[发明专利]一种适用于超低温环境的水泥基材料应变计制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水泥基材料应力应变的测量装置，尤其是涉及一种适用于超低温环境的水泥基材料应变计制作方法。

背景技术

混凝土被广泛用于建造大型液化天然气储罐的外壳，而液化天然气存储温度在-165℃左右，超低温混凝土的研究与监测对于储罐的工作性能的提高具有重大意义。且就力学性能而言，混凝土是绝佳的超低温材料，可以用于建造液化天气燃气储罐的内壳，这使得混凝土超低温监测技术显得尤为重要。

超低温极端环境及超低温-常温大跨度温度范围工况下，各种常温及低温混混凝土应变的方法，但在超低温下电阻应变片失效，不能获取超低温数据。笔者曾用低温电阻应变片测试混凝土超低温应变，但在低于-100℃时，应变片失效。光纤光栅也是常温及低温下测量混凝土应变的方法，但目前受制于光纤光栅低温下灵敏度降低以及啁啾效应等特性，光纤光栅在超低温环境下的应用面临着诸多问题。此外，水泥基材料是一种不均匀的多相复合材料，各相之间热膨胀系数相差较大，内部应力应变状态复杂。在低温下，水泥基材料孔隙水的相变膨胀是一个动态的渐进过程，这也使得材料内部应力应变状态更加复杂，对应变计提出更高的要求，也是目前低温测试领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于超低温环境的水泥基材料应变计制作方法，使得超低温混凝土内应力应变状态的测量与在线监测成为可能，以推进混凝土在超低温构筑物中的广泛使用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于超低温环境的水泥基材料应变计制作方法，所述的应变计用于测量水泥净浆或砂浆的应变，该方法包括以下步骤：

S1，将光纤光栅传感器的元件和光纤光栅温度计预埋于水泥净浆芯样中心，封装水泥净浆芯样，所述的水泥净浆芯样的材料与待测水泥基材料相同或相近；

S2，水泥净浆芯样在标准养护环境中养护3～14天，得到应变计。

一种适用于超低温环境的水泥基材料应变计制作方法，所述的应变计用于测量混凝土的应变，该方法包括以下步骤：

S1，将光纤光栅传感器的元件和光纤光栅温度计预埋于水泥净浆芯样中心，封装水泥净浆芯样，所述的水泥净浆芯样的材料与待测水泥基材料相同或相近；

S2，将水泥净浆芯样放入标准养护环境中养护3天；

S3，将水泥净浆芯样预埋于砂浆中；

S4，砂浆芯样成型拆模后，在标准养护环境中养护3～14天，得到应变计。

所述的水泥净浆芯样为圆柱体。

所述的水泥净浆芯样的直径为0.5～5cm，长度为5～20cm。

所述的标准养护环境的温度为20℃，湿度为90％。

所述的砂浆芯样为圆柱体，砂浆在水泥净浆芯样上覆盖的厚度为0.5～3cm。

所述的光纤光栅元件与水泥净浆芯样直接接触。

上述光纤光栅应变计所用水泥、砂、水灰比及养护条件，优选与被测混凝土相同的原材料及养护条件。

由于光纤光栅传感器在超低温环境中，温度与波长的关系与一般低温不同。上述传感器在出厂时或者首次使用时，应使用T型热电偶或其他精确的超低温温度计对光纤光栅温度计进行温度波长的标定，并给出相关标定曲线，以供测试结果计算。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)优化光纤光栅与被测构件之间接触界面，充分利用不同材料的特性和不同龄期下材料界面的粘结性能，实现接触面的充分接触，保证光纤光栅被材料尽可能的均匀包裹，微观受力均匀，并合理利用水泥净浆的粘结性能，避免采用其他超低温粘结剂引入受力不均，采用与被测物相近的材料制作应变计。

(2)水泥净浆芯样为圆柱体，能较为准确的表征该点的拉压应力状态。

(3)光纤光栅应变计所用水泥、砂、水灰比及养护条件，优选与被测混凝土相同的原材料及养护条件，并适当控制应变计外壳材料养护龄期，最大程度优化传感器外壳的热膨胀性能、弹性模量等材料特性，减小应变计对砂浆、混凝土结构受力情况的影响，使得测量结果更加精确。

(4)净浆是水泥与水的混合物，砂浆在此基础上增加了砂，混凝土在此接触上增加了石子。砂、石为骨料，对水泥基材料力学性能、热工性能(热膨胀系数)影响较大，此外对界面的粘结性能也有影响。在混凝土与净浆中增加砂浆这一过渡界面，以减小混凝土与净浆之间各项性能的差异对测试结果的影响，也增强了界面粘结强度。