专利名称：温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法
技术领域：
本发明涉及道路工程领域，具体地说是一种温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法。
背景技术：
在我国高等级公路中，水泥混凝土材料得到广泛应用，但工程实践表明水泥混凝土路面开裂和接缝张开比较严重，降低了水泥混凝土路面的使用性能。水泥混凝土路面开裂和接缝张开是引起路面唧泥、错台、断板等病害的主要原因。在连续配筋水泥混凝土路面配筋率计算和普通水泥混凝土路面接缝间距设计中，水泥混凝土的膨胀系数采用查阅规范参考值的方法。由于集料膨胀系数的差异导致水泥混凝土材料膨胀系数不尽相同，选取的膨胀系数参考值与水泥混凝土的实际膨胀系数有一定差异，无法保证配筋计算和接缝间距设计的准确性和可靠性。在试验室设计评价中，水泥混凝土材料仅以材料组成、抗压强度、·抗折强度等简单指标作为设计标准，没有深入进行路面实际环境条件下水泥混凝土的体积参数的测试。现有连续配筋水泥混凝土路面配筋计算和普通混凝土接缝间距设计中试图采用查阅参考值的方法来确定水泥混凝土的膨胀系数，并以此膨胀系数值作为水泥混凝土路面裂缝张开量计算的依据。由于集料膨胀系数的差异、水泥混凝土配合比不同、水泥混凝土水灰比差异等原因，无从得知选取的参考膨胀系数值与实际膨胀系数的差异，亦无法保证配筋计算和接缝间距设计结果的准确性和可靠性。另一个重要问题是，已硬化水泥混凝土材料的体积变化是环境温度和湿度综合作用的结果，现有的材料膨胀系数试验方法无法得到温湿度耦合作用下水泥混凝土体积参数的变化规律。因此，水泥混凝土材料在实际环境条件下的膨胀系数一直未得到明确和验证，水泥混凝土路面的裂缝张开过大引起的损坏问题也一直困扰我国工程技术人员。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法。利用该方法可获得准确可靠的温湿度耦合作用下水泥混凝土膨胀系数和水泥混凝土随自然环境温湿度条件变化的变形规律。本发明的技术任务是按以下方式实现的温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法，其特点是将振弦式混凝土应变计安装在测量筒中心，并在测量筒中注入路面混凝土，然后将测量筒安装在水泥混凝土面层中1/2厚度处，通过测量筒中的混凝土在非应力状态下随路面混凝土温湿度条件变化而发生的体积变化确定路面混凝土在温湿度耦合作用下的线膨胀系数。在混凝土应变计胀缩变形数据采集的同时，采集到水泥混凝土路面在自然环境中真实的温湿度变化规律，并据此确定连续配筋水泥混凝土路面纵向钢筋配筋率计算和普通水泥混凝土路面接缝间距设计中混凝土真实的膨胀系数。上述方法包括以下步骤
a)制作测量筒所述测量筒包括温度条件测量筒及温湿度耦合条件测量筒
所述温度条件测量筒主要由硬质外筒体、软质内筒体、棉毡层及端封构成，软质内筒体插接于硬质外筒体内侧，棉毡层与软质内筒体内壁相粘贴，两个端封分别用于硬质外筒体两端的密封；
所述温湿度耦合条件测量筒主要由硬质外筒体、软质内筒体、棉毡层及端封构成,硬质外筒体侧壁上开有若干透气孔，软质内筒体插接于硬质外筒体内侧，棉毡层与软质内筒体内壁相粘贴，两个端封分别用于硬质外筒体两端的密封；
b)振弦式混凝土应变计安装
在浇筑路面混凝土的同时，分别在步骤a)所述两测量筒中注入混凝土，并将振弦式混凝土应变计放置于测量筒内中心处，振动密实后利用端封密封测量筒端部，应变计信号线 从端封中心导出；
将两个测量筒水平固定于混凝土面层1/2厚度处，然后再用混凝土将测量筒上部覆盖，并振动密实，同时将应变计信号线从混凝土路面中预留的孔道中引出，接采集器接线端子;
温湿度耦合条件测量筒中的振弦式混凝土应变计编号为A，温度条件测量筒中的振弦式混凝土应变计编号为B ；
c)水泥混凝土温湿度传感器安装 在水泥混凝土路面内部安装温湿度传感器；
d)水泥混凝土温湿度测试
测定路面水泥混凝土的温湿度随时间的变化过程；
e)水泥混凝土胀缩变形测试
在进行步骤d)的同时采集相应温湿度条件下A振弦式混凝土应变计的应变值和相应温度条件下B振弦式混凝土应变计的应变值，即水泥混凝土的胀缩应变；
e)重复步骤d)和e)得到不同温湿度耦合条件下A、B振弦式混凝土应变计的应变值，即水泥混凝土的胀缩应变；
