CN103149094A - 早期龄混凝土拉伸徐变的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种早期龄混凝土拉伸徐变的测量方法及装置。该测量装置包括同轴且水平设置的固定端组件和移动端组件、约束框架、及其支架，移动端组件通过加载轴与同轴线设置的穿心千斤顶相连接，且在移动端组件的外侧设置有位移传感器，用于测量试件移动端或/和加载轴在拉伸过程中的位移；本发明方法是对拉伸徐变试件施加徐变荷载进行主动约束试验；并记录施加的徐变荷载以及加载前后位移传感器的读数；同时利用补偿收缩试件按常规方法进行自收缩试验；到达试验设计龄期后终止试验，主动约束试验值减去自收缩试验值即为拉伸徐变变形值。本发明装置结构简单，其检测方法简便、检测成本低，且检测精度高。

Description

早期龄混凝土拉伸徐变的测量方法及装置

技术领域

 本发明涉及水工结构实验、观测与分析技术领域，具体涉及一种早期龄混凝土拉伸徐变的测量方法及装置。

背景技术

在混凝土大坝、厂房、泵站等水工建筑物中，混凝土裂缝是影响工程建设质量和耐久性的主要问题之一，非常突出，迄今防不胜防，为不争事实。为了深入探求混凝土的开裂机理，完善混凝土防裂仿真计算分析工作，这就需要深入关注混凝土早期的一些特性参量。在相关温控防裂仿真计算研究中发现，在水工大体积混凝土施工早期，采用不同徐变模型导致有20%～80%的差异，因而认为徐变对应力的结果是结构开裂不可忽略的主要影响因素之一。

早龄期混凝土拉伸徐变性能是决定混凝土早期开裂的关键问题之一。关于混凝土拉伸徐变的试验方法各国尚无统一标准，不同学者根据实际情况选择不同的测量方法，从而也发展出了一些测量混凝土拉伸徐变的方法，混凝土拉伸徐的测量方法可分为轴向拉伸、端部约束收缩和环向拉伸试验这三种方法。其中研究者们使用最多的方法是轴向拉伸试验和端部约束收缩试验两种方法，但所使用的拉伸徐变测量方法各有利弊。

常规的轴向拉伸徐变试验方法存在一些局限，如我国的水工混凝土试验规程DLT 5150-2001中建议适用的拉伸徐变的试验方法是端部通过预埋的拉力预埋件来施加拉力，混凝土变形的测量是通过预埋应变计来测量混凝土时间的变形，这种方法不宜保证位移传感器与混凝土试件的轴心重合；端部约束试验装置价格昂贵；环向拉伸徐变试验方法复杂，测量装置占用场地较大等等。

各研究者根据自己的研究目的及试验室条件等因素来设计不同的试验方法，尚有很大的研究空间。拉伸徐变测试中主要存在着混凝土端部的连接与测量仪器的选择和放置两方面的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、测量误差小、测试成本低廉的早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置，并公开了一种操作方法简单、结果准确可靠的早期龄混凝土拉伸徐变的测量方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

设计一种早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置,包括同轴且水平设置的固定端组件和移动端组件、约束框架、及其支架，所述移动端组件通过加载轴与同轴线设置的穿心千斤顶相连接，且在所述移动端组件的外侧设置有位移传感器，用于测量试件移动端或/和加载轴在拉伸过程中的位移。

所述位移传感器为线性差动式位移传感器（LVDT），选用高精度（测量精度达1μm以上）的位移传感器LVDT（线性差动式位移传感器）进行位移测量。由于混凝土的拉伸徐变变形比压缩徐变变形要小的多，通常只有几十个至一百多个微应变，因而除了要求混凝土的变形测量仪器要有较高的精度外，还要求有稳定可靠的测量方法。目前徐变变形量测仪器主要有内埋差动式电阻应变计和钢弦式应变计法、粘贴电阻应变片法以及外置式的千分表或位移计法。内埋差动式电阻应变计和钢弦式应变计最明显的不足之处就是在浇筑试件时难以保证其最终位置与混凝土的纵向轴线重合。粘贴电阻应变片的方法，本发明技术方案亦不能，早龄期混凝土在拆模之后，其外表面湿度较大，不易粘贴电阻应变片。所以本发明装置中采用外置LVDT的方式测量早龄期混凝土试件的变形。该位移计相对简单、能在宽温度范围内工作、具有极精细的分辨率、可靠性高、不易损坏、非常适合从微米级至几个厘米内位移的测量。

