CN111487278A - 一种新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置及方法，包括变温桶、试块支架、微型泵、空气加热装置、电子千分表、位移巡检仪、温度传感器及温度巡检仪，试块支架与微型泵位于变温桶内，试块支架用于浇筑混凝土，试块支架内部有加热管，加热管与微型泵连接，变温桶内的空气可在空气加热装置的作用下控制其温度，在温度控制中检测其位移变化量，最终计算热膨胀系数，可另设恒温测试组作为对照实验组。本发明测试装置无需拆模，可从混凝土终凝开始测试其热膨胀系数，采用自动测试，避免人为误差，可以测试大骨料的混凝土的热膨胀系数，而且采用试块内部铺设水冷管，加快了混凝土内部温度的调整速度，可以在较短时间内测试多次热膨胀系数。
Description
技术领域
本发明属于混凝土材料测试领域，尤其涉及一种新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置置及方法。
背景技术
混凝土材料由于其优良的力学性能，成为目前应用最广泛的建筑材料。但是，混凝土的早期开裂一直是制约其耐久性的重要因素。热膨胀系数是影响混凝土早起开裂的重要参数。混凝土在浇筑的初期，由于环境温度变化，会在混凝土内部形成温度应力，严重时使混凝土早期开裂，影响混凝土的耐久性。因此，准确测量早龄期混凝土的热膨胀系数，对混凝土的早期抗裂性能评估至关重要。
目前测试混凝土早龄期的装置很多，但都存在一定不足之处。一方面是试块需要拆模后测试，无法测试24小时内的热膨胀系数，另一方面是试块尺寸较小，测试过程中的人为误差占到主要因素，最后就是无法测试较大骨料的混凝土的热膨胀系数。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术中混凝土早龄期热膨胀系数不便测试的问题，本发明提供一种新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置置及方法。
技术方案：一种新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置置，包括变温测试组和恒温测试组，变温测试组包括变温桶、试块支架、第一微型泵、第二微型泵、空气加热装置、电子千分表、位移巡检仪、第一温度传感器及温度巡检仪，所述试块支架与第一微型泵、第二微型泵均位于封闭的变温桶内，试块支架包括底座、支撑杆、托片、盖盘、加热管、柔性波纹管、刚性波纹板及水平支架，支撑杆下端安装在底座上，支撑杆上部安装有托片，盖盘固定在托片上，底座和盖盘上均开有小孔，加热管位于试块支架内部且从小孔中穿过，盖盘上还设有缺口，底座的上表面和盖盘的下表面均有凸起圆环，柔性波纹管固定在底座上表面的凸起圆环与盖盘下表面的凸起圆环之间，刚性波纹板可拆除的安装在柔性波纹管外侧面，柔性波纹管内浇筑有混凝土，水平支架安装在支撑杆上且位于盖盘上方，水平支架用于固定电子千分表，电子千分表与位移巡检仪连接，第一温度传感器悬挂在试块支架内部且与温度巡检仪连接，第一微型泵与空气加热装置连接，空气加热装置与空气混合器连通，空气混合器通过进气管与室外空气连通，在进气管上设有可调节开度的进气阀门，进气管上还设有第三温度传感器，空气混合器与空气加热装置之间设有第四温度传感器，空气混合器的出气管上设有第五温度传感器，出气管从变温桶的顶部进入，变温桶的底部与第一微型泵连接，第二微型泵与加热管连接；所述恒温测试组包括与变温测试组相同的变温桶、试块支架、电子千分表及第一温度传感器，试块支架位于变温桶中，电子千分表安装在试块支架上方且与位移巡检仪连接，第一温度传感器悬挂在试块支架内部且与温度巡检仪连接。
作为优选，还包括金属箍，所述金属箍用于压紧柔性波纹管的上端和下端。
作为优选，所述支撑杆和托片均有三个，三个支撑杆均匀安装在底座上。
作为优选，所述水平支架为三脚支架，电子千分表固定在三脚支架的中间。
作为优选，还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器悬挂于变温桶中，第二温度传感器与温度巡检仪连接。
作为优选，所述恒温测试组还包括第二温度传感器，第二温度传感器悬挂于恒温测试组的浴桶内。
一种基于上述的钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定方法，包括以下步骤：