f)对试验数据进行处理，得到水泥混凝土在温湿度耦合作用下的膨胀系数。步骤a)中所述测量筒优选为圆筒，硬质外筒体的内径为l(Tl5cm。步骤a)中所述硬质外筒体上透气孔沿圆筒轴向间距优选为3 5cm、沿圆弧面间距优选为3 6cm。为了增加测量数据的准确性，步骤b)中水平固定两测量筒时，测量筒轴线可以与水泥混凝土路面长度方向相平行。步骤c)中，优选在水泥混凝土路面内部距离顶面1/4面层厚、1/2面层厚、3/4面层厚、面层底面处同一铅垂线上安装4个温湿度传感器。本发明的温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法与现有技术相比具有以下突出的有益效果
(一)以特定的传感器安装位置及方法实现了温湿度耦合作用下的膨胀系数测试方法，填补了国内路面现场温湿度耦合作用下水泥混凝土膨胀系数测试方法的空白；
(二)解决了水泥混凝土材料在现场环境下随温湿度变化的变形规律测试问题；
(三)测量方法操作简单、数据准确、易于实现。
附图I是温度条件测量筒结构示意 附图2是温湿度耦合条件测量筒结构示意 附图3是本发明测试方法原理示意 附图4是实施例中温湿度耦合作用一应变线性关系 附图5是实施例中温度一应变一元线性关系图。
具体实施例方式参照说明书附图以具体实施例对本发明的温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法作以下详细地说明。实施例
本发明的温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法是将振弦式混凝土应变计安装在测量筒中心，并在测量筒中注入路面混凝土，然后将圆筒安装在水泥混凝土面层中1/2厚度处，通过与路面混凝土相同温湿度条件下的圆筒中混凝土的应变变化确定路面混凝土在温湿度耦合作用下的线膨胀系数。具体的，该方法包括以下步骤
a)制作混凝土应变计安装所需测量筒(温度条件测量筒及温湿度耦合条件测量筒)如附图I所示，温度条件测量筒主要由硬质外筒体I、软质内筒体2、棉毡层3及端封4构成。取直径11cm、长为30cm的PVC管材作为测量筒的硬质外筒体I ;一张长35cm、宽为24cm的硬纸(作为软质内筒体2)上面涂上粘贴胶,将一张长35cm、宽为24cm的棉租(棉毡层3)牢固地粘贴在上面，然后沿长度方向将硬纸折成筒状(此时棉毡在纸筒的内侧)放进PVC圆筒内部。取两块聚丙烯泡沫作为端封4，一块端封4将PVC管一端密封，另一块备用。如附图2所示，温湿度耦合条件测量筒的基本结构与上述温度条件测量筒相同，只是在硬质外筒体I的侧壁上开有若干透气孔5。相邻透气孔5沿圆筒轴向间距3cm、沿圆弧面间距3. 4cm。b)振弦式混凝土应变计安装(如附图3所示)
在浇筑路面混凝土的同时，在2根测量筒中注入混凝土，并将振弦式混凝土应变计6放置于测量筒内中心处，用插入式混凝土振动棒插入测量筒内部混凝土中约15cm振动密实10秒，然后用准备好的另外两块端封4分别将两根测量筒另一端密封，信号线从端封4中心导出。将两根测量筒水平固定于混凝土面层1/2厚度处，且2根测量筒轴线应与水泥混凝土路面7长度方向平行，然后再用混凝土将测量筒上部覆盖，并用振动棒振捣密实，同时将信号线从混凝土路面中预留的孔道中引出，接在采集器的接线端子上。温湿度耦合条件测量筒中的振弦式混凝土应变计编号为A，温度条件测量筒中的振弦式混凝土应变计编号为B0c)水泥混凝土温湿度传感器安装
在水泥混凝土路面内部距离顶面1/4面层厚、1/2面层厚、3/4面层厚、面层底面处同一铅垂线上安装4个温湿度传感器8。d)水泥混凝土温湿度测试测定路面水泥混凝土的温湿度随时间的变化过程。e)水泥混凝土胀缩变形测试
在步骤进行d)的同时采集相应温湿度条件下A、B振弦式混凝土应变计的应变值，即水泥混凝土的胀缩应变。e)重复步骤d)和e)得到不同温湿度耦合条件下A、B振弦式混凝土应变计的应变值，即水泥混凝土的胀缩应变。f)对试验数据进行处理，得到水泥混凝土在温湿度耦合作用下的膨胀系数和水泥混凝土随自然环境温湿度条件变化的变形规律
由于水泥混凝土浇筑后前28天水化作用较强烈不能代表水泥混凝土硬化后的膨胀系 数，所以取水泥混凝土浇筑30天后一段时间采集到的数据。根据采集到的两个测量筒中A、B振弦式混凝土应变计的应变值及测量筒中水泥混凝土的温度(即水泥混凝土路面内部温度)，采用excel表格分别对采集到的数据进行处理，回归得到温度一应变一元线性方程及温湿度耦合作用一应变线性方程。根据应变计A的数据回归得到的是温湿度耦合作用一应变线性方程(如附图4所示)，根据应变计B的数据回归得到的是温度一应变一元线性方程(如附图5所示)。方程中系数9. 3051 X 10_6 mm/mm /°C即为温湿度耦合作用下水泥混凝土的线膨胀系数，系数9. 006 X 10_6mm/mm/°C即为水泥混凝土的温度膨胀系数。
