專利名稱：一種早齡期混凝土熱膨脹系數的測定方法
技術領域：
本發明涉及一種早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，屬土木建筑工程技術領域。
(二)
背景技術：
不僅在討論溫度變形時，混凝土熱膨脹系數是必須的；在評價自收縮及干燥 收縮時，也首先要從實測的變形中利用混凝土的熱膨脹系數扣除溫度變形才能得 以進行。普通混凝土的熱膨脹系數通常被認為是一常數，其值不隨混凝土齡期變 化(通常取10X10—6/°C)。然而，由于現代混凝土中混合材料和外加劑的摻入， 尤其是高性能混凝土的廣泛應用，混凝土中膠凝材料基體相數量多、混凝土自收 縮影響大，而且內部結構發展快，致使熱膨脹系數的變化也較大。研究表明，早 齡期處于硬化過程中的混凝土的熱膨脹系數比完全硬化時的常數值要大的多，無 視熱膨脹系數的時間依存性(隨齡期變化的特性)是不合理的。因此混凝土早齡 期(硬化過程中)的熱膨脹系數的測試方法成為研究早齡期混凝土的特性、尤其 是變形特性的重要前提。
由于早齡期的水化熱引起的混凝土溫度上升和下降與自收縮幾乎是同時發 生的，而且非密封的混凝土熱膨脹系數測試試件還伴隨有干燥收縮，現有的熱膨 脹系數的測定方法無法克服自收縮和干燥收縮的影響，難以獲得單純的溫度變 形，因而難以得到合理的熱膨脹系數。此外，早齡期熱膨脹系數測定時，混凝土 尚處于膠凝材料的水化硬化階段，混凝土內部結構狀態在測定過程中易發生變 化，因而現行方法難以獲得某一時點(齡期)的熱膨脹系數，尤其是早齡期的熱 膨脹系數。
發明內容
針對上述技術問題，本發明的目的是要提供一種早齡期混凝土熱膨脹系數的測定方法，該方法不但能測定混凝土在早齡期某一時點(齡期)的熱膨脹系數，而且通過測定不同時點的熱膨脹系數來考察混凝土熱膨脹系數的時間依存性。
本發明的思路與原理為利用低溫對膠凝材料水化反應的阻礙作用抑制自收縮，利用試件的密封處理抑制干燥收縮的發生，以獲得單純的溫度變形。
本發明采用的具體技術方案如下
一種早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，所述測定方法采用的裝置包括用以固定混凝土試件的試件支持臺座、固定在試件支持臺座上可與混凝土試件連接的位移傳感器、分別布置在試件支持臺座表面及位移傳感器上的熱電偶；內裝不凍液的絕熱箱、加熱器、制冷器、循環泵、溫度控制和數據采集儀，加熱器、制冷器置于絕熱箱不凍液中，熱電偶安裝在支持臺座鋼板表面及位移傳感器上，循環泵置于絕 熱箱外，循環泵與絕熱箱內液體通過循環水管構成循環回路，混凝土試件預埋有熱電偶；熱電偶、位移傳感器、加熱器、制冷器、循環泵均與溫度控制和數據采集儀連接；
所述測定方法包括如下步驟當事先預埋有熱電偶的混凝土試件養護至某一熱膨脹系數測定齡期的前30分鐘內對混凝土試件作全面密封處理；將混凝土試件安裝在試件支持臺座上，將安裝了混凝土試件的支持臺座置于絕熱箱不凍液中(一般使得不凍液面高出試件頂面2 3cm)，帶有熱電偶的位移傳感器安裝在混凝土試件頂面，于-2 3'C的溫度范圍在規定的測定齡期開始降溫與升溫過程，并同時采集溫度與變形值，經數據處理得到該齡期的熱膨脹系數，通常是根據變形-溫度曲線計算斜率得到。
在上述測定方法的數據處理過程中，由于位移傳感器和試件支持臺座本身也可能存在溫度變形，本領域技術人員可以通過常規方法對位移傳感器和試件支持臺座作溫度變形補正。
優選的，本發明所述的試件支持臺座推薦使用殷鋼制作。因殷鋼的熱膨脹系數極低，可以消除在數據采集過程中其溫度變形的影響，即在數據處理過程中無需對試件支持臺座做溫度變形補正。
本發明所述的混凝土試件的密封處理可采用如下方法混凝土試件用鋁箔膠帶進行全面密封，膠帶接口處用石蠟封口。
