[发明专利]用于各种环境温度下混凝土早期变形的检测装置及方法

权利要求书

1.一种用于各种环境温度下混凝土早期变形检测装置实现的检测方法，用于各种环境温度下混凝土早期变形检测装置包括容器(1)、顶盖(2)、弹性囊(3)、薄壁刚性浮子(4)、压力传感器(5)、管体(6)和上盖(7)，所述容器(1)内设置有弹性囊(3)，弹性囊(3)内设置有混凝土(10)，容器(1)和弹性囊(3)之间填充有冷冻液(11)，所述容器(1)的上端为敞口端，顶盖(2)可拆卸连接在容器(1)的敞口端处，管体(6)竖直设置在顶盖(2)上，管体(6)的下端与容器(1)的内部相连通，管体(6)的上端可拆卸连接有上盖(7)，薄壁刚性浮子(4)设置在管体(6)内且二者之间间隙配合，薄壁刚性浮子(4)的上端通过压力传感器(5)与上盖(7)固定连接，薄壁刚性浮子(4)的下端插设在冷冻液(11)中；

薄壁刚性浮子(4)的上端粘结在压力传感器(5)上，薄壁刚性浮子(4)为HDPE或MDPE制成的空心管体，薄壁刚性浮子(4)的下端为密封端，薄壁刚性浮子(4)的壁厚为1mm；

冷冻液(11)配合设置有第一温度传感器(9-1)，第一温度传感器(9-1)的探头穿过上盖(7)或/和顶盖(2)设置在冷冻液(11)中，混凝土(10)配合设置有第二温度传感器(9-2)，第二温度传感器(9-2)的探头穿过弹性囊(3)设置在混凝土(10)中；

顶盖(2)上设置有若干个销爪组件(12)，顶盖(2)通过若干个销爪组件(12)与容器(1)的外壁可拆卸连接；

顶盖(2)上加工有两个进出液口，每个进出液口处设置有一个阀门(13)；

其特征在于：通过混凝土(10)受温度影响膨胀挤压冷冻液(11)，使冷冻液(11)被压进薄壁刚性浮子(4)与管体(6)之间间隙内，从而薄壁刚性浮子(4)受到的浮力增大，根据压力传感器(5)监测到薄壁刚性浮子(4)受到的浮力变化，计算获得混凝土(10)的冻胀体积变化量，从而实现定量评价不同温度区间内混凝土的早期变形过程；

该检测方法包括以下具体四个步骤：

步骤一：获取冷冻液(11)温度体积变形系数α：根据混凝土变形试验要求的负温环境温度，选择冰点低于负温环境温度T₁的冷冻液(11)，将常温条件T₀下冷冻液(11)注满容器(1)和管体(6)，在管体(6)上安装带有薄壁刚性浮子(4)的上盖(7)，通过旋拧上盖(7)使薄壁刚性浮子(4)和管体(6)之间的冷冻液(11)的高度上升至某一高度值，通过压力传感器(5)记录薄壁刚性浮子(4)受到的初始浮力值F₀，

记录加入冷冻液(11)的质量M_L0，根据常温冷冻液(11)的密度即可计算加入冷冻液(11)的初始体积V_L0，将检测装置置于负温环境T₁中，由于冷冻液(11)的热胀冷缩性质，冷冻液(11)体积随着降温ΔT＝T₁―T₀减小，与薄壁刚性浮子(4)固接的压力传感器的力值F₁也随之变化，当温度为T₁时，浮力的变化为ΔF_L＝F₁―F₀，冷冻液(11)温度体积变形系数计算公式α＝ΔF_L/(ρgV_L0×ΔT)；

步骤二：混凝土(10)的准备工作：在20℃的温度环境下，模拟实际施工条件，将新拌的混凝土(10)装入弹性囊(3)中，确保混凝土(10)与弹性囊(3)的内壁相贴紧，称取装入弹性囊(3)内混凝土(10)的重量M₀，根据混凝土(10)的容重计算出混凝土(10)的初始体积V₀；上述过程中通过注射器从弹性囊(3)中抽出多余空气，使混凝土(10)与弹性囊(3)的内壁之间形成全壁贴紧过程；

步骤三：获取薄壁刚性浮子(4)的初始浮力值F_c0：在20℃的温度环境下，将装有混凝土(10)的弹性囊(3)放入容器(1)中，在容器(1)中注入冷冻液(11)，注入高度为确保冷冻液(11)包裹弹性囊(3)的整个外壁为止，再加盖顶盖(2)，在顶盖(2)上安装管体(6)，从管体(6)内继续注入冷冻液(11)，将带有薄壁刚性浮子(4)的上盖(7)安装在管体(6)上，将薄壁刚性浮子(4)的下端插入冷冻液(11)中后，旋拧上盖(7)使其安装在管体(6)上，通过旋拧上盖(7)使薄壁刚性浮子(4)和管体(6)之间的冷冻液(11)的高度上升，通过压力传感器(5)记录薄壁刚性浮子(4)受到的初始浮力值F_c0，根据F＝ρg×V_液排，计算此时初始排液体积V_lp0，常温下20℃冷冻液(11)密度为ρ₀；

步骤四：测量和计算工作：将检测装置置于-30～+50℃的温度环境中，随着温度的升降，混凝土(10)先经历热胀或冷缩后，负温环境的混凝土(10)会再经历结冰膨胀的变形，随着冷冻液(11)液面升降的变化，压力传感器(5)测量得到F_T值随之变化，经过8～16小时后，当环境温度T恒定、冷冻液(11)液面停止运动处于静止状态时，即从压力传感器(5)监测最大压力值F_T，冷冻液(11)密度为ρ_T，混凝土(10)体积变化量计算过程为：

20℃时冷冻液(11)的密度：ρ₀＝M_L1/V_L1

20℃时压力传感器(5)记录的力值：F_c0＝ρ₀g×V_lp0

20℃时薄壁刚性浮子(4)排液体积：V_lp0＝F_c0/ρ₀g

温度T时冷冻液(11)的体积：V_LT＝V_L1×(1+αΔT)

温度T时冷冻液(11)的密度：ρ_T＝M_L1/V_LT

温度T时压力传感器(5)记录的力值：F_T＝ρ_Tg×V_lpT

温度T时，薄壁刚性浮子(4)排液体积V_lpT＝F_T/ρ_Tg

温度T时薄壁刚性浮子(4)排液体积的变化：ΔV_F＝V_lpT-V_lp0

温度T时冷冻液(11)的体积的变化：ΔV_LT＝V_L1×αΔT

温度T时混凝土(10)体积的变化ΔV＝ΔV_F―ΔV_LT

计算获得混凝土(10)的体积变化量ΔV后，最终计算得到混凝土(10)冻胀的体积变化率ΔV/V₀。