水泥基材料变形、湿度场、失水量综合测量装置及测量方法与流程

1.本发明涉及土木工程材料领域，尤其涉及水泥基材料变形、湿度场、失水量综合测量装置及测量方法。


背景技术：

2.水泥基材料收缩开裂与水泥基材料变形、湿度场变化以及向环境中散失水分密切相关。如早龄期时，水泥基材料表面不断向环境中失水，在水泥基材料内部形成湿度梯度，使材料产生干燥收缩，当收缩变形过大时，会使材料产生裂缝，大大降低材料耐久性和安全性。因此，测量水泥基材料变形、湿度场和失水量是研究水泥基材料抗裂性能的重要手段。
3.目前关于水泥基材料变形的测量方法较多，湿度场和失水量的测量方法相对较少，但还尚未有能同步测量变形、湿度场和失水量的装置和方法。变形、湿度场和失水量分开测量时，试验工作量大、设备复杂且搬运困难、试验方案单一，更重要的不足在于：(1)变形、湿度场和失水量存在内在的关联关系，由于水泥基材料是非均匀材料，同时影响变形、湿度场和失水量的因素众多(如环境条件、原材料变化等)，相同配比但不同批次搅拌成型的材料性能存在一定差异，若不能同步测量变形、湿度场和失水量，则试验结果的准确性受到较大影响；(2)难以实时观察和分析变形、湿度场和失水量数据；(3)受限时工程现场条件，分开测量难以进行工程现场同条件对比测量。由于变形、湿度场和失水量的测量对精度有严格要求，同步测量变形、湿度场和失水量难点主要有：避免测量系统间相互影响降低测量精度，避免测量设备过于复杂致使操作不便。
4.综上可知，由于现有测量装置的缺点和不足，如何同步测量变形、湿度场和失水量，深入研究变形、湿度场和失水量之间的关系，实现工程现场同条件试验，提升水泥基材料耐久性，是本领域中亟需解决的难题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明即针对以上水泥基材料变形、湿度场、失水量测量的现状和问题，提出一种新型的水泥基材料变形、湿度场、失水量测量装置，包括：
6.试验箱，包括：箱体、箱体盖、试件槽、试件模具、位移传感器数据接口、环境监测系统数据接口、螺栓孔、移动轮、拉杆、把手、显示器、控制器、水准泡，用于浇筑试件和集成位移测量系统、湿度测量系统、环境监测系统、质量测量系统和控制及分析系统；所述试件槽共有3个，3个试件槽尺寸相同，并行设置在箱体的顶面左侧设置；所述位移传感器数据接口、螺栓孔布置在箱体的顶面在试件槽之间及上侧的边缘位置；所述螺栓孔共有22个，分别用于固定位移传感器支架、标靶支架和环境监测传感器；所述显示器安装在箱体的顶面右侧，用于显示和操作位移测量系统、湿度测量系统、环境监测系统和质量测量系统的测量数据；所述控制器安装在显示器底部，用于控制和分析位移测量系统、湿度测量系统、环境监测系统和质量测量系统；所述水准泡安装在箱体的顶面下侧中间位置，用于调整箱体使箱体水平状态；所述箱盖在箱体后面通过可拆卸铰链与箱体连接，在箱体正面通过锁扣与箱
体连接；所述箱盖内侧设有凹槽，凹槽内衬有海绵和弹性松紧带，用于搬运时放置和固定各类传感器和试验工具；所述箱盖可与箱体分离，可作为临时工具箱使用；所述拉杆安装在试验箱底面沿长度方向中心位置，可从试验箱右面拉出；所述把手共有2个，分别安装在试验箱正面和右面中心位置；所述移动轮共有4个，对称安装在试验箱左面；所述试件模具共有3个，3个试件模具尺寸相同，用于盛放新拌水泥基材料，振捣后放在试件槽里；
