一种碱骨料活性测定装置及方法与流程

1.本发明涉及混凝土材料检测领域，尤其涉及一种碱骨料活性测定装置及方法。


背景技术：

2.碱骨料反应是指在一定条件下，碱骨料与混凝土中的水泥等碱物质发生化学反应，导致骨料膨胀，当膨胀力超过混凝土承受能力时，会引起混凝土结构开裂、破坏的现象。
3.碱骨料活性目前常规测试方法主要有：
4.1、肉眼或者显微镜观察法：通过观察碱骨料微观形态从而进行定性评估，观测结果因人而异，主观性较大，无法量化评估。
5.2、岩石柱法：通过从母岩中钻取一定尺寸的小圆柱体，并将其持续浸泡于一定浓度及温度的氢氧化钠溶液中，定期测试圆柱体长度，计算圆柱体在一定时长内长度变化量，来评估碱骨料活性。该方法未考虑因岩体致密，导致岩芯内外渗透的碱溶液浓度存在差异，致使岩芯内外层由于碱骨料反应引起的岩体膨胀存在差异，其测定的试件长度变化并不能代表整个圆柱体长度变化情况。而实际骨料以颗粒状大致均匀分布于混凝土中，与碱性环境接触面积大，因此岩芯试验的方法并不能准确反映骨料在混凝土中的实际情况。另外，骨料在混凝土中是受到混凝土约束的，该试验方式只能模拟骨料在自由状态下的膨胀，无法模拟骨料受混凝土约束状态下的膨胀性。
6.3、快速砂浆棒法：将碱骨料与砂浆拌和均匀形成棒状试件，并将其持续浸泡于一定浓度及温度的氢氧化钠溶液中，定期测试试件长度，计算试件在一定时长内长度变化量，来评估碱骨料活性。该方法存在同岩石柱法同样的不足，难以准确反映骨料在混凝土中的实际情况。
7.综上所述，现有的碱骨料活性测试方法具有无法模拟骨料受混凝土约束状态下的膨胀性的不足。


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能模拟并测定碱骨料在混凝土受约束状态下的活性情况的装置及方法。
9.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
10.一种碱骨料活性测定装置，包括压力系统和用以固定压力系统的反力装置；所述压力系统包括盛装反应溶液的水箱、盛装被测试样的压力室、与反力装置固定连接为被测试样施加压力的施压机，所述施压机前端固定连接有活塞板，所述施压机与水箱之间设置有防止反应溶液外泄的密封构件；所述施压机设有方向互相垂直的三个，分别位于水箱上方与水箱两个相邻的侧方；所述施压机由微机控制，具备压力曲线输入功能、伺服稳压功能、行程测定功能。
11.作为上述技术方案的进一步改进：
12.所述反力装置为两个h型钢架呈交叉门式组合而成的结构，在各施压机布设处设
有加劲肋板。
13.所述压力室内部为空腔，中央为盛放被测试样的样品室，样品室的六面方向上设有垂直的管道；所述管道内放置有用以传递施压机所施加的压力，同时确保溶液能渗透至被测试样的透水石。
14.所述透水石包括与施压机同一侧的第一透水石，与位于施压机相对面的第二透水石；在装置运作时，所述第一透水石一面与被测试样接触，一面与活塞板接触，侧面被管道约束，并能在管道内同活塞板一同滑动；所述第二透水石一面与被测试样接触，一面与水箱壁接触，侧面被管道约束。
15.所述管道与所述活塞板设有便于溶液渗入的透水孔。
16.所述水箱上表面呈敞口，所述水箱侧面开设有供施压机探入压力室的开口，所述水箱内部的下表面设有与压力室下方管道相嵌合的限位槽，所述水箱内部的侧面设有用于压力室安装导向的导轨。
17.所述密封构件主体为橡胶材质的褶皱型伸缩套；所述伸缩套设有与水箱密封连接的敞口端和与活塞板密封连接的窄口端。
18.所述伸缩套的密封连接处设有密封凸条；所述水箱、活塞板与伸缩套的密封连接处设有与所述密封凸条相嵌合的密封凹槽。
19.所述敞口端位于水箱的外部，所述伸缩套与活塞板、水箱之间通过螺栓固定连接，所述螺栓与伸缩套之间还设有密封压环，所述敞口端的密封压环位于伸缩套外部，所述窄口端的密封压环位于伸缩套内部。
20.一种碱骨料活性测定方法，用上述的碱骨料活性测定装置进行，包括以下步骤：s1、采用同批骨料制作多个混凝土试样，分别在不同龄期测试其抗拉强度，得到混凝土抗拉强度发展曲线；
21.s2、采集制作混凝土试样的同批骨料在岩芯取样、破碎等过程中产生的石粉，并进行过筛，得到特定粒径的石粉作为被测试样；
22.s3、将被测试样置于压力室中，将压力室固定于水箱中；
