[发明专利]水泥基材料膨胀/收缩应力测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥基材料膨胀/收缩应力测试装置，可以评价用于配制补偿收缩混 凝土的膨胀剂膨胀效果，属于水泥基材料测试技术领域。

背景技术

补偿收缩混凝土是指在混凝土中掺用膨胀剂或用膨胀水泥，在一定约束条件下，产 生适度膨胀且产生一定的自应力的混凝土。主要用于结构自防水、填充性膨胀二期工程、 延长建筑物伸缩缝或后浇带间距的连续浇筑的钢筋混凝土工程以及大体积混凝土工程。 膨胀成分依靠本身的化学反应或与水泥其他成分反应，在混凝土硬化过程中产生一定的 限制膨胀补偿或部分补偿混凝土硬化过程中的收缩。

补偿收缩混凝土配制的关键技术是掺用膨胀剂，产生膨胀，并在一定的约束条件下 产生膨胀压应力，以补偿在干燥条件下由于收缩产生的拉应力，提高混凝土的抗裂性。 在目前评价膨胀剂补偿收缩的效果上，主要还是采用在一定的配合比和养护条件下测试 掺入膨胀剂的水泥净浆、砂浆、混凝土的膨胀/收缩变形量，来比较和评判不同膨胀剂的 效果，如JC 476《混凝土膨胀剂》标准规定了通过测试掺入一定量的膨胀剂的限制胶砂 试件，通过测试20℃水中养护7d的限制膨胀率和相对湿度65％的空气中的干缩变形， 来评判和比较不同膨胀剂的优劣；专利00261525.8”水泥砂浆膨胀收缩测量仪”和专利 0324493.1“混凝土限制膨胀收缩装置”提出了专门用于测试水泥砂浆和混凝土限制收缩 的方法。这些测试装置和评价方法在一定程度上可以反映出不同膨胀剂膨胀效能的大小。 但是，由于水泥混凝土的一种具有时变特征的弹塑性材料。其杨氏模量和徐变参数均会 随着时间而演变，在水化硬化的早龄期，模量相对较小，而徐变松弛特征明显，膨胀效 能由于应力松弛而消耗，因此大膨胀值不一定产生大的膨胀压应力；反之，当水泥的水 化硬化达到一定的程度后，模量增长显著，徐变松弛行为减弱，约束条件下较小的膨胀 值也可能产生大的膨胀压应力。因此，从评估开裂风险的角度，单纯测试膨胀/收缩值 来评价膨胀剂的膨胀效能是不够的，更加科学的评价方法是测试出膨胀/收缩应力，以正 确反映膨胀剂的膨胀效能。

作为一种弹塑性材料，约束条件下由于变形产生的应力本身并不能够直接测量，通 常采用的方法大多是测量约束条件下的限制变形，并进一步通过力学分析来计算应力。 约束条件不同，力学分析的模型不同，都有可能给计算结果的精度带来显著的影响。轴 约束试验方法是通过约束混凝土条形试件的轴向变形和测量试件的应力来检测试件在不 同条件下的开裂行为。如德国慕尼黑工业大学研制的开裂试验架和后来发展的温度应力 试验机，通过对混凝土试件自成型开始的应变实时监测，并通过步进电机复位，从而提 供近似100％的约束，相应的膨胀/收缩应力也可以通过安装在步进电机上面的力传感器 同步测试出来。这种方法能够综合、全面地反映混凝土材料的应力应变特性，也可以用 于科学评价膨胀剂的膨胀效能。但是，这种方法设备一次性投资很大，操作复杂，未能 在工程实践中推广应用。专利200310117098.0公布了一种简易的水泥砂浆、混凝土收缩 应力测试方法和装置，其中装置如图1所示，其中1为约束钢筋、2为滑移套管、3为约 束端板、4为锚固件、5为球形测头、6为约束区、7为裂缝观察区。混凝土浇筑在钢筋 骨架中，与钢筋骨架一起变形，通过测试两端钉头的变形来计算膨胀/收缩应力，应力σ 的计算过程如下：

σ=ϵ×E×πD24×(A-πD24)]]>

其中：E是“混凝土限制膨胀收缩装置”内设限制钢筋的弹性模量；弹性模量取2.0 ×10⁵MPa；

D是上述限制钢筋的直径；

A是“混凝土限制膨胀收缩装置”的横截面面积；

ε是在规定测量时间测试的“混凝土限制膨胀收缩装置”的变形量。