[发明专利]一种用于水泥混凝土早期冻胀变形的测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程材料应用技术领域，尤其涉及一种用于水泥混凝土早期冻胀变形的测试装置及方法。

背景技术

水泥混凝土是目前使用最为广泛的土木工程材料，力学强度与体积稳定性是影响这类材料工程应用的最重要性能指标。众所周知，混凝土之所以具有较高强度是由于其中的水泥颗粒与水发生水化反应，而水泥水化反应需要液态水的存在和较长时间养护才能达到设计强度要求；同时，低温环境条件下即便有液态水的存在，水泥水化反应速率也会显著降低，强度增长缓慢。因此，当新拌混凝土处于未经预养护、预养护时间不足、气温急剧下降等条件下受到低温环境作用时，由于水泥石结构尚未完全形成导致混凝土中存在大量可冻结的自由水，而且水泥石强度较低不足以抵抗自由水冻结产生的膨胀力，便会导致混凝土中微裂缝形成扩展而影响混凝土强度和长期性能发展。为了预防混凝土早期受冻破坏，大量研究与实际应用中主要通过掺入防冻剂降低水的冰点、掺早强剂加速水泥水化和强度发展、外部保温养护或额外提供热源以避免或延迟混凝土中自由水冻结等措施加以防范。即便如此，实际工程应用中也会常常出现混凝土早期受冻破坏的现象，因此预防早期冻害是严寒地区混凝土材料领域的重要研究课题。综合国家标准和相关文献，国内外目前普遍采用受冻后继续标准养护混凝土的抗压强度损失率、超声波传播速率和动弹性模量变化等测试方法与指标评价早期冻害对混凝土的不利影响。这些评价方法存在测试过程繁琐、实验工作量大、测试周期长、测试结果受实验操作者与实验环境条件影响大而精度较差等不足之处。同时，从混凝土早期冻害的机理分析，受冻害程度主要与混凝土受冻过程中的体积膨胀量直接相关，因而可以通过监测混凝土早期受冻体积膨胀率来评价冻害破坏程度，目前国内外尚未有关于这方面的测试方法。

发明内容

本发明在于克服背景技术中存在的目前混凝土早期冻害损伤测试方法存在测试过程繁琐、测试结果受实验操作者与环境温度影响大而精度较差的问题，从而提供一种用于水泥混凝土早期冻胀变形的测试装置。该用于水泥混凝土早期冻胀变形的测试装置，可以用于实时监测混凝土受冻体积变形的测试，操作简单、快捷、精度高。本发明还提供一种用于水泥混凝土早期冻胀变形的测试方法。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种用于水泥混凝土早期冻胀变形的测试装置，包括容器，所述容器为带有空腔的双层容器，容器内装有冷冻液，冷冻液中置有橡胶密封袋，橡胶密封袋内装有测试的混凝土样品；容器外壁的上部和下部分别设有进口阀和出口阀，容器的顶部设有密封盖；密封盖的中心位置处设有圆形孔洞，孔洞内穿有缆绳，缆绳一端系于橡胶密封袋的上端口处；缆绳另一端通过滑轮A、滑轮B连接在容器B的上端；滑轮A、滑轮B分别通过两个连接杆水平平行固定在横杆下部，横杆的一端连接竖杆上端，竖杆下端固定在底板上，底板上置有容器C、容器A；容器B下部浸在容器C中的水面以下。

本发明还提供一种用于不同温度下水泥混凝土冻胀变形的测试方法，包括以下步骤：

1）将测试的混凝土样品装入柔性橡胶密封袋中，并反复摇晃保证混凝土与橡胶密封袋内壁充分接触而不形成空气层，测试的混凝土样品装满后将橡胶密封袋入口处用钢丝扎紧，使外界空气和溶液与混凝土样品完全隔绝；放置在恒温室中待用；

2）将容器A外壁上的进口阀和出口阀分别与负温恒温箱连接，使设定温度的流体介质在容器A的腔体中循环流动；在容器A的内筒中装入设定温度的冷冻液；

3）称量装有混凝土样品的柔性橡胶密封袋的质量，并将缆绳的一端固定在密封袋的上部，在容器B中装入一定质量的砂子，使砂子与容器B的质量总和相当于装有混凝土样品的柔性密封袋在冷冻液中的质量；

4）待混凝土达到一定养护时间后，将装有混凝土的柔性橡胶密封袋缓缓放入到冷冻液中，并将缆绳穿过圆形孔洞，绕过滑轮A、滑轮B，将缆绳的另一端固结在装有一定量砂子的容器B的顶部，关闭密封盖；

5）继续向容器B中加入细砂，直至滑轮A和滑轮B下部连结的缆绳基本相等，也即容器B和橡胶密封袋的顶部处于相同高度，记录下此时容器C中水的液面高度为H₀；

6）随着装有混凝土的密封袋在冷冻液中浸泡时间的延长，混凝土孔隙中的自由水逐渐开始冻结膨胀，引起柔性的橡胶密封袋的外观体积逐渐变大，导致橡胶密封袋所受浮力增大而上浮，因而缆绳向容器B一侧缓慢偏移；