23.s4、向水箱内注入naoh溶液，伸出活塞板，使透水石接触被测试样，并让被测试样浸透饱和；
24.s5、向压力系统输入s1得到的抗拉强度曲线，通过施压机向被测试样施加随时间变化的压力；
25.s6、测定每个活塞板的回缩量，继而得到被测试样在约束力下各个方向的膨胀性。
26.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过压力机对被测试样施加压力，模拟碱骨料在混凝土中受到约束的状态，通过测定施压机因受膨胀力影响而回缩的回缩距离，可得到碱骨料在混凝土中受约束状态下的膨胀性，测试结果更为准确。
附图说明
27.图1是本发明装置实施例的结构示意主视图。
28.图2是本发明装置实施例的结构示意剖视图。
29.图3是本发明装置实施例的压力室结构示意主视图。
30.图4是本发明装置实施例的水箱结构示意剖视图。
31.图5是本发明装置实施例的伸缩套结构示意图。
32.图6是本发明装置实施例的伸缩套与活塞板密封连接结构示意图。
33.图7是图6中a处局部放大图。
34.图8是本发明本发明装置实施例的伸缩套与活塞板密封连接结构示意图。
35.图中各标号表示：
36.1、压力系统；2、反力装置；21、加劲肋板；3、水箱；31、开口；32、限位槽；33、导轨；34、密封凹槽；35、naoh溶液；4、压力室；41管道；42、透水石；421、第一透水石；422、第二透水石；43、样品室；5、施压机；6、活塞板；7、密封构件；71、伸缩套；72、敞口端；73、窄口端；74、密封凸条；75、螺栓；76、密封压环；8、透水孔。
具体实施方式
37.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
38.装置实施例：
39.图1至图8出示了本发明一种碱骨料活性测定装置的一种实施例，包括压力系统1和用以固定压力系统1的反力装置2；所述压力系统1包括用于盛装反应溶液的水箱3、用于盛装被测试样的压力室4、与反力装置2固定连接为被测试样施加压力的施压机5，所述施压机5前端固定连接有活塞板6，所述活塞板6与水箱3之间设置有防止反应溶液外泄的密封构件7，所述施压机5设有方向互相垂直的三个，分别位于水箱3上方与水箱3两个相邻的侧方；所述施压机5由微机控制，具备压力曲线输入功能、伺服稳压功能、行程测定功能。
40.将被测试样放置于压力室4中，将压力室4置于水箱3中，将naoh溶液35倒入水箱3，直至naoh溶液35浸没压力室4，使被测试样与naoh溶液35发生碱骨料反应。
41.通过施压机5为碱骨料施加压力，模拟碱骨料在混凝土中受到约束的状态，施压机5所施加的压力应小于等于用被测试样的碱骨灰所制成的混凝土的最大抗拉强度。随着被测试样与naoh溶液35发生的碱骨料反应的进行，被测试样会发生膨胀，因而被测试样会向施压机5释放膨胀力，导致活塞板6回缩，活塞板6的回缩量与碱骨料在该反向的膨胀量呈正比，继而测定出碱骨料在混凝土中受约束状态下的膨胀性。
42.本装置的施压机5由微机控制，通过曲线输入功能将试样的抗拉强度曲线输入系统，通过伺服稳压功能以便压力系统1随反应的进行及时自动的进行泄压，通过行程测定功能自动测定施压机5的回缩量，继而测出被测试样在混凝土处于不同龄期时，各个方向的膨胀性。通过微机控制施压机5，使装置更具智能化，使用更为方便，得出的试验结果更为准确。
43.本装置考虑了被测试样各向膨胀的差异性，可严格测定3个方向的膨胀性，较常规测量1个或2个方向膨胀性更为准确。当材料均匀各向同性时，测出的结果表现为3个方向膨胀性是一样的；当材料在平面内各向异性时，测出的结果表现为有2个方向的膨胀性数据是不一样的；当材料在空面内各向异性时，测出的结果表现为3个方向的膨胀性数据都是不一样。因此，在不确定被测试样是否各向同性之前，采用本发明总能分析出各向的特性。
44.本实施例中，反力装置2为2个h型钢架呈交叉门式组合而成的结构，在各施压机5布设处设有加劲肋板21。施压机5布设处是反力装置2的集中荷载处，为了保证反力装置2局部稳定并传递集中力所设置的条状加强件，可以提高反力装置2的稳定性。
45.本实施例中，所述压力室4内部为空腔，中央为盛放被测试样的样品室43，样品室43的六面设有方向垂直的管道41；所述管道41内放置有用以传递施压机5所施加的压力同时确保溶液能渗透至被测试样的透水石42。
