混凝土早龄期收缩变形特性锥形测定装置的制作方法

1本实用新型涉及的是一种混凝土早龄期收缩变形特性锥形测定装置。

背景技术：

2混凝土加水拌合后，在其凝固与老化的过程中要发生收缩或膨胀变形，但总体是收缩变形。混凝土收缩变形特性特别是早龄期收缩变形特性是评估混凝土的抗裂性的重要技术指标，对混凝土工程防止混凝土构件产生早期裂缝具有实际意义，其中早龄期混凝土是指加水拌合后3天内的混凝土，其特点是在早龄期混凝土收缩变形特性的测定过程中是尚未完全凝固的。

3混凝土变形的本质是体积变化。一般认为混凝土的变形特性是各向同性的，因此测量混凝土变形特性的理想状态是要求被测混凝土处于各方向均无外力约束的状态下进行。当混凝土试样在某个方向存在外力约束限制其变形时，其体积变化导致形状发生改变，将会影响到自由方向的长度变形量，尤其是在被测混凝土在完全凝结固化之前。如在中国国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》gb/t50082-2009规定的测量方法中，混凝土试样在六面体试模中接受测定，当试样发生收缩/膨胀变形时，试样在四个侧面原有的限制力减小/增大，该受力变化因素将反作用于试样本身，在与重力的共同作用下，其体积变化效应将使试样产生“放大”垂直方向的变形量同时“缩小”水平方向的变形量的效果，导致水平方向测得的变形特性偏离无约束状态下的变形特性。又如美国标准astmc1698-09测量方法中砂浆试样在塑料波纹管中接受测定，当试样发生变形时，由于受到波纹管管壁的约束作用，试样的体积变形效应将会对波纹管长度方向的变形量产生“放大”效果。

4混凝土在不同龄期阶段的收缩变形的快慢是不同的，甚至也可能有发生膨胀的，而不同龄期阶段混凝土试样的固化程度不同，其体积变化效应引起的对测量方向的长度变形的影响效果也是不同的。这个效应会带来测量结果的另一种不确定性是：变形过程的特性差异将引起测量结果的不同。即：理想状态下累计变形量相同的试样，在现有技术的测量方法下，由于变形过程特性的差异而导致测得的累计变形量不相同。

5即传统的混凝土早龄期收缩变形特性测定手段，由于对试样给予了多个方向的约束，和体积变化对各方向影响的不同，必定导致测量结果存在较大的不可修正的误差。

6为克服这一缺陷，中国发明专利申请“混凝土早龄期收缩变形特性测定方法”（申请公布号：cn110187084a）公开了一种砂浆试样在圆锥体试模中接受早龄期混凝土收缩变形特性测量的方案。cn110187084a利用圆锥体试样在各向同性的长度变形时其锥角的角度保持不变的几何特性，使得试样在发生体积变形过程中受到的外部约束力状态保持不变，避免了上述传统技术存在的当试样变形时使试样与试模间的约束力发生改变而导致测量方向的变形特性发生改变的弊端，从而使测得的变形特性更准确、更接近理想状态。

7虽然cn110187084a可以提高测定结果的准确性到理想状态，但却存在着一些妨碍推广应用的因素。

8一是圆锥体试模制造成本较高，由于混凝土是含有粗骨料的拌合物，其早龄期的变形主要是由砂浆部分的变形所贡献的，为避免因被测试样中的粗骨料的含量与实际配合比的离差而导致所测得的试样的变形特性产生的误差，试样的体积不能选择过小。如cn110187084a所述，“以锥角60°的试模为例；普通混凝土的骨料颗径≦40mm时圆锥底面直径可选为170mm；骨料颗径≦30mm圆锥底面直径可选为115mm；骨料颗径≦60mm时圆锥底面直径可选为225mm。”

9同时，混凝土早龄期收缩的3天收缩率一般在1000×10^-6数量级以内，如对应锥角60°锥底直径170mm的试件的垂直收缩量约为0.15mm，对于如此微小的试样收缩位移量，以及以试模为参照基准的测量方法和装置，要求试模具有足够的刚度防止因发生试模形状的微变形所引起测试误差。

