CN108387717A - 一种混凝土开裂敏感性的测量***及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土开裂敏感性的测量***及其测量方法，所述的测量***包括用于安装混凝土试样的环形约束装置；用于测量混凝土试样的电阻率的非接触电阻率测量装置；用于获取混凝土试样的应力应变数据的应力应变测量装置；所述环形约束装置安装于非接触电阻率测量装置上，所述应力应变测量装置的应变片设置在环形约束装置上。本发明通过在圆环约束收缩试验中结合环形约束收缩开裂试验方法和非接触电阻率测试方法，可同时对混凝土试样的水化进程、应力应变发展进行检测，并监测混凝土的开裂时间和塑性开裂程度，从而更客观全面地评价混凝土材料的开裂敏感性。
Description
技术领域
本发明涉及水泥基材料性能测试技术领域，特别涉及一种混凝土开裂敏感性的测量***及其测量方法。
背景技术
水泥基材料，特别是混凝土材料，是现代建筑材料中使用最为广泛的材料之一，且高性能混凝土的大规模应用实现了当前建筑业的飞速发展。但在混凝土材料的应用过程中，尤其是高性能混凝土，一直存在着容易收缩开裂的问题。高性能混凝土由于低水灰比和超细胶凝材料容易产生较高的温度变形和自干燥收缩，从而造成混凝土的早期开裂。而试样开裂是直接影响混凝土性能的主要原因，并且会显著影响混凝土结构的后期性能。因此在材料开发设计阶段，对水泥基材料的开裂敏感性进行评价对设计高性能混凝土结构性能有着重要意义。
目前，在实际工程中，对于混凝土开裂敏感性的评价的测量方法主要有平板式约束收缩开裂试验、环形约束收缩开裂试验和单轴约束收缩试验。对于平板式约束收缩开裂试验方法，虽然可以一定程度测量开裂程度，但存在着不能准确监测裂缝的出现时间并且开裂程度是通过肉眼或光学显微镜观察所得容易受到主观因素影响的问题。而对于环形约束收缩开裂试验方法，在内钢环粘接应变计虽然可以检测约束应力的发展，但对于裂缝开展的程度无法有效评估。在单轴约束收缩试验方法中，虽然能定性评价混凝土的开裂性能和测定混凝土的应力发展，但由于其对***灵敏性和敏感性要求较高，价格昂贵，从而限制了它的推广。此外，开裂敏感性与材料的水化历程有很大关系，现有的几种方法虽然可以一定程度反应开裂程度或者出现时间，但缺少水化历程也很难对混凝土材料的开裂敏感性进行客观评价。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种混凝土开裂敏感性的测量***及其测量方法，可以更客观全面地评价混凝土材料的开裂敏感性。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种混凝土开裂敏感性的测量***，包括：
用于安装混凝土试样的环形约束装置；
用于测量混凝土试样的电阻率的非接触电阻率测量装置；
用于获取混凝土试样的应力应变数据的应力应变测量装置；
所述环形约束装置安装于非接触电阻率测量装置上，所述应力应变测量装置的应变片设置在环形约束装置上。
所述的混凝土开裂敏感性的测量***中，所述环形约束装置包括内约束件、外约束件、上约束件和下约束件，所述内约束件包括一对呈半圆环状的内环，一对内环的端部均设置有第一固定构件；所述外约束件包括一对呈半圆环状的外环，一对外环的端部均设置有第二固定构件；所述下约束件包括一对呈半圆环状的底板，一对底板的端部均设置有第三固定构件；所述上约束件包括一对呈半圆环状的顶盖；上约束件与下约束件同轴设置在下约束件上并形成样品槽，上约束件设置在样品槽的顶部。
所述的混凝土开裂敏感性的测量***中，所述内约束件、外约束件、上约束件和下约束件均为绝缘弹性件。
所述的混凝土开裂敏感性的测量***中，所述第一固定构件、第二固定构件和第三固定构件均包括销钉和对应的销钉夹。
所述的混凝土开裂敏感性的测量***中，所述下约束件上设置有用于将内约束件和外约束件固定的固定螺栓。
一种基于上述的混凝土开裂敏感性的测量***的测量方法，包括如下步骤：
将环形约束装置安装到非接触电阻率测量装置上；
将应力应变测量装置的应变片设置在环形约束装置上；
将混凝土材料浇筑到样品槽中形成混凝土试样；
获取混凝土试样的开裂敏感性的测量数据并对其进行分析。
所述的测量方法中，所述将环形约束装置安装到非接触电阻率测量装置上的步骤具体包括：
将外约束件、内约束件和下约束件分别安装到非接触电阻率测量装置上；
将外约束件与内约束件同轴固定在下约束件上并形成样品槽。
所述的测量方法中，所述将混凝土材料浇筑到样品槽中形成混凝土试样的步骤具体包括：
