专利名称：非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及大坝混凝土早期热学性能测试技术，具体涉及一种非接触式大坝混凝 土早期热膨胀系数的测试方法及其设备，这是一种采用非接触式激光位移传感器和循环式 恒温水浴组合成非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数测试方法。
背景技术：
热膨胀系数是混凝土的主要热物理特性参数之一，也是其体积稳定性的重要表 征参数；大坝混凝土热膨胀系数一般采用线膨胀系数表征，《水工混凝土试验规范》(SL 352-2006)要求被测试件至少养护7d后再进行试验，同时允许采用测试完混凝土自身体积 变形的试件进行试验，所以往往测得的是混凝土中后期的热膨胀系数，混凝土在硬化初期 的热膨胀系数被忽视了。水泥基材料早期热膨胀性能测定方法目前尚无统一规定，出现多种测试方法。常 规测试混凝土热膨胀系数需对试件外加的大幅温升(如《水工混凝土试验规范》要求升温 幅度为40°C左右)，这样显著影响混凝土早期水化，使得测试结果与水化龄期有偏差，一组 试件往往只能测试某一龄期热膨胀系数，较难实现连续测试同组试件不同早龄期的热膨胀 系数；同时由于早期大坝混凝土强度较低，采用常规接触式测长法难以保证结果的准确性。随着高精度激光位移传感器技术的发展，使得原位非接触、连续测试位移成为可 能。本专利采用非接触位移传感器结合循环式恒温水浴装置，通过小幅温升的方式实现了 原位、连续测试大坝混凝土早期热膨胀系数。
发明内容
本发明的目的是提供一种非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试方法及其 设备，以弥补现有技术的以下不足，即所测得的是混凝土中后期的热膨胀系数，忽视了混 凝土在硬化初期的热膨胀系数。本发明采用非接触式激光位移传感器和循环式恒温水浴组 合成非接触式原位位移测试大坝混凝土早期热膨胀系数。完成上述发明任务的方案是一种非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试方 法，其特征在于，步骤如下(1)、新拌大坝混凝土的被测试件直接装入养护测试桶；(2)、被测试件混凝土顶部置入金属测试端头，立即放入恒温水浴中养护；(3)、稳定一段时间后，小幅升温，等被测试件混凝土内部温度与水温一致时即为 测试终点，随即冷水降温直至起点温度，如此循环；(4)、利用养护测试桶上面的非接触式激光位移传感器测定被测试件底部和顶部 的位移值；(5)、根据所测位移变化数据，计算出被测试件的早期热膨胀系数。更优化和更具体地说，本发明各个步骤的操作方法是(1)、新拌大坝混凝土直接装入养护测试桶，该养护测试桶采用底部垫聚四氟乙烯板的Φ 150mm X 300mm圆柱体马口铁桶；(2)、被测试件混凝土顶部置入金属测试端头，立即放入恒温水浴中养护；(3)、稳定一段时间后小幅升温，等被测试件混凝土内部温度与水温一致时即为测 试终点，随即冷水降温直至起点温度，如此循环；(4)、非接触式激光位移传感器所测位移变化δ all值可简化为两部分位移，一部分 为被测试件的热膨胀位移Ss，另一部分为圆柱体马口铁桶底部和顶部测试端头的热膨胀 位移S。；
(5)、其中位移可根据材料的热膨胀系数α、基准长度L和测得的温度变化值ΔΤ 计算所得，参见如下公式(1)δ all = δ s+ δ o, δ = L · α · ΔΤ (1)最终混凝土试件热膨胀系数可由如下公式(2)计算所得Qs = (δ all-L。· α。· Δ Τ)/(Ls · Δ Τ) (2)其中L。为马口铁桶、测试端头(铁质)总高度，LsS混凝土试件基准长度300mm， 为铁的热膨胀系数。本发明推荐恒温水浴温度控制精度0. 2V ；位移传感器显示读数1 μ m。按照规范《水工混凝土试验规程》(SL 352-2006)中“4. 17混凝土线膨胀系数测 定”方法，采用混凝土内部预埋电阻应变计的方法测得上述两种混凝土在90d后的热膨胀系 数分别为8. 0 X 10_6/°C和9. 