10因此试模通常选用钢材或铸铁制造，并且要求试模壁具有足够的厚度。以锥底直径170mm的试模为例，试模壁的厚度一般要求5mm以上。若采用更大体积的试样，则需要更厚的壁厚。现有技术试模的制造工艺一般是在大体积钢块的基础上通过切削加工成型，或采用浇铸粗模后再进行切削精加工成型，或采用精密浇铸工艺一次成型。若采用其他材料制造，如cn110187084a所述“试模也可以工程塑料、铝合金等刚性材料制作”则需要更大厚度的试模壁或采取加强结构设计以保证试模及试模壁的变形足够小使其所引起的测量误差控制在允许范围内。由此可知，对于小批量的实际需求而言，其制造成本较高。

11这一不足尤其不利于采用较大体积试样的应用情形。对于混凝土拌合物而言，试样体积越大，其粗骨料配比的离散误差越小，所测得的变形特性越具代表性；同时，试样尺寸的增大将使试样的总变形量同比增大，使测量装置获得更大的测量位移量，从而可降低微位移测量装置抗变形技术指标和测量系统及微位移测量传感器的精度要求，进而降低测量装置相关的成本。在现有制造技术条件下，以浇铸成型的圆锥体试模的小批量制造成本与其容积的关系在一定范围内呈近似等比关系，而整体切削加工则容积增大因素将呈累进地增加制造成本。以“普通混凝土的骨料颗径≦40mm时圆锥底面直径可选为170mm”试模尺寸为例，按现有一套早龄期混凝土收缩变形特性测量装置配3个试模估测，试模及与试模尺寸相关的部件制造成本已成为整套测量装置综合制造成本的重要组成部分，加大试模尺寸将导致整套测量装置综合制造成本快速上升。

12二是圆锥形试模限制了试模内壁防粘层的选择

13试模内壁防粘层的主要目的是：⑴使混凝土试样与试模壁的粘合力对试模变型的约束所引起的测量误差在允许程度以内，⑵使试样在试验完成后从试模中方便脱模。

14采用独立隔离薄膜的基本要求是：⑴隔离薄膜必须确保与试模壁保持紧贴状态且在试样振动成型时不会出现褶皱，否则未贴近的空隙或褶皱的空间会在后续试验过程中可能会被混凝土砂浆填充或挤实而导致测量收缩量发生严重失真；⑵隔离薄膜具有足够的抗体积压缩变形性，或隔离薄膜足够薄使得其在整个试验过程中因受试样挤压所导致的体积变形对试样变形测量值的影响在误差允许范围内；⑶隔离薄膜具有的柔软性使其对混凝土试样的变形的约束小于误差允许的范围内。对于圆锥体试模而言，采用独立隔离薄膜很难确保条件⑴的实现，而同时实现全部要求则更加困难。

15因此在实际应用中，圆锥体试样方法更倾向于选择在试模壁涂膜结合试样成型时在壁面涂抹润滑剂的方案，但这个方案的不足是试模壁涂膜容易被混凝土骨料划损，并增加了成型时涂抹润滑剂技术要求。此外，由于没有独立薄膜的隔离，会对试验完成后的试样脱模操作造成困难，一旦试样与试模发生粘接就很难脱出甚至会造成试模报废。

技术实现要素：

16针对上述不足，本实用新型就是要提供一种以侧面为平面构成的多面体棱锥形试模替代圆锥形试模的混凝土早龄期收缩变形特性锥形测定装置。

17本实用新型提供的混凝土早龄期收缩变形特性锥形测定装置，有锥尖在下、锥底敞口并向上的锥形试模，锥形试模内壁设置有防粘层，所述锥形试模是有三个以上三角形侧面的棱锥形试模。

18本实用新型提供的混凝土早龄期收缩变形特性锥形测定装置，以棱锥替代圆锥，保留了锥形试模的优点。使用时同样将拌合后的混凝土或砂浆在试模中振捣成锥尖向下的棱锥体试样。当试样在凝固与老化的过程中发生各向相同比例的长度变形时，其各侧面的锥角角度不变，锥体的高度变形率等于其各向同性的长度变形率。因此，当锥形试模中的试样在发生变形时，表现为试样在试模中的上表面高度（锥底与锥尖之间的距离，即本实用新型装置的测定值）发生变化，而试样与试模之间的约束受力条件保持不变。