本發明所述的測定方法推薦采用某一規定齡期的多個(比如三個)混凝土試件的熱膨脹系數平均值作為該規定齡期的混凝土熱膨脹系數特征值。
本發明具體推薦所述的測定方法按照如下步驟進行-
G)成型混凝土時在混凝土試件中心預埋熱電偶測定溫度，在支持試件臺座鋼板表面粘貼熱電偶；
(2) 將上述混凝土試件在規定條件下養護，本領域技術人員可以根據實際情況規定齡期，如可規定為9、 12、 15、 20、 24、 72、 168小時齡期；
(3) 當養護至某一熱膨脹系數測定齡期(如9、 12、 15、 20、 24、 72或168小時齡期)的前30分鐘內用鋁箔膠帶進行全面密封，膠帶接口處用石蠟封口；
(4) 將按步驟(3)密封處理后的混凝土試件置于殷鋼制成的試件支持臺座，然后將安裝了混凝土試件的支持臺座置于絕熱箱的不凍液中，帶有熱電偶的位移傳感器安裝在混凝土試件頂面；
(5) 啟動熱膨脹系數測定裝置，控制溫度在-2 3'C，在規定的測定齡期開始降溫與升溫過程，比如可控制升降溫速度為每10分鐘0.4 0.6'C，并同時每隔5分鐘左右采集溫度與變形值；
(6) 補正位移傳感器的溫度變形漂移，再根據變形-溫度曲線計算熱膨脹系數。采用三個混凝土試件的平均值作為該齡期的混凝土熱膨脹系數特征值。
再進一步，在其他熱膨脹系數測定齡期重復步驟(3)至步驟(6)的操作，即可
獲得不同齡期下的熱膨脹系數。
與現有技術相比，本發明的創新之處體現在如下幾方面
a) 本發明在-2匸 3t:的低溫區間賦予密封混凝土試件以溫度變化，此溫度
范圍既不會導致混凝土破壞也基本沒有自收縮和干燥收縮發生，從而可測定到純溫度應變而求得真實的熱膨脹系數。另一方面，也由于低溫對膠凝材料水化反應的阻礙作用，可將混凝土的內部結構狀態控制在某一時點。進一步地在不同齡期進行實驗，從而把握混凝土熱膨脹系數的時間依存性。
b) 測試過程中試件處于密封狀態，沒有水分的進入和逸散，因此也沒有干燥收縮和水分進入引起的膨脹的發生；
c) 本發明測試過程在不凍液中進行，可使混凝土試件的升降溫更均勻與快
速；
d) 本發明用殷鋼制作試件支持臺座，可以消除在數據采集過程中其溫度變形的影響；
綜上，本發明所述混凝土熱膨脹系數的測定方法在-2'C 3'C的溫度范圍內獲得了溫度上升與下降近似重合的線性溫度-應變關系，即所測定的試件變形為單純的溫度變形，故獲得的是真實的混凝土熱膨脹系數。
圖1是成型混凝土試件與試件支持臺座的示意圖2是本發明采用的混凝土熱膨脹系數的測定裝置；
圖3a是實施例一獲得的混凝土早齡期熱膨脹系數隨齡期變化圖3b是實施例二獲得的混凝土早齡期熱膨脹系數隨齡期變化圖。其中，圖1和圖2中各標號表示如下1成型混凝土試件，2試件支持臺座，3 熱電偶，4不凍液面，5傳感器支架，6位移傳感器，7制冷器，8加熱器，9循 環泵，IO絕熱箱，ll控制記錄裝置，12不凍液。
(五)具體實施例
下面通過實施例對本發明作進一步說明，但不是對本發明的材料組成及測定 方法的限制。
實施例一摻礦渣粉的混凝土的早齡期熱膨脹系數
水泥52.5級普通硅酸鹽水泥；粗骨料碎石，最大粒徑20mm;細骨料
河砂，細度模數2.97;減水劑聚羧酸型高效減水劑;礦渣粉比表面積6000cm2/g。 混凝土一 (25—BS)，其配合比為水膠比0.25，水泥320kg/m3、礦渣粉
320kg/m3、水160kg/m3、粗骨料986kg/m3、細骨料687kg/m3、減水劑6.72kg/m3。
混凝土坍落度為163mm。 熱膨脹系數測定過程
(1) 成型混凝土時在混凝土試件中心預埋熱電偶測定溫度，在支持試件臺座 鋼板表面粘貼熱電偶；
(2) 將上述混凝土試件在規定條件下養護，混凝土養護溫度為2o°c±rc， 濕度>95%;規定為9、 12、 16、 20、 24、 72、 168小時齡期；;