将混凝土材料装入样品槽中并将其密实，形成预定高度的混凝土试样；
将上约束件安装到非接触电阻率测量装置上，并将上约束件设置于混凝土试样的顶部。
所述的测量方法中，在所述将混凝土材料浇筑到样品槽中形成混凝土试样的步骤之后，还包括步骤：
使环形约束装置的外侧产生对流，加速混凝土试样产生裂缝。
所述的测量方法中，在所述使环形约束装置的外侧产生对流，加速混凝土试样产生裂缝的步骤之后，还包括步骤：
若预设时间内混凝土试样未开裂，则取下上约束件和外约束件，并在混凝土试样的表面封上石蜡。
相较于现有技术，本发明提供一种混凝土开裂敏感性的测量***及其测量方法，所述的测量***包括用于安装混凝土试样的环形约束装置；用于测量混凝土试样的电阻率的非接触电阻率测量装置；用于获取混凝土试样的应力应变数据的应力应变测量装置；所述环形约束装置安装于非接触电阻率测量装置上，所述应力应变测量装置的应变片设置在环形约束装置上。本发明通过在圆环约束收缩试验中结合环形约束收缩开裂试验方法和非接触电阻率测试方法，可同时对混凝土试样的水化进程、应力应变发展进行检测，并监测混凝土的开裂时间和塑性开裂程度，从而更客观全面地评价混凝土材料的开裂敏感性。
附图说明
图1为本发明提供的混凝土开裂敏感性的测量***的结构示意图；
图2为本发明提供的内约束件的结构示意图；
图3为本发明提供的外约束件的结构示意图；
图4为本发明提供的下约束件的结构示意图；
图5为本发明提供的上约束件的结构示意图；
图6为本发明提供的样品槽的俯视图；
图7为本发明提供的混凝土开裂敏感性的测量方法的流程图；
图8为本发明提供的混凝土开裂敏感性的测量方法中步骤S10的流程图；
图9为本发明提供的混凝土开裂敏感性的测量方法中步骤S30的流程图。
图中，10、环形约束装置；11、内约束件；12外约束件；13、上约束件；14、下约束件；15、内环；16、外环；17、底板；18、顶盖；19、第四固定构件；20、非接触电阻率测量装置；21、线圈；30、应力应变测量装置；31、应变片；40、第一固定构件；50、第二固定构件；60、第三固定构件；70、样品槽。
具体实施方式
本发明提供一种混凝土开裂敏感性的测量***及其测量方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，为本发明提供的混凝土开裂敏感性的测量***的结构示意图，所述测量***包括：
用于安装混凝土试样的环形约束装置10；
用于测量混凝土试样的电阻率的非接触电阻率测量装置20；
用于获取混凝土试样的应力应变数据的应力应变测量装置30；
所述环形约束装置10安装于非接触电阻率测量装置20上，所述应力应变测量装置30的应变片31设置在环形约束装置上。
具体的，所述环形约束装置10包括内约束件、外约束件、上约束件和下约束件（图1中均未标号）。请参阅图2，为本发明提供的内约束件11的结构示意图，所述内约束件11包括一对呈半圆环状的内环15，一对内环15的端部均设置有第一固定构件40；请参阅图3，为本发明提供的外约束件12的结构示意图，所述外约束件12包括一对呈半圆环状的外环16，一对外环16的端部均设置有第二固定构件50；请参阅图4，为本发明提供的下约束件14的结构示意图，所述下约束件14包括一对呈半圆环状的底板17，一对底板17的端部均设置有第三固定构件60；请参阅图5，为本发明提供的上约束件13的结构示意图，所述上约束件13包括一对呈半圆环状的顶盖18。
其中，非接触电阻率测量装置20为无电极电阻率测量仪，环形约束装置10安装于其两个线圈21上。具体的安装方式为一对内环15分别穿过两个线圈21，再通过第一固定构件40将一对内环15组合，同理可将一对外环16、一对底板17和一对顶盖18分别安装到两个线圈21上，最终实现将环形约束装置安装于非接触电阻率测量装置20上。在本实施例中，第一固定构件40、第二固定构件50和第三固定构件60均包括销钉和对应的销钉夹（图中未标号），或者也可通过其他方式进行各个约束件的固定。
更具体的，请结合参阅图6，为本发明提供的样品槽70的俯视图，可见内约束件11与外约束件12同轴设置在下约束件14上从而形成样品槽70，样品槽70用于浇筑混凝土材料形成混凝土试样，在样品槽70的顶部可放置上约束件13以封闭混凝土试样。并且，所述下约束件14上设置有用于将内约束件11和外约束件12固定的第四固定构件19，在本实施例中，第四固定构件19优选为固定螺栓，且固定螺栓设置为圆周阵列分布的四对，其突出于下约束件14的表面，每一对固定螺栓分别设置于外约束件12的外侧以及内约束件11的内侧，从而可分别将内约束件11和外约束件12稳定的固定内约束件11和外约束件12，防止内约束件11和外约束件12在下约束件14上移位。