步骤一、组装变温测试组和恒温测试组的试块支架，安装刚性波纹管在柔性波纹管外侧面，变温桶顶部打开，从盖盘的缺口中注入混凝土并振捣；在混凝土中心预埋第一温度传感器，控制高度后将混凝土抹平，制备成试块待用；
步骤二、将电子千分表安装在水平支架上，用金属片隔档；将试块支架连同试块放入变温桶中，在变温桶中放入第二温度传感器；连接第一微型泵与空气加热装置；连接第一温度传感器、第二温度传感器与温度巡检仪；连接电子千分表与位移巡检仪；检查所有线路；
步骤三、待试块终凝，拆除刚性波纹管，将电子千分表顶至试块表面，开启空气加热装置、位移巡检仪、温度巡检仪并调试，封闭变温桶，恒温测试组温度恒定在设定值；
步骤四、开始测试，调节温度从t1升温至t2，恒温一段时间后，降温至t3，恒温一段时间后，再次升温至t2，整个测试过程连续采集温度和应变数据并记录；
步骤五、根据采集温度及应变数据计算变温测试组和恒温测试组的热膨胀系数，
变温测试组的热膨胀系数计算公式为：
其中
为变温测试组混凝土总应变，ΔLM为电子千分表测得的变温测试组混凝土长度变化值，LM为试验组混凝土初始长度，
为试验组混凝土热应变，
为试验组混凝土自应变；
恒温测试组的热膨胀系数计算公式为：
其中，
为恒温测试组混凝土总应变，ΔLN为电子千分表测得的恒温测试组混凝土长度变化值，LN为恒温测试组混凝土初始长度，
为恒温测试组混凝土自应变；
由于混凝土自应变是自身性质决定的，因此：
故变温测试组热应变有：
每个温度循环周期在恒温阶段均可以计算一个热应变值，因此以第i和i+1个热应变计算热膨胀系数公式如下：
其中，α为热膨胀系数，ΔTc为第i和i+1个热应变混凝土中心的温度差，
和
分别为第i和i+1个热应变，
和
分别为第i和i+1个混凝土中心温度。
在本发明中，在试块支架中浇筑混凝土，当混凝土终凝之后，就可以开始测定，也不需要拆除模具。采用柔性波纹管对混凝土变形几乎无约束，减少外界约束的干扰，测定精度高。采用了恒温组，混凝土除了外界温度变化引起的热应变，混凝土水化过程中还存在自应变。有一个对照组很科学和严谨，是来自应变的，试验组的变形是热应变和自应变的综合。在混凝土中间设置加热管，能够在混凝土内外同时加热和冷却，能更快的调整温度，且内外同时采取变温措施，更均匀，测量结果更精确。
有益效果：本发明提供一种新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置置及方法，测试装置无需拆模，可从混凝土终凝开始测试其热膨胀系数，整个测试过程中采用自动测试，避免了人为误差，可以测试大骨料的混凝土的热膨胀系数，而且采用试块内部铺设水冷管，加快了混凝土内部温度的调整速度，可以在较短时间内测试多次热膨胀系数。
附图说明
图1为本发明实施例中的试块支架的示意图；
图2为本发明实施例中的试块支架A-A以下的示意图；
图3为本发明实施例中的试块支架俯视图；
图4为本发明实施例的测试装置的示意图；
其中，变温测试组1，恒温测试组2，变温桶3，试块支架4，第一微型泵5，第二微型泵6，空气加热装置7，电子千分表8，位移巡检仪9，第一温度传感器10，第二温度传感器11，温度巡检仪12，底座13，支撑杆14，托片15，盖盘16，加热管17，柔性波纹管18，刚性波纹板19，金属箍20，水平支架21，凸起圆环22，空气混合器23，进气阀门24。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，一种新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置置，包括变温测试组和恒温测试组，变温测试组包括变温桶3、试块支架4、第一微型泵5、第二微型泵6、空气加热装置7、电子千分表8、位移巡检仪9、第一温度传感器10及温度巡检仪12，所述试块支架4与第一微型泵5、第二微型泵6均位于封闭的变温桶3内，变温桶3在测试过程中，处于封闭状态，在非测试过程中，为敞开状态，试块支架4包括底座13、支撑杆14、托片15、盖盘16、加热管17、柔性波纹管18、刚性波纹板19及水平支架21，支撑杆14下端安装在底座13上，支撑杆14上部安装有托片15，盖盘16固定在托片15上，底座13和盖盘16上均开有小孔，加热管17位于试块支架4内部且从小孔中穿过，盖盘16上还设有缺口，底座13的上表面和盖盘16的下表面均有凸起圆环22，柔性波纹管18固定在底座13上表面的凸起圆环22与盖盘16下表面的凸起圆环22之间，刚性波纹板19可拆除的安装在柔性波纹管18外侧面，柔性波纹管18内浇筑有混凝土，水平支架21安装在支撑杆14上且位于盖盘16上方，水平支架21用于固定电子千分表8，电子千分表8与位移巡检仪9连接，第一温度传感器10悬挂在试块支架4内部且与温度巡检仪12连接，第一微型泵5与空气加热装置7连接，空气加热装置7与空气混合器23连通，空气混合器23通过进气管与室外空气连通，在进气管上设有可调节开度的进气阀门24，进气管上还设有第三温度传感器，空气混合器23与空气加热装置7之间设有第四温度传感器，空气混合器23的出气管上设有第五温度传感器，出气管从变温桶3的顶部进入，变温桶3的底部与第一微型泵5连接，第二微型泵6与加热管17连接。