(3) 當養護至某一熱膨脹系數測定齡期(9、 12、 16、 20、 24、 72或168小 時齡期)的前30分鐘內用鋁箔膠帶進行全面密封，膠帶接口處用石蠟封口；
(4) 將按步驟(3)密封處理后的混凝土試件置于殷鋼制成的試件支持臺座，然 后將安裝了混凝土試件的支持臺座置于絕熱箱的不凍液中，并設定好帶有熱電偶 的位移傳感器；
(5) 啟動熱膨脹系數測定裝置，控制溫度在-2 3'C，在規定的測定齡期開始
8降溫與升溫過程，控制升降溫速度為每10分鐘0.5'C，并同時每隔5分鐘采集溫 度與變形值；
(6)補正位移傳感器的溫度變形漂移，再根據變形一溫度曲線計算熱膨脹系 數。采用三個混凝土試件的平均值作為該齡期的混凝土熱膨脹系數特征值。
采用上述方法和步驟測得的熱膨脹系數及其隨齡期的變化如附圖3 (a)所示。
混凝土二 (35—BS)，其配合比為水膠比0.35，水泥239kg/m3、礦渣粉 239kg/m3、水167kg/m3、粗骨料987kg/m3、細骨料798kg/m3、減水劑5.50kg/m3。 混凝土坍落度為171mm。
熱膨脹系數測定過程
混凝土養護溫度為20°C±rC，濕度>95%;測定齡期為10、 13、 16、 20、 24、 72、 168小時齡期；其余測試方法與過程與前述混凝土一 (25—BS)相同。 采用上述方法和步驟測得的熱膨脹系數及其隨齡期的變化如附圖3 (a)所示。
實施例二摻硅粉的混凝土的早齡期熱膨脹系數
水泥52.5級普通硅酸鹽水泥；粗骨料碎石，最大粒徑20mm;細骨料 河砂，細度模數2.97;減水劑聚羧酸型高效減水劑;硅粉比表面積2 X 105 cm2/g，
Si02含量91%。
混凝土一(25 — SF)，其配合比為水膠比0.25，水泥576kg/m^硅粉64kg/m3、 水160kg/m3、粗骨料985kg/m3、細骨料677kg/m3、減水劑11.52kg/m3。混凝土 坍落度為169mm。
熱膨脹系數測定過程混凝土養護溫度為20。C土rC，濕度>95%;測定齡期9、 12、 16、 20、 24、 72、 168小時齡期；升降溫速度控制為每10分鐘0.4'C;其余測試方法與過程與 前述混凝土一 (25—BS)相同。
采用上述方法和步驟測得的熱膨脹系數及其隨齡期的變化如附圖3 (b)所示。
混凝土二(35 — SF)，其配合比為水膠比0.35，水泥471kg/mS、硅粉47kg/m3、 水165kg/m3、粗骨料1019kg/m3、細骨料785kg/m3、減水劑8.48kg/m3。混凝土 坍落度為178mm。
熱膨脹系數測定過程
混凝土養護溫度為20。C士rC，濕度>95%;測定齡期10、 13、 16、 20、 24、 72、 168小時齡期；升降溫速度控制為每10分鐘0.4。C;其余測試方法與過 程與前述混凝土一 (25—BS)相同。
采用上述方法和步驟測得的熱膨脹系數及其隨齡期的變化如附圖3 (b)所示。
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權利要求
1、一種早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，其特征在于所述測定方法采用的裝置包括用以固定混凝土試件的試件支持臺座、固定在試件支持臺座上可與混凝土試件連接的位移傳感器、分別布置在試件支持臺座表面及位移傳感器上的熱電偶、內裝不凍液的絕熱箱、加熱器、制冷器、循環泵、溫度控制和數據采集儀；加熱器、制冷器置于絕熱箱不凍液中，循環泵置于絕熱箱外，循環泵與絕熱箱內液體通過循環水管構成循環回路，混凝土試件預埋有熱電偶；熱電偶、位移傳感器、加熱器、制冷器、循環泵均與溫度控制和數據采集儀連接；所述測定方法包括如下步驟當事先預埋有熱電偶的混凝土試件養護至某一熱膨脹系數測定齡期的前30分鐘內對混凝土試件作全面密封處理；將混凝土試件安裝在試件支持臺座上，將安裝了混凝土試件的支持臺座置于絕熱箱不凍液中，帶有熱電偶的位移傳感器安裝在混凝土試件頂面，于-2～3℃的溫度范圍在規定的測定齡期開始降溫與升溫過程，并同時采集溫度與變形值，所得變形-溫度曲線的斜率即為該齡期的熱膨脹系數。