7.位移测量系统，包括：位移传感器、位移传感器标靶、位移传感器支架、标靶支架、位移数据线系统，用于测量水泥基材料变形；所述位移传感器支架共有6个，使用时通过螺栓孔固定在箱体上，每个试件槽沿长度方向同一侧分别安装2个位移传感器支架；所述位移数据线系统包括位移传感器与位移传感器数据接口间的数据线、位移传感器数据接口与控制器间的数据线；所述位移传感器为非接触式位移传感器，使用时安装在位移传感器支架上，并通过数据线与试验箱上的位移传感器数据接口相连接；所述标靶支架共有6个，通过螺栓孔固定在箱体上，每个试件槽沿长度方向同一侧分别安装2个标靶支架，标靶支架与位移传感器支架相对应，用于在水泥基材料凝结硬化前固定位移传感器标靶；所述位移传感器标靶在水泥基材料浇筑时预埋在水泥基材料中，在试件模具放在试件槽后，先用标靶支架固定，待水泥基材料凝结后，撤去标靶支架；
8.温湿度测量系统，包括：温湿度传感器、预埋管、预埋管固定支架，用于测量水泥基材料内部相对湿度；所述预埋管固定支架共有9个，使用时通过螺栓孔固定在箱体上，每个试件槽沿长度方向同一侧分别安装3个预埋管固定支架；所述预埋管在水泥基材料浇筑时预埋在水泥基材料中，根据试验需要，预埋不同的深度，在试件模具放在试件槽后，先用预埋管固定支架固定，待水泥基材料凝结后，撤去预埋管固定支架；所述预埋管底部有一道预切口，用于使管内环境温湿度与管底部位置的水泥基材料相同；所述温湿度传感器为无线传感器，在试件模具放在试件槽后，将温湿度传感器插入预埋管中开始测量；
9.质量测量系统，包括：称盘、质量数据线系统，用于测量水泥基材料质量；所述称盘共有3个，安装在试件槽底部，用于监测试件模具内的水泥基材料质量变化；所述质量数据线系统用于把称盘采集的数据传输给控制系统。
10.环境监测系统，包括：环境温湿度传感器、风速仪、光照计、环境监测数据线系统，用于监测环境温度、湿度、光照强度和风速；所述环境监测系统将环境温湿度传感器、风速仪、光照计集成为一个传感器，使用时通过螺栓孔固定在箱体上；所述环境监测数据线系统用于把环境监测系统采集的数据传输给控制器；
11.控制及分析系统，用于采集各测量系统数据、设置系统参数、分析数据和数据输出；所述控制及分析系统，集成在控制器内。
12.优选的，试件槽长度为500～600mm，宽度为110～120mm，深度为110mm；
13.优选的，试件模具内部深100mm，内部宽100mm，长度小于试件槽，每个试件模具宽度方向顶面安装有两个把手。
14.优选的，质量测量系统精度大于1g，每个称盘量程大于20kg。
15.优选的，控制器、位移数据线系统、质量数据线系统、环境监测数据线系统均安装在箱体内部。
16.本发明还提供水泥基材料变形、湿度场、失水量综合测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
17.s1、放置好箱体，利用水准泡将箱体调平，安装环境监测系统；
18.s2、在试件模具底部铺一层聚四氟乙烯薄片，试件模具四周分别放置一块薄板，再在试件模具内衬一层塑料薄膜，在塑料薄膜内浇筑新拌水泥基材料；
19.s3、根据试验需要确定是否预埋位移传感器标靶和预埋管，确定预埋位移传感器标靶位置，确定预埋管数量、位置和深度，并进行预埋；
20.s4、将振捣完的试件模具放置在试件槽内，安装位移传感器支架、标靶支架、预埋管固定支架，并固定好位移传感器、位移传感器标靶和预埋管；安装好预埋管后，将温湿度传感器插入预埋管；
21.s5、根据试验需要，设置位移测量系统、湿度测量系统、环境监测系统和质量测量系统参数，开始采集数据；