所述穿心千斤顶为自锁式穿心千斤顶。由于对混凝土的轴向拉伸试验的应力较大，而仅靠拧紧螺栓来施加拉应力不足以施加足够的应力，因此本发明装置采用穿心千斤顶进行加载，而普通的千斤顶随着时间的增长，可能出现卸载的现象，因此可进一步的采用自锁式穿心千斤顶进行加载。

与所述移动端组件对应的承载构件通过滚动机构承载所述移动端。施加拉应力时，端部的移动端和下部的承载构件之间产生较大的摩擦力，如果不能有效的消除摩擦，施加的预加拉应力就不准确。为了减小摩擦力，采用的措施有：在测量装置的移动端组件的下部和承载构件的上部预留半圆形的槽，并在其上部放置钢球，这些钢球可以减小两者之间的摩擦。

利用上述测量装置进行早期龄混凝土拉伸徐变的测量方法，包括以下步骤：

（1）制备狗骨型混凝土试件：

①在狗骨型的试模内部涂上脱模剂，然后再上面敷设一层聚乙烯薄膜，然后再涂上一层脱模剂；

②把拌制好的混凝土用铲刀装入试模内，经振捣密实抹平后用塑料薄膜密封，以防止水份蒸发，然后将混凝土徐变实验室中的温度控制在20±2℃；

③按上述方法同时制备出拉伸徐变试件和补偿收缩试件，试件成型养护20～24h后拆模，拆模后的拉伸徐变试件和补偿收缩试件立即用铝箔密封，以防止水分的散失，补偿收缩试件在龄期为24h时按常规方法开始测量混凝土的自收缩变形；

④到达设计的加载龄期时，随机抽取一狗骨型混凝土试件按常规方法进行劈裂抗拉强度试验，以确定混凝土徐变试件施加荷载的大小；

（2）试验：将拉伸徐变试件安装在权利要求1所述早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置上，将其位移传感器安装连接在加载轴上；

（3）安装、加载：对拉伸徐变试件施加徐变荷载进行主动约束试验，即首先旋紧与穿心千斤顶配套使用的手动油泵上的放油阀，缓慢摇动油泵手柄对试件进行加载，整个过程在5min之内完成；并记录施加的徐变荷载以及加载前后位移传感器的读数；同时利用补偿收缩试件按常规方法进行自收缩试验；到达试验设计龄期后, 终止试验；

（4）记录、计算：

采集、记录自收缩试验与主动约束试验的试验数据；主动约束试验值减去自收缩试验值即为拉伸徐变变形值。

本发明具有积极有益的效果：

（1）采用水平放置混凝土试件的方式；早龄期的混凝土抗拉强度较低，可施加的预加拉力较小，自重对混凝土产生的应力较大，因此采用水平放置混凝土试件可以消除自重对混凝土试件不同位置处应力的影响；

（2）选择的测量标距较大，可以减小应变测量的误差；因混凝土的拉伸徐变变形相对较小，在同样位移测量误差的前提下，测量的标距越大，测量的应变误差就越小；

（3）本发明装置结构简单，其检测方法操作简单，测试成本低，且检测精度高，能够应用于工程实践。

附图说明

图1为一种早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置的俯视图；

图2为一种早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置的侧视图；

图3为早期龄混凝土拉伸徐变的趋势图。

图中，1为自锁式穿心千斤顶，2为线性差动式位移传感器，3为移动端组件，4为底板，5为纵向加强筋，6为狗骨形混凝土试件，7为固定端组件，8为纵向工字钢件，9为横向工字钢件，10为纵向工字钢件，11为护栏，12为纵向加强筋，13为横向加强筋，14为横向工字钢件，15为支架，16为侧板。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步阐述本发明。

实施例1  一种早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置,参见图1、图1，包括同轴且水平设置的固定端组件7和移动端组件3、约束框架（由纵向工字钢件8、10，纵向加强筋5、12，位于两端横向设置的横向工字钢件9、14，及底板4和侧板16构成，总体形变量≤1μm）、及支架15，所述移动端组件3通过加载轴与同轴线设置的自锁式穿心千斤顶1相连接，且在所述移动端组件3的外侧设置有线性差动式位移传感器（LVDT，测量精度达1μm）2，用于测量试件移动端在拉伸过程中的位移。在测量装置的移动端组件3的下部对应的承载构件的上部预留半圆形的槽，并在其上部放置钢球，以减小两者之间的摩擦。