2、 如權利要求1所述的早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，其特征在于所述的 試件支持臺座使用殷鋼制作。
3、 如權利要求1所述的早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，其特征在于所述的 混凝土試件的密封處理方法如下混凝土試件用鋁箔膠帶進行全面密封，膠帶接 口處用石蠟封口。
4、 如權利要求1所述的早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，其特征在于所述的 數據處理過程中，對位移傳感器和試件支持臺座作溫度變形補正。
5、 如權利要求2所述的早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，其特征在于所述的 數據處理過程中，對位移傳感器作溫度變形補正。
6、 如權利要求1~5之一所述的早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，其特征在于所述的測定方法采用某一規定齡期的多個混凝土試件的熱膨脹系數平均值作為 該規定齡期的混凝土熱膨脹系數特征值。
7、 如權利要求6所述的早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，其特征在于所述的 測定方法按照如下步驟進行(1) 成型混凝土時在混凝土試件中心預埋熱電偶并測定溫度；在支持試件臺 座表面粘貼熱電偶；(2) 將上述混凝土試件在規定條件下養護；(3) 當養護至某一熱膨脹系數測定齡期的前30分鐘內用鋁箔膠帶進行全面 密封，膠帶接口處用石蠟封口；(4) 將按步驟(3)密封處理后的混凝土試件固定于殷鋼制成的試件支持臺座， 然后將安裝了混凝土試件的支持臺座置于絕熱箱的不凍液中，帶有熱電偶的位移 傳感器安裝在混凝土試件頂面；(5) 啟動熱膨脹系數測定裝置，控制溫度在-2 3'C，在規定的測定齡期開始 降溫與升溫過程，并同時采集溫度與變形值；(6) 補正位移傳感器的溫度變形漂移，再根據變形-溫度曲線計算熱膨脹系 數，采用多個試件的平均值作為該齡期的混凝土熱膨脹系數特征值。
8、 如權利要求7所述的早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，其特征在于在其他 熱膨脹系數測定齡期重復步驟(3)至步驟(6)的操作，獲得不同齡期下的熱膨脹系 數。
全文摘要
本發明公開了一種早齡期混凝土熱膨脹系數測定方法，所述測定方法包括如下步驟混凝土試件的養護、混凝土試件的密封、試件安裝、數據采集、數據處理，本發明中所述的數據采集采用如下方法在-2～3℃的溫度范圍內賦予密封混凝土試件以溫度變化并同時采集數據。本發明在上述溫度范圍內獲得了溫度上升與下降近似重合的線性溫度-應變關系，即測定過程中的膠凝材料的水化反應得到了抑制，自收縮得以剔除；并且測試過程中試件處于密封狀態，沒有水分的進入和逸散，干燥收縮也得以剔除。所測定的試件變形為單純的溫度變形，故獲得的是真實的混凝土熱膨脹系數。
文檔編號G01N25/00GK101482526SQ200910095810
公開日2009年7月15日 申請日期2009年1月24日 優先權日2009年1月24日
發明者楊 楊, 許四法 申請人:浙江工業大學