7 X 10-6/oC，与本试验装置测试的7d结果基本一致，考虑到混凝 土后期热膨胀系数较为稳定，由此说明采用本专利测试装置和标准试验方法测得结果的相 关性较好。完成本申请第2个发明任务的方案是上述非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数 的测试方法所使用的设备，设有容纳被测试件的养护测试桶，其特征在于，该养护测试桶外 设有恒温水浴箱，该恒温水浴箱上设有加热装置及温度控制装置；该养护测试桶内设有预 埋在被测试件顶端的金属测试端头；该养护测试桶上面设有非接触式激光位移传感器。本设备的优化方案有所述的金属测试端头采用平面光滑的、铁质的金属测试端头；所述的恒温水浴箱中设有温度传感器；所述的被测试件中设有温度传感器；所述的养护测试桶结构是Φ 150mmX300mm圆柱体马口铁桶，其底部垫有聚四氟 乙烯板。本发明能够弥补现有技术的以下不足，即所测得的是混凝土中后期的热膨胀系 数，忽视了混凝土在硬化初期的热膨胀系数；采用非接触式激光位移传感器和循环式恒温 水浴组合成非接触式原位位移测试得到大坝混凝土早期热膨胀系数。
图1为测试过程的温度控制曲线图；图2为面板坝混凝土早期热膨胀系数变化曲线图；图3为拱坝混凝土早期热膨胀系数变化曲线图；图4为本发明设备结构示意图。
具体实施例方式实施例1，非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试方法，采用的测试装置如图 4。 新拌大坝混凝土直接装入底部垫聚四氟乙烯板的Φ 150mmX 300mm圆柱体马口铁 桶2( 二级配混凝土直接装入，全级配大坝混凝土湿筛后装入)；混凝土顶部置入金属测试 端头，立即放入恒温水浴3中养护。恒温水浴3与混凝土 1中均设有温度计4。马口铁桶中 的被测试件——新拌大坝混凝土 1顶端采用PVC薄膜覆盖，预埋平面光滑的金属测试端头 (铁质)，测试过程避免水汽在端头凝结，影响激光位移传感器的测试稳定性；经试验调试， 测试装置稳定性良好，恒温条件下位移波动不大于1 μ m。由于位移传感器较高的精度，即使小幅温升仍可采集到试件的位移变化，最大程 度减少了温升对试件正常水化的影响。测试过程采取小幅升温(温升仅为5°C左右)、快速循环的温控制度，控制单次测 试时间不超过2h(典型的升温制度见图1)。试件在20°C 士3°C恒温水浴中养护，稳定一段 时间后小幅升温，等混凝土内部温度与水温一致时即为测试终点，随即冷水降温直至起点 温度，如此循环。非接触式激光位移传感器5所测位移变化δ all值可简化为两部分位移，一部分为 试件的热膨胀位移\、，另一部分为铁皮桶底部和顶部测试端头的热膨胀位移S。；其中位 移可根据材料的热膨胀系数α、基准长度L和测得的温度变化值ΔΤ计算所得，参见如下公 式⑴。δ all = δ s+ δ。，δ = L · α · Δ T (1)最终混凝土试件热膨胀系数可由如下公式(2)计算所得Qs = (δ all-L。· α。· Δ Τ)/(Ls · Δ Τ) (2)其中L。为马口铁桶、测试端头(铁质)总高度，Ls为混凝土试件基准长度300mm， 为铁的热膨胀系数。图2、3为采用上述测试装置测得的面板二级配常态混凝土和拱坝全级配湿筛混 凝土早期热膨胀系数随龄期变化图，横坐标为硬化后混凝土的龄期。其中面板混凝土在 硬化初期热膨胀系数逐步增大，所测龄期内极差为1.9X10_6/°C，72h至156h逐渐稳定至 8. IXlO-V0C ；拱坝常态混凝土在硬化初期变化更大，所测龄期内极差高达3.8X10_6/°C， 72h后逐步稳定至10. 5 X 10_7°C。
权利要求