空气混合器中对热气体和冷空气进行混合，通过传感器测得的温度值，调节阀门的开度，从而使得出气管的问题为所要求的温度。所述恒温测试组2包括与变温测试组1相同的变温桶3、试块支架4、电子千分表8及第一温度传感器10，试块支架4位于变温桶3中，电子千分表8安装在试块支架4上方且与位移巡检仪9连接，第一温度传感器10悬挂在试块支架4内部且与温度巡检仪12连接。
在本发明中，还包括金属箍20，所述金属箍20用于压紧柔性波纹管18的上端和下端。述支撑杆14和托片15均有三个，三个支撑杆14均匀安装在底座13上。所述水平支架21为三脚支架，电子千分表8固定在三脚支架的中间。还包括第二温度传感器12，所述第二温度传感器12悬挂于变温桶3中，第二温度传感器12与温度巡检仪12连接。所述恒温测试组2还包括第二温度传感器12，第二温度传感器12悬挂于恒温测试组2的浴桶内。
一种基于上述的钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定方法，包括以下步骤：
步骤一、组装变温测试组1和恒温测试组2的试块支架4，安装刚性波纹管在柔性波纹管18外侧面，变温桶3顶部打开，从盖盘16的缺口中注入混凝土并振捣；在混凝土中心预埋第一温度传感器10，控制高度后将混凝土抹平，制备成试块待用；
步骤二、将电子千分表8安装在水平支架21上，用金属片隔档；将试块支架4连同试块放入变温桶3中，在变温桶3中放入第二温度传感器12；连接第一微型泵5与空气加热装置7；连接第一温度传感器10、第二温度传感器12与温度巡检仪12；连接电子千分表8与位移巡检仪9；检查所有线路；
步骤三、待试块终凝，拆除刚性波纹管，将电子千分表8顶至试块表面，开启空气加热装置7、位移巡检仪9、温度巡检仪12并调试，封闭变温桶3，恒温测试组2温度恒定在设定值；
步骤四、开始测试，恒温测试组的水浴桶内的水温与环境保持一致，变温测试组水浴桶与自动水冷温控机相连，试验中调节温度范围为15℃-25℃，首先从20℃升温至25℃，恒温100分钟后，降温至15℃，恒温100分钟后，再次升温至25℃。每个温度循环周期为2小时，其中升温和降温阶段各在10分钟完成，恒定温度阶段控制时间为100分钟，整个测试过程连续采集温度和应变数据并记录；
步骤五、根据采集温度及应变数据计算变温测试组1和恒温测试组2的热膨胀系数，
变温测试组1的热膨胀系数计算公式为：
其中
为变温测试组1混凝土总应变，ΔLM为电子千分表8测得的变温测试组1混凝土长度变化值，LM为试验组混凝土初始长度，
为试验组混凝土热应变，
为试验组混凝土自应变；
恒温测试组2的热膨胀系数计算公式为：
其中，
为恒温测试组2混凝土总应变，ΔLN为电子千分表8测得的恒温测试组2混凝土长度变化值，LN为恒温测试组2混凝土初始长度，
为恒温测试组2混凝土自应变；
由于混凝土自应变是自身性质决定的，因此：
故变温测试组1热应变有：
每个温度循环周期在恒温阶段均可以计算一个热应变值，因此以第i和i+1个热应变计算热膨胀系数公式如下：
其中，α为热膨胀系数，ΔTc为第i和i+1个热应变混凝土中心的温度差，
和
分别为第i和i+1个热应变，
和
分别为第i和i+1个混凝土中心温度，即第一温度传感器10所测得的温度。
Claims (7)