22.s6、缓慢抽动试件模具四周的薄板时，若水泥基材料发生坍踏，则停止抽动薄板；若水泥基材料不坍踏，则抽出试件模具内所有的薄板；
23.s7、拆除所有标靶支架和预埋管固定支架；
24.s8、数据采集至试验设计龄期后，停止所有测量系统，导出试验数据，将所有传感器、支架、数据线放在箱盖对应的凹槽内，并用弹性松紧带固定，在箱体上盖上箱盖并锁好，至此试验结束。
25.优选的，步骤s2中，在浇筑水泥基材料后，若在水泥基材料上表面铺上一层塑料薄膜，则测量的是密封条件下的数据；若未铺塑料薄膜，则测量的是干燥条件下的数据。可根据需要，对3个试件进行选择性铺塑料薄膜，也可对3个试件先都铺上塑料薄膜，然后分别在不同龄期揭开塑料薄膜。
26.相较于现有测量装置和测量方法，本发明的有益效果是：
27.1、本发明实现了在同一试件上同步测量水泥基材料变形、湿度场、失水量，避免了由于试件差异，在不同试件上分别测量变形、湿度场、失水量时导致试验结果不准确；
28.2、本发明采用非接触式位移传感器和无线温湿度传感器，解决了测量系统间相互影响的难题，大大简化了测量设备，避免了多个系统集成测量时，数据线过多导致相互缠绕；
29.3、本发明提供的测量装置携带方便，实现了在工程现场同条件测量水泥基材料变形、湿度场、失水量；
30.4、本发明提供的测量方法简便，可实现多种测量方案，如：(1)通过控制揭开试件表面和侧面薄膜密封时间，研究密封时长和干燥面数量对材料变形、湿度场、失水量的影响；(2)不同强度等级的水泥基材料在同条件下变形、湿度场、失水量的测量数据对比等；
31.5、本发明也可以根据试验需要，选择性地测量其中一项或两项，大大减小了试验工作量。
附图说明
32.图1是箱体顶面俯视图
33.图2是试验箱正视图
34.图3是环境监测集成传感器
35.图4是试件模具正视图
36.图5是预埋管示意图
37.图中：1、箱体；2、箱盖；3、试件槽；4、位移传感器数据接口；5、环境监测系统数据接口；6、螺栓孔；7、移动轮；8、拉杆；9、把手；10、显示器；11、测量数据输出接口；12、电源开关；13、水准泡；14、试件模具；15、位移传感器；16、位移传感器标靶；17、位移传感器支架；18、位移数据线；19、温湿度传感器；20、称盘；21、环境温湿度传感器；22、光照计；23、风速计；24、锁扣
具体实施方式
38.下面将参考附图来描述本发明所述的水泥基材料变形、湿度场、失水量综合测量装置及测量方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
39.请参阅图1-5所示，水泥基材料变形、湿度场、失水量综合测量装置，包括：试验箱(图2)、位移测量系统、湿度测量系统、环境监测系统(图3)和质量测量系统；
40.试验箱包括：箱体1、箱体盖2、试件槽2、试件模具14、位移传感器数据接口4、环境监测系统数据接口5、螺栓孔6、移动轮7、拉杆8、把手9、显示器10、水准泡13；试件槽2共有3个，3个试件槽尺寸相同，槽长度为500～600mm，宽度为110～120mm，深度为110mm，并行设置在箱体的顶面左侧设置；位移传感器数据接口4、螺栓孔6布置在箱体的顶面在试件槽之间及上侧的边缘位置；螺栓孔6共有25个，分别用于固定位移传感器支架17、标靶支架25和环境监测传感器(图3)；显示器10安装在箱体的顶面右侧，用于显示和操作位移测量系统、湿度测量系统、环境监测系统和质量测量系统的测量数据；显示器底部安装控制器，用于控制和分析位移测量系统、湿度测量系统、