[发明专利]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

说明书

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℃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φ150mm×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δ_s，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δ_o；

(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ΔT计算所得，参见如下公式(1)：

δ_all＝δ_s+δ_o，    δ＝L·α·ΔT    (1)

最终混凝土试件热膨胀系数可由如下公式(2)计算所得：

α_s＝(δ_all-L_o·α_o·ΔT)/(L_s·ΔT)   (2)

其中：L_o为马口铁桶、测试端头(铁质)总高度，L_s为混凝土试件基准长度300mm，α₀为铁的热膨胀系数。

本发明推荐：恒温水浴温度控制精度0.2℃；位移传感器显示读数1μm。

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8.0×10^-6/℃和9.7×10^-6/℃，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。