因此，基于试验过程中环形约束装置需要安装在非接触电阻率测量仪上并且涉及到混凝土试样的电阻率的测量，本发明通过提供具有特定的组合方式的环形约束装置10以提供可靠约束，且其在试验中易于拆装组合各约束件从而可适应不同的实验环境和需求。同时，所述内约束件11、外约束件12、上约束件13和下约束件14均为绝缘弹性件。即各个约束件均具备一定弹性模量以提供可靠约束，且均采用绝缘材料从而不影响混凝土试样的电阻率变化的检测，本实施例中各约束件均为橡胶约束件。
此外，应力应变测量装置30由应变计（含应变片31）、数据采集及处理***（图中均未标出）组成。其中两个应变片31分别粘接在内约束件11中一对内环15的内表面上。当混凝土试样发生收缩时，应力应变测量装置30可以采集混凝土试样产生的应力应变数据并进行分析。
在实验中，混凝土试样浇筑完成后将持续水化，此时无电极电阻率测量仪所测得的混凝土试样的电阻率将缓慢变化。当环形试样开始开裂的时候，混凝土试样的电阻率会显著增大。并且随着混凝土试样收缩的发展，其产生的裂缝还会持续扩展，这时测得的电阻率会远大于未开裂时的电阻率。本发明通过直接记录混凝土试样的电阻率的变化，从而可以直接观察计算混凝土试样的开裂的时间及其开裂程度。
故本发明提供的混凝土开裂敏感性的测量***，通过在圆环约束收缩时结合应力应变测量装置和非接触电阻率测量仪的测量，可同时对水泥基材料水化进程、应力应变发展进行检测，并监测混凝土开裂时间和塑性开裂程度，从而更客观全面地评价混凝土材料的开裂敏感性。
同时，请参阅图7，本发明还提供一种基于上述的混凝土开裂敏感性的测量***的测量方法，其包括如下步骤：
S10、将环形约束装置安装到非接触电阻率测量装置上；
S20、将应力应变测量装置的应变片设置在环形约束装置上；
S30、将混凝土材料浇筑到样品槽中形成混凝土试样；
S40、获取混凝土试样的开裂敏感性的测量数据并对其进行分析。
所述测量数据包括非接触电阻率测量装置测得的混凝土试件的电阻率以及应力应变测量装置测得的混凝土试样的应力应变数据，可通过结合环形约束收缩开裂试验方法和非接触电阻率测试方法来同时监测混凝土试样的水化历程、应力应变发展和裂缝发展特征。
进一步的，请参阅图8，所述步骤S10具体包括：
S11、将外约束件、内约束件和下约束件分别安装到非接触电阻率测量装置上；
S12、将外约束件与内约束件同轴固定在下约束件上并形成样品槽。
进一步的，请参阅图9，所述步骤S30具体包括：
S31、将混凝土材料装入样品槽中并将其密实，形成预定高度的混凝土试样；
S32、将上约束件安装到非接触电阻率测量装置上，并将上约束件设置于混凝土试样的顶部。
本实施例中将混凝土材料装入样品槽中时分两层装入，每层分别用捣棒插捣预定次数，并通过轻轻振动样品槽使混凝土内部密实，表面平整。且预定高度优选为内约束件或外约束件高度的2/3，从而方便测量。
进一步的，在步骤S30之后，还包括步骤：
S301、使环形约束装置的外侧产生对流，加速混凝土试样产生裂缝。
具体可使用吹风装置以预定的速度吹向环形约束装置，从而使得混凝土试样的外壁的收缩速率比内壁的收缩速率快，缩短试样产生裂缝的时间，提高试验的效率。
更进一步的，在步骤S301之后，还包括步骤：
S302、若预设时间内混凝土试样未开裂，则取下上约束件和外约束件，并在混凝土试样的表面封上石蜡。
通过取下上约束件和外约束件，可以加快混凝土试样的外壁的收缩速率，从而更进一步的缩短混凝土试样产生裂缝的时间。预设时间可设置为24h，石蜡可起到隔绝作用。
为了更好的理解本发明，以下根据图1～图9并结合具体实施例对本发明提供的混凝土开裂敏感性的测量方法进行详细的说明：
1、组装环形约束装置：将外环、内环和底板组装到无电极电阻率测量仪的两个线圈上，并用梢钉固定，在外环、内环和底板的结合处的缝隙中涂上凡士林，且在外环的外侧以及内环的内侧分别用4个螺丝固定在特制底板上，在内环的内壁上贴上两个应变片并与应力应变测量装置中的数据采集***连接。
2、浇筑圆环混凝土试样：用小铲将混凝土材料分两层装入组装的圆环样品槽中，每层分别用捣棒插捣75次，并轻轻振动样品槽使混凝土试样的内部密实，表面平整；形成的混凝土试样的高度约占内环和外环高度的2/3,并在浇筑完成后盖上顶盖，开启非接触电阻率测量仪和应力-应变测量装置，记录圆环混凝土试样的电阻率变化和应力-应变发展。