环境监测系统和质量测量系统；水准泡13安装在箱体的顶面下侧中间位置，用于调整箱体使箱体水平状态；箱盖2在箱体后面通过可拆卸铰链与箱体连接，在箱体正面通过锁扣24与箱体1连接；箱盖2内侧设有凹槽，凹槽内衬有海绵和弹性松紧带，用于搬运时放置和固定各类传感器和试验工具，箱盖2可与箱体1分离，可作为临时工具箱使用；拉杆8安装在试验箱底面沿长度方向中心位置，可从试验箱右面拉出；把手9共有2个，分别安装在试验箱(图2)正面和右面中心位置；移动轮7共有4个，对称安装在试验箱(图2)左面；试件模具14共有3个，3个试件模具尺寸相同，内部深100mm，内部宽100mm，长度小于试件槽，每个试件模具14宽度方向顶面安装有两个把手，用于盛放新拌水泥基材料，振捣后放在试件槽里；
41.位移测量系统，包括：位移传感器15、位移传感器标靶16、位移传感器支架17、标靶支架25、位移数据线系统，用于测量水泥基材料变形；位移传感器17支架共有6个，使用时通过螺栓孔6固定在箱体上，每个试件槽3沿长度方向同一侧分别安装2个位移传感器17支架；位移数据线系统包括位移传感器与位移传感器数据接口间的数据线18、位移传感器数据接口与控制器间的数据线；位移传感器15为非接触式位移传感器，使用时安装在位移传感器支架17上，并通过数据线与试验箱上的位移传感器数据接口相连接；标靶支架25共有6个，通过螺栓孔6固定在箱体1上，每个试件槽3沿长度方向同一侧分别安装2个标靶支架25，标靶支架25与位移传感器支架17相对应，用于在水泥基材料凝结硬化前固定位移传感器标靶
16；位移传感器标靶16在水泥基材料浇筑时预埋在水泥基材料中，在试件模具14放在试件槽3后，先用标靶支架25固定，待水泥基材料凝结后，撤去标靶支架25；
42.温湿度测量系统，包括：温湿度传感器19、预埋管(图5)、预埋管固定支架，用于测量水泥基材料内部相对湿度；预埋管固定支架共有9个，使用时通过螺栓孔6固定在箱体上，每个试件槽3沿长度方向同一侧分别安装3个预埋管固定支架；预埋管(图5)在水泥基材料浇筑时预埋在水泥基材料中，根据试验需要，预埋不同的深度，在试件模具14放在试件槽3后，先用预埋管固定支架固定，待水泥基材料凝结后，撤去预埋管固定支架；预埋管(图5)底部有一道预切口，用于使管内环境温湿度与管底部位置的水泥基材料相同；温湿度传感器19为无线传感器，在试件模具14放在试件槽3后，将温湿度传感器插入预埋管(图5)中开始测量；
43.质量测量系统，包括：称盘20、质量数据线系统，用于测量水泥基材料质量；称盘20共有3个，安装在试件槽3底部，精度大于1g，每个称盘量程大于20kg，用于监测试件模具14内的水泥基材料质量变化；质量数据线系统用于把称盘采集的数据传输给控制系统。
44.环境监测系统，包括：环境温湿度传感器21、风速仪23、光照计22、环境监测数据线系统，用于监测环境温度、湿度、光照强度和风速；环境监测系统将环境温湿度传感器21、风速仪23、光照计22集成为一个传感器(图3)，使用时通过螺栓孔6固定在箱体1上；环境监测数据线系统用于把环境监测系统采集的数据传输给控制器；
45.控制及分析系统，用于采集各测量系统数据、设置系统参数、分析数据和数据输出；控制及分析系统，集成在控制器内，测量数据通过输出接口11输出数据。控制器、位移数据线系统、质量数据线系统、环境监测数据线系统均安装在箱体内部。
46.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。