46.本实施例中，所述透水石42包括与施压机5同一侧的第一透水石421，与位于施压机相对面的第二透水石422；在装置运作时，所述第一透水石421一面与被测试样接触，一面与活塞板6接触，侧面被管道41约束，并能在管道41内同活塞板6一同滑动；所述第二透水石422一面与被测试样接触，一面与水箱壁接触，侧面被管道41约束。被测试样因发生碱骨料反应而释放的膨胀力，通过第一透水石传递给施压机的活动塞，推动透水石与活塞一同滑动；通过第二透水石传递给水箱壁，水箱臂产生反作用力与之相抵消。
47.本实施例中，所述管道41与所述活塞板6设有便于溶液渗入的透水孔8。透水石42与透水孔8的设置使被测试样能充分的与naoh溶液35相接触，以保证试验结果的准确性。
48.本实施例中，所述水箱3上表面呈敞口，所述水箱3侧面开设有供施压机5探入压力室4的开口31，当压力室4放置于水箱3内部时，所述开口31与管道41相连通；所述水箱3内部的侧面设有用于压力室4安装导向的导轨33，所述水箱3内部的下表面设有与压力室4下方管道41相嵌合的限位槽32。具体请参阅图2与图4，水箱3上表面呈敞口，内部设有导轨33和限位槽32，放置压力室4时将压力室4的侧方管道41对准导轨33，将压力室4沿导轨33下滑至水箱3底部，使压力室4底面的管道41能与限位槽32相嵌合，并且施压机5所在面的对应管道41因与水箱3侧面的开口31相连通。施压机5穿过开口31探入压力室4的管道41内，使施压机5前端的活塞板6与管道41内部的透水石42相接触，以向压力室4内的被测试样施加压力。导轨33与限位槽32的设置便于对压力室4进行安装与定位，使压力室4与水箱3的固定关系更稳固。
49.本实施例中，所述密封构件7主体为橡胶材质、锥形、可伸缩的伸缩套71；所述伸缩套71设有与水箱3密封连接的敞口端72，和与活塞板6密封连接的窄口端73。密封构件7的结构具体请参阅图5至图7，所述伸缩套71呈套体褶皱构造，在装置运行的过程中，施压机5有全回收、半顶出、全顶出三种状态，伸缩套71应跟随施压机5的状态进行伸缩，避免水箱3内的溶液渗透出或者泄露，保证装置的密封性。
50.本实施例中，所述伸缩套71的密封连接处设有密封凸条74；所述水箱3、活塞板6与伸缩套71的密封连接处设有与密封凸条74相嵌合的密封凹槽34。具体请参阅图6与图7，通过密封凸条74与密封凹槽34相嵌合，进一步加强密封构件7的密封性。
51.本实施例中，所述敞口端72位于水箱3的外部，所述伸缩套71与活塞板6、水箱3之间通过螺栓75固定连接，所述螺栓75与伸缩套71之间还设有密封压环76，所述敞口端72的密封压环76位于伸缩套71外部，所述窄口端73的密封压环76位于伸缩套71内部。具体请参阅图6与图8，密封套环通过分担螺栓75所施加的应力来进一步提升密封构件7的密封性。施压机5在向前伸出过程中，伸缩套71敞口端72受到方向朝向水箱3内部的拉力，因此伸缩套71的敞口端72设置在水箱3外部，可增强伸缩套71与水箱3之间的密封性。此外将敞口端72的密封压环76设在伸缩套71外部，窄口端73的密封压环76位于伸缩套71内部能避免密封压环76与水箱3内的naoh溶液35直接接触，减少naoh溶液35对密封压环76与螺栓75的腐蚀，提升密封构件7的使用寿命。
52.方法实施例：
53.一种碱骨料活性测定方法，应用到上述的碱骨料活性测定装置，包括以下步骤：
54.s1、采用同批骨料制作多个混凝土试样，分别在不同龄期测试其抗拉强度，得到混凝土抗拉强度发展曲线；
55.s2、采集制作混凝土试样的同批骨料在岩芯取样、破碎等过程中产生的石粉，并进行过筛，得到特定粒径的石粉作为被测试样；
56.s3、将被测试样置于压力室4中，将压力室4固定于水箱3中；
57.s4、向水箱3内注入naoh溶液35，伸出活塞板6，使透水石42接触被测试样，并让被测试样浸透饱和；
58.s5、向压力系统1输入s1得到的抗拉强度曲线，通过施压机5向测试样施加随时间变化的压力；
59.s6、测定每个活塞板6的回缩量，继而得到被测试样在约束力下各个方向的膨胀性。
60.虽然本发明以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。