中步骤1测量过程的示意图；

图2为本发明的实施例1中的基于def的水泥砂浆变形的测试方法得到的时间和膨胀率的变形曲线；

图3为本发明的实施例1中的基于def的水泥砂浆变形的测试方法中测量过程中采用的装置结构示意图；

图4为本发明的实施例2中的基于def的水泥砂浆变形的测试方法得到的时间和膨胀率的变形曲线；

以上图中，1为激光位移传感器，2为金属块，3为水，4为水泥基复合材料试样，5为固定支架，6为升降装置，7为载物台，8为环境箱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

以下实施例中，采用的测试装置结构示意图见图3，包括激光位移传感器1，所述的激光位移传感器1还配合设置有固定支架5和升降装置6，升降装置6设置在载物台7上，用于调节激光位移传感器1和水泥基复合材料试样的距离，在升降装置6通过固定支架5和激光位移传感器1连接，固定支架5用于固定激光位移传感器1。

在测量时，其测量示意图见图1，将冷却后的水泥基复合材料试样4、金属块2、水3均设置在环境箱8中；并且冷却后的水泥基复合材料试样4完全浸没在水中，金属块2部分浸入在水中，金属块2设置在水泥基复合材料试样4检测面上，在金属块2上方设置有激光位移传感器1。

所述的环境箱8为设置有保温层的不锈钢容器，并设置有加热装置，控温精度为≤±1℃。

所述的金属块2为耐腐蚀不锈钢材质，如304不锈钢。

激光位移传感器1还和计算机相连，计算机用于接收和处理测量数据。

激光位移传感器1的测量精度≤0.2μm。

升降装置6采用齿轮方式实现升降，升降范围为0～20cm。

实施例1

制备标准水泥砂浆试样，水泥砂浆试样的尺寸大小为：40mm*40mm*160mm，水泥砂浆采用的原料为80％普通硅酸盐水泥和20％矿粉，加入水拌和，成型后，置于90℃～100℃蒸汽中养护10小时，冷却后放入水中，采用图1所示方式进行800小时的变形在线测量，将得到的测量数据绘制得到变形曲线见图2。明显可以看出变形曲线分为三个阶段，对平缓变形阶段进行线拟合，建立基于def的变形膨胀率与时间的关系，可以据此推算不同时刻相同组成的水泥砂浆采取相同养护条件时的膨胀率。

实施例2

制备标准水泥砂浆试样，水泥砂浆试样的尺寸大小为40mm*40mm*160mm，水泥砂浆试样的原料为80％普通硅酸盐水泥和20％矿粉，加入水拌和，成型后，进行养护(养护的环境为：70±5℃常压蒸汽养护6h+蒸压养护，蒸压养护温度180℃～200℃、压力为1mpa，时间为10h)，冷却后放入水中，进行800小时的变形在线测量，变形曲线见图4。明显可以看出变形曲线分为三个阶段，对平缓变形阶段进行线拟合，建立基于def的变形膨胀率与时间的关系，可以据此推算不同时刻相同组成的水泥砂浆采取相同养护条件时的膨胀率。

实施例3

制备标准混凝土试样，混凝土试样的原料为80％普通硅酸盐水泥、10％矿粉和10％砂子，加入水拌和，成型后，进行养护，养护的环境为：70±5℃常压蒸汽养护6h，冷却后放入40℃的水中，进行800小时的变形在线测量，明显可以看出变形曲线分为三个阶段，对平缓变形阶段进行线拟合，建立基于def的变形膨胀率与时间的关系，可以据此推算不同时刻相同组成的水泥砂浆采取相同养护条件时的膨胀率。