一种非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试方法，其特征在于，步骤如下(1)、新拌大坝混凝土的被测试件直接装入养护测试桶(2)、被测试件混凝土顶部置入金属测试端头，立即放入恒温水浴中养护；(3)、稳定一段时间后，小幅升温，等被测试件混凝土内部温度与水温一致时即为测试终点，随即冷水降温直至起点温度，如此循环；(4)、利用养护测试桶上面的非接触式激光位移传感器测定被测试件底部和顶部的位移值；(5)、根据所测位移变化数据，计算出被测试件的早期热膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试方法，其特征在 于，所述各个步骤的具体操作方法是(1)、新拌大坝混凝土直接装入养护测试桶，该养护测试桶采用底部垫聚四氟乙烯板的 圆柱体马口铁桶；(2)、被测试件混凝土顶部置入金属测试端头，立即放入恒温水浴中养护；(3)、稳定一段时间后小幅升温，等被测试件混凝土内部温度与水温一致时即为测试终 点，随即冷水降温直至起点温度，如此循环；(4)、非接触式激光位移传感器所测位移变化5all值可简化为两部分位移，一部分为被测 试件的热膨胀位移Ss，另一部分为圆柱体马口铁桶底部和顶部测试端头的热膨胀位移5o;(5)、其中位移可根据材料的热膨胀系数a、基准长度L和测得的温度变化值AT计算 所得，参见如下公式(1)Sall= Ss+5o，5 =卜 a AT(1)最终被测试件混凝土热膨胀系数可由如下公式(2)计算所得as= ( 6 all-L0 ao. AT)/(LS. AT) (2)其中L。为马口铁桶、测试端头(铁质)总高度，Ls为混凝土试件基准长度300mm，a 0 为铁的热膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试方法，其特征在 于，所述恒温水浴温度控制精度0. 2V ；位移传感器显示读数1 P m。
4.一种权利要求1所述的非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试方法所使用的 设备，设有容纳被测试件的养护测试桶，其特征在于，该养护测试桶外设有恒温水浴箱，该 恒温水浴箱上设有加热装置及温度控制装置；该养护测试桶内设有预埋在被测试件顶端的 金属测试端头；该养护测试桶上面设有非接触式激光位移传感器。
5.根据权利要求4所述的非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试设备，其特征在 于，所述的金属测试端头采用平面光滑的、铁质的金属测试端头。
6.根据权利要求4所述的非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试设备，其特征在 于，所述的恒温水浴箱中设有温度传感器；
7.根据权利要求4所述的非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试设备，其特征在 于，所述的被测试件中设有温度传感器；
8.根据权利要求4 7之一所述的非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试设备， 其特征在于，所述的养护测试桶结构是cM50mmX300mm圆柱体马口铁桶，其底部垫有聚 四氟乙烯板。
全文摘要
非接触式大坝混凝土早期热膨胀系数的测试方法及其设备(1)被测试件装入养护测试桶；(2)被测试件顶部置入金属测试端头，立即放入恒温水浴中养护；(3)稳定一段时间后，小幅升温，等被测试件内部温度与水温一致时为测试终点，随即降温至起点温度，循环；(4)用非接触式激光位移传感器测定被测试件底部和顶部的位移值；(5)根据所测位移变化数据计算出被测试件的早期热膨胀系数。设备是设有容纳被测试件的养护测试桶，桶外设有恒温水浴箱；该养护测试桶内设有预埋在被测试件顶端的金属测试端头；该养护测试桶上面设有非接触式激光位移传感器。本发明弥补了现有技术的不足，提供非接触式原位位移测试得到大坝混凝土早期热膨胀系数。
文档编号G01B11/02GK101865865SQ20101020001
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月12日 优先权日2010年6月12日
发明者丁建彤, 张燕迟, 欧阳幼玲, 胡金鹏, 钱文勋, 陈波, 陈迅捷, 韦华 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院