1.一种新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置，其特征在于，包括变温测试组和恒温测试组，变温测试组包括变温桶、试块支架、第一微型泵、第二微型泵、空气加热装置、电子千分表、位移巡检仪、第一温度传感器及温度巡检仪，所述试块支架与第一微型泵、第二微型泵均位于封闭的变温桶内，试块支架包括底座、支撑杆、托片、盖盘、加热管、柔性波纹管、刚性波纹板及水平支架，支撑杆下端安装在底座上，支撑杆上部安装有托片，盖盘固定在托片上，底座和盖盘上均开有小孔，加热管位于试块支架内部且从小孔中穿过，盖盘上还设有缺口，底座的上表面和盖盘的下表面均有凸起圆环，柔性波纹管固定在底座上表面的凸起圆环与盖盘下表面的凸起圆环之间，刚性波纹板可拆除的安装在柔性波纹管外侧面，柔性波纹管内浇筑有混凝土，水平支架安装在支撑杆上且位于盖盘上方，水平支架用于固定电子千分表，电子千分表与位移巡检仪连接，第一温度传感器悬挂在试块支架内部且与温度巡检仪连接，第一微型泵与空气加热装置连接，空气加热装置与空气混合器连通，空气混合器通过进气管与室外空气连通，在进气管上设有可调节开度的进气阀门，进气管上还设有第三温度传感器，空气混合器与空气加热装置之间设有第四温度传感器，空气混合器的出气管上设有第五温度传感器，出气管从变温桶的顶部进入，变温桶的底部与第一微型泵连接，第二微型泵与加热管连接；所述恒温测试组包括与变温测试组相同的变温桶、试块支架、电子千分表及第一温度传感器，试块支架位于变温桶中，电子千分表安装在试块支架上方且与位移巡检仪连接，第一温度传感器悬挂在试块支架内部且与温度巡检仪连接。
2.根据权利要求1所述的新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置，其特征在于，还包括金属箍，所述金属箍用于压紧柔性波纹管的上端和下端。
3.根据权利要求1或2所述的新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置，其特征在于，所述支撑杆和托片均有三个，三个支撑杆均匀安装在底座上。
4.根据权利要求1或2所述的新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置，其特征在于，所述水平支架为三脚支架，电子千分表固定在三脚支架的中间。
5.根据权利要求1或2所述的新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置，其特征在于，还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器悬挂于变温桶中，第二温度传感器与温度巡检仪连接。
6.根据权利要求5所述的新型钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定装置，其特征在于，所述恒温测试组还包括第二温度传感器，第二温度传感器悬挂于恒温测试组的浴桶内。
7.一种基于权利要求1所述的钢渣混凝土早龄期热膨胀系数的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、组装变温测试组和恒温测试组的试块支架，安装刚性波纹管在柔性波纹管外侧面，变温桶顶部打开，从盖盘的缺口中注入混凝土并振捣；在混凝土中心预埋第一温度传感器，控制高度后将混凝土抹平，制备成试块待用；
步骤二、将电子千分表安装在水平支架上，用金属片隔档；将试块支架连同试块放入变温桶中，在变温桶中放入第二温度传感器；连接第一微型泵与空气加热装置；连接第一温度传感器、第二温度传感器与温度巡检仪；连接电子千分表与位移巡检仪；检查所有线路；
步骤三、待试块终凝，拆除刚性波纹管，将电子千分表顶至试块表面，开启空气加热装置、位移巡检仪、温度巡检仪并调试，封闭变温桶，恒温测试组温度恒定在设定值；
步骤四、开始测试，调节温度从t1升温至t2，恒温一段时间后，降温至t3，恒温一段时间后，再次升温至t2，整个测试过程连续采集温度和应变数据并记录；
步骤五、根据采集温度及应变数据计算变温测试组和恒温测试组的热膨胀系数，
变温测试组的热膨胀系数计算公式为：
其中
为变温测试组混凝土总应变，ΔLM为电子千分表测得的变温测试组混凝土长度变化值，LM为试验组混凝土初始长度，
为试验组混凝土热应变，
为试验组混凝土自应变；
恒温测试组的热膨胀系数计算公式为：
其中，
为恒温测试组混凝土总应变，ΔLN为电子千分表测得的恒温测试组混凝土长度变化值，LN为恒温测试组混凝土初始长度，
为恒温测试组混凝土自应变；
由于混凝土自应变是自身性质决定的，因此：
故变温测试组热应变有：
每个温度循环周期在恒温阶段均可以计算一个热应变值，因此以第i和i+1个热应变计算热膨胀系数公式如下：
其中，α为热膨胀系数，ΔTc为第i和i+1个热应变混凝土中心的温度差，
和
分别为第i和i+1个热应变，Ti c和
分别为第i和i+1个混凝土中心温度。
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