19本实用新型提供的混凝土早龄期收缩变形特性锥形测定装置，所述棱锥形试模以平板裁切拼接而成，与现有圆锥体试样技术方法相比，在保留了“各向同性的长度变形时其锥角的角度保持不变的几何特性，使得试样在发生体积变形过程中受到的外部约束力状态保持不变，从而使测得的变形特性比现有技术更准确、更接近理想状态”优点的同时，有效降低了试模的制造成本。又因试模侧面内壁是平面而不是弧面，可直接采用片状薄膜作为试模内壁防粘层，使试验操作更加简单方便。

20所述构成试模的三个以上三角形侧面是相同的等腰三角形，以便于制作和减少试验误差。

21形成所述试模三个以上三角形侧面的试模壁体至少由两个部分以脱卸式连接组成，各部分的分离线是三角形侧面的腰边。其含义包括一个或多个承载单个三角形侧面的试模壁体单元与其他部分作脱卸式连接，或以承载多个相邻三角形侧面的试模壁体为单元与其他部分作脱卸式连接。

试模侧面壁体可卸下的主要目的是可方便清理试模内壁。试模内壁因砂浆粘结后会造成壁面与隔离薄膜贴不紧而引起测试误差，因此需经常进行清理使内壁保持清洁，脱开侧面壁体可使清洁内壁的操作更加方便。其另一个有用的效果是，当发生试样脱模困难的情形时，脱开侧面壁体可很方便地将试模取出。同时，可脱卸侧面壁体的存在也使设置防粘层的操作更为方便。

附图说明

图1为本实用新型一实施例应用时的结构示意图，图中：1-探头架，2-试样，3-位移测量标靶，4-位移传感器探头，5-试模；

图2为图1的俯视图（不显示试样2），图3为图2中i的放大图，图中：1-探头架，3-位移测量标靶，4-位移传感器探头，51-固定部分侧面壁体，52-脱卸部分侧面壁体；

图4为图1中试模5的轴向剖视图，图中：51-棱锥试模的固定部分侧面壁体，52-棱锥试模的脱卸部分侧面壁体；

图5为本实用新型另一实施例的结构示意图（俯视），图中：6-骨架，7-侧面壁体；

图6为本实用新型再一实施例的结构示意图（局部），图中：81-甲爿侧面壁体，82-乙爿侧面壁体。

具体实施方式

1.一种混凝土早龄期收缩变形特性锥形测定装置，如图1所示，有棱锥形试模5，试模锥尖向下，锥底敞开并设置有探头架1，位移传感器探头4安装在探头架上，还有与探头匹配的位移测量标靶3。作业时，混凝土或砂浆试样2从锥底灌入，在试样上表面正中位置放置标靶，探头则在中轴线上针对标靶，探测其在凝固与老化过程中的高度变化。

其中试模结构如图2、4所示，以钢板制成，是四棱锥形的，有四个三角形侧面构成。其中三个三角形侧面由一块平板折角形成作为固定部分侧面壁体51，一个三角形侧面是与固定部分脱卸式连接的活动部分侧面壁体52。两部分以螺丝穿过活动部分侧面壁体边缘上的孔与固定部分侧面壁体的边缘切面上的螺孔连接作脱卸式连接（如图3的所示）。装配完成的试模侧面内壁是四个相同的等腰三角形。

2、一三棱锥形试模，如图5所示，有钢制三棱骨架6和三块等腰三角形工程塑料板为试模侧面壁体7，三角形腰边间有阴阳槽结构，装配时三块三角形以阴阳槽相配在骨架中组成三棱锥形试模。

3、一六棱锥形试模，由三爿侧面壁体单元组成，每爿各有两个三角形侧面，两爿侧面壁体之间连接边上有折边，在折边上有孔以螺丝连接。如图6所示，甲爿侧面壁体81和乙爿侧面壁体82之间以螺丝在折边上连接。

在实际应用中，不侧面壁体可以不是等腰三角形或者说可以是不严格的等腰三角形。