权利要求
1.温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法，其特征在于该方法将振弦式混凝土应变计安装在测量筒中心，并在测量筒中注入路面混凝土，然后将测量筒安装在水泥混凝土面层中1/2厚度处，通过测量筒中的混凝土在非应力状态下随路面混凝土温湿度条件变化而发生的体积变化确定路面混凝土在温湿度耦合作用下的线膨胀系数。
2.根据权利要求I所述的温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 a)制作测量筒 所述测量筒包括温度条件测量筒及温湿度耦合条件测量筒 所述温度条件测量筒主要由硬质外筒体、软质内筒体、棉毡层及端封构成，软质内筒体插接于硬质外筒体内侧，棉毡层与软质内筒体内壁相粘贴，两个端封分别用于硬质外筒体两端的密封； 所述温湿度耦合条件测量筒主要由硬质外筒体、软质内筒体、棉毡层及端封构成,硬质外筒体侧壁上开有若干透气孔，软质内筒体插接于硬质外筒体内侧，棉毡层与软质内筒体内壁相粘贴，两个端封分别用于硬质外筒体两端的密封； b)振弦式混凝土应变计安装 在浇筑路面混凝土的同时，分别在步骤a)所述两测量筒中注入混凝土，并将振弦式混凝土应变计放置于测量筒内中心处，振动密实后利用端封密封测量筒端部，应变计信号线从端封中心导出； 将两个测量筒水平固定于混凝土面层1/2厚度处，然后再用混凝土将测量筒上部覆盖，并振动密实，同时将应变计信号线从混凝土路面中预留的孔道中引出，接采集器接线端子; 温湿度耦合条件测量筒中的振弦式混凝土应变计编号为A，温度条件测量筒中的振弦式混凝土应变计编号为B ； c)水泥混凝土温湿度传感器安装 在水泥混凝土路面内部安装温湿度传感器； d)水泥混凝土温湿度测试 测定路面水泥混凝土的温湿度随时间的变化过程； e)水泥混凝土胀缩变形测试 在进行步骤d)的同时采集相应温湿度条件下A振弦式混凝土应变计的应变值和相应温度条件下B振弦式混凝土应变计的应变值，即水泥混凝土的胀缩应变； f)重复步骤d)和e)得到不同温湿度耦合条件下A、B振弦式混凝土应变计的应变值，即水泥混凝土的胀缩应变； g)对试验数据进行处理，得到水泥混凝土在温湿度耦合作用下的膨胀系数。
3.根据权利要求2所述的温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法，其特征在于步骤a)中所述测量筒为圆筒，硬质外筒体的内径为l(Tl5cm。
4.根据权利要求2所述的温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法，其特征在于步骤a)中所述硬质外筒体上透气孔沿圆筒轴向间距3 5cm、沿圆弧面间距3飞cm。
5.根据权利要求I所述的温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法，其特征在于步骤b)中水平固定两测量筒时，测量筒轴线与水泥混凝土路面长度方向相平行。
6.根据权利要求I所述的温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法，其特征在于步骤c)中，在水泥混凝土路面内部距离顶面1/4面层厚、1/2面层厚、3/4面层厚、面层底面处同一铅垂线上安装4个温湿度传感器。
全文摘要
本发明公开了一种温湿度耦合作用下水泥混凝土线膨胀系数测试方法，属于道路工程领域。该方法将振弦式混凝土应变计安装在测量筒中心，并在测量筒中注入路面混凝土，然后将测量筒安装在水泥混凝土面层中1/2厚度处，通过测量筒中的混凝土在非应力状态下随路面混凝土温湿度条件变化而发生的体积变化确定路面混凝土在温湿度耦合作用下的线膨胀系数。与现有技术相比，以本发明的线膨胀系数测试方法可获得准确可靠的温湿度耦合作用下水泥混凝土膨胀系数和水泥混凝土随自然环境温湿度条件变化的变形规律，具有很好的推广应用价值。
文档编号G01N25/16GK102954979SQ20121034372
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者余四新, 韦金城, 韩文扬, 马士杰, 付建村, 刘顺斌, 董昭, 陈鲁川 申请人:山东省交通科学研究所