利用上述测量装置进行早期龄混凝土拉伸徐变的测量方法，包括以下步骤：

（1）制备狗骨型混凝土试件（长度为1000mm, 截面大小100mm×100mm）

①在狗骨型的试模内部涂上脱模剂，然后再上面敷设一层聚乙烯薄膜，然后再涂上一层脱模剂；

②把拌制好的混凝土用铲刀装入试模内，经振捣密实抹平后用塑料薄膜密封，以防止水份蒸发，然后将混凝土徐变实验室中的温度控制在20±2℃；

③按上述方法同时制备出一定数量的拉伸徐变试件和补偿收缩试件，混凝土试件成型养护20～24h后拆模，拆模后拉伸徐变试件和补偿收缩试件立即用铝箔密封，以防止水分的散失，补偿收缩试件在龄期为24h时开始测量混凝土的自收缩变形；

④到达设计的加载龄期时，进行劈裂抗拉强度试验，并确定混凝土徐变试件施加荷载的大小；

（2）试验：将拉伸徐变试件安装在权利要求1所述早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置上，将其位移传感器（LVDT）的活动端连接安装于加载轴上；

（3）安装、加载：对拉伸徐变试件施加徐变荷载进行主动约束试验，即首先旋紧与穿心千斤顶配套使用的手动油泵上的放油阀，缓慢摇动油泵手柄对试件进行加载，整个过程在5min之内完成；并记录施加的徐变荷载以及加载前后位移传感器的读数；同时利用补偿收缩试件按常规方法进行自收缩试验；到达试验设计龄期后, 终止试验；

（4）记录、计算：

采集、记录自收缩试验与主动约束试验的试验数据；主动约束试验值减去自收缩试验值即为拉伸徐变变形值。

选取一种基准混凝土配合比，通过改变水灰比，按上述方法制备了5组配合比（如表1所示）的混凝土试件，配合比如下表。通过系列试验，获得随早龄期（7d）内徐变度数值，如图3所示，该试验曲线反应的值域及规律符合科学规律，与同类受拉徐变试验检测值的区间相符合，且试验精度得到较大提升。

表1 不同水灰比混凝土的配合比

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置,包括同轴且水平设置的固定端组件和移动端组件、约束框架、及支架，其特征在于，所述移动端通过加载轴与同轴线设置的穿心千斤顶相连接，且在所述移动端的外侧设置有位移传感器，用于测量试件移动端或/和加载轴在拉伸过程中的位移。

2.根据权利要求1所述的早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置, 其特征在于，所述位移传感器为线性差动式位移传感器。

3.根据权利要求1所述的早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置, 其特征在于，所述穿心千斤顶为自锁式穿心千斤顶。

4.根据权利要求1所述的早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置, 其特征在于，在与所述移动端组件相对应的下方设置有承载构件，该承载构件经由滚动机构与所述移动端组件相对接，以减小两者之间的滑动摩擦力。

5.根据权利要求1所述的早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置, 其特征在于，所述约束框架的形变量≤1μm。

6.一种早期龄混凝土拉伸徐变的测量方法，包括以下步骤：

（1）制备狗骨型混凝土试件：

①在狗骨型的试模内部涂上脱模剂，然后再上面敷设一层聚乙烯薄膜，然后再涂上一层脱模剂；

②把拌制好的混凝土用铲刀装入试模内，经振捣密实抹平后用塑料薄膜密封，以防止水分蒸发，然后将混凝土徐变实验室中的温度控制在18～22℃；

③按上述方法同时制备出一定数量狗骨型混凝土试件，分别作为拉伸徐变试件和补偿收缩试件，试件成型养护20～24h后拆模，拆模后拉伸徐变试件和补偿收缩试件立即用铝箔密封，以防止水分的散失，补偿收缩试件在龄期为24h时开始测量混凝土的自收缩变形；

④到达设计的加载龄期时，随机抽取一狗骨型混凝土试件进行劈裂抗拉强度试验，以确定拉伸徐变试件施加荷载的大小；

（2）试验：将拉伸徐变试件安装在权利要求1所述的早期龄混凝土拉伸徐变的测量装置上，将其位移传感器的活动端与所述移动端组件或加载轴安装对接；

（3）安装、加载：对拉伸徐变试件施加徐变荷载进行主动约束试验；并记录施加的徐变荷载以及加载前后位移传感器的读数；同时利用补偿收缩试件按常规方法进行自收缩试验，到达试验设计龄期后, 终止试验；

（4）记录、计算：

采集、记录自收缩试验与主动约束试验的试验数据；主动约束试验值减去自收缩试验值即为拉伸徐变变形值。

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