3、加速混凝土圆环外壁开裂：在浇筑完成后24h内，用吹风装置提供5m/s风速的风吹拂混凝土试样的外圆环壁，使得圆环外壁收缩速率比内壁快，缩短试样产生裂缝的时间；若经过24h后通过无电极电阻率测量仪的测量结果判断出混凝土试样未开裂，则取下顶盖和外环，并在混凝土试样的上表面封上石蜡后再进行吹拂。
4、监测试样开裂时间和裂缝发展：当试样产生裂缝时，非接触电阻率测量仪显示的混凝土试样电阻率会发生突变，此时即为圆环混凝土试样开裂时间；随着混凝土水化历程的进行，混凝土试样的电阻率和应力-应变持续发展，本实验通过电阻率变化监测试样裂缝发展特征。
5、通过以上所测得的混凝土水化历程、开裂时间、裂缝发展特征及应力应变发展，结合混凝土材料开裂敏感性评价指标，对混凝土样品进行更客观全面的开裂敏感性评价。
综上所述，本发明提供的混凝土开裂敏感性的测量***及其测量方法，通过提供具有特定的组合方式的环形约束装置的测量***，且结合环形约束收缩开裂测试方法和非接触式电阻率测试方法，能够同时监测水泥基材料水化历程、水化阶段电阻率变化、裂缝发展特征和应力-应变发展等多种参数，对材料的开裂敏感性进行客观评价。并且本发明的试验测量方法实施简单，人工因素影响低，结果更精确，可重复性高，可以为评价水泥基材料的开裂敏感性提供可靠的解决方案。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种混凝土开裂敏感性的测量***，其特征在于，包括：
用于安装混凝土试样的环形约束装置；
用于测量混凝土试样的电阻率的非接触电阻率测量装置；
用于获取混凝土试样的应力应变数据的应力应变测量装置；
所述环形约束装置安装于非接触电阻率测量装置上，所述应力应变测量装置的应变片设置在环形约束装置上。
2.根据权利要求1所述的混凝土开裂敏感性的测量***，其特征在于，所述环形约束装置包括内约束件、外约束件、上约束件和下约束件，所述内约束件包括一对呈半圆环状的内环，一对内环的端部均设置有第一固定构件；所述外约束件包括一对呈半圆环状的外环，一对外环的端部均设置有第二固定构件；所述下约束件包括一对呈半圆环状的底板，一对底板的端部均设置有第三固定构件；所述上约束件包括一对呈半圆环状的顶盖；上约束件与下约束件同轴设置在下约束件上并形成样品槽，上约束件设置在样品槽的顶部。
3.根据权利要求2所述的混凝土开裂敏感性的测量***，其特征在于，所述内约束件、外约束件、上约束件和下约束件均为绝缘弹性件。
4.根据权利要求2所述的混凝土开裂敏感性的测量***，其特征在于，所述第一固定构件、第二固定构件和第三固定构件均包括销钉和对应的销钉夹。
5.根据权利要求2所述的混凝土开裂敏感性的测量***，其特征在于，所述下约束件上设置有用于将内约束件和外约束件固定的固定螺栓。
6.一种基于权利要求1所述的混凝土开裂敏感性的测量***的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
将环形约束装置安装到非接触电阻率测量装置上；
将应力应变测量装置的应变片设置在环形约束装置上；
将混凝土材料浇筑到样品槽中形成混凝土试样；
获取混凝土试样的开裂敏感性的测量数据并对其进行分析。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述将环形约束装置安装到非接触电阻率测量装置上的步骤具体包括：
将外约束件、内约束件和下约束件分别安装到非接触电阻率测量装置上；
将外约束件与内约束件同轴固定在下约束件上并形成样品槽。
8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述将混凝土材料浇筑到样品槽中形成混凝土试样的步骤具体包括：
将混凝土材料装入样品槽中并将其密实，形成预定高度的混凝土试样；
将上约束件安装到非接触电阻率测量装置上，并将上约束件设置于混凝土试样的顶部。
9.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，在所述将混凝土材料浇筑到样品槽中形成混凝土试样的步骤之后，还包括步骤：
使环形约束装置的外侧产生对流，加速混凝土试样产生裂缝。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，在所述使环形约束装置的外侧产生对流，加速混凝土试样产生裂缝的步骤之后，还包括步骤：
若预设时间内混凝土试样未开裂，则取下上约束件和外约束件，并在混凝土试样的表面封上石蜡。
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