專利名稱：溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法
技術領域：
本發明涉及道路工程領域，具體地說是一種溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法。
背景技術：
在我國高等級公路中，水泥混凝土材料得到廣泛應用，但工程實踐表明水泥混凝土路面開裂和接縫張開比較嚴重，降低了水泥混凝土路面的使用性能。水泥混凝土路面開裂和接縫張開是引起路面唧泥、錯臺、斷板等病害的主要原因。在連續配筋水泥混凝土路面配筋率計算和普通水泥混凝土路面接縫間距設計中，水泥混凝土的膨脹系數采用查閱規范參考值的方法。由于集料膨脹系數的差異導致水泥混凝土材料膨脹系數不盡相同，選取的膨脹系數參考值與水泥混凝土的實際膨脹系數有一定差異，無法保證配筋計算和接縫間距設計的準確性和可靠性。在試驗室設計評價中，水泥混凝土材料僅以材料組成、抗壓強度、·抗折強度等簡單指標作為設計標準，沒有深入進行路面實際環境條件下水泥混凝土的體積參數的測試。現有連續配筋水泥混凝土路面配筋計算和普通混凝土接縫間距設計中試圖采用查閱參考值的方法來確定水泥混凝土的膨脹系數，并以此膨脹系數值作為水泥混凝土路面裂縫張開量計算的依據。由于集料膨脹系數的差異、水泥混凝土配合比不同、水泥混凝土水灰比差異等原因，無從得知選取的參考膨脹系數值與實際膨脹系數的差異，亦無法保證配筋計算和接縫間距設計結果的準確性和可靠性。另一個重要問題是，已硬化水泥混凝土材料的體積變化是環境溫度和濕度綜合作用的結果，現有的材料膨脹系數試驗方法無法得到溫濕度耦合作用下水泥混凝土體積參數的變化規律。因此，水泥混凝土材料在實際環境條件下的膨脹系數一直未得到明確和驗證，水泥混凝土路面的裂縫張開過大引起的損壞問題也一直困擾我國工程技術人員。

發明內容
本發明的技術任務是針對上述現有技術的不足，提供一種溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法。利用該方法可獲得準確可靠的溫濕度耦合作用下水泥混凝土膨脹系數和水泥混凝土隨自然環境溫濕度條件變化的變形規律。本發明的技術任務是按以下方式實現的溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法，其特點是將振弦式混凝土應變計安裝在測量筒中心，并在測量筒中注入路面混凝土，然后將測量筒安裝在水泥混凝土面層中1/2厚度處，通過測量筒中的混凝土在非應力狀態下隨路面混凝土溫濕度條件變化而發生的體積變化確定路面混凝土在溫濕度耦合作用下的線膨脹系數。在混凝土應變計脹縮變形數據采集的同時，采集到水泥混凝土路面在自然環境中真實的溫濕度變化規律，并據此確定連續配筋水泥混凝土路面縱向鋼筋配筋率計算和普通水泥混凝土路面接縫間距設計中混凝土真實的膨脹系數。上述方法包括以下步驟
a)制作測量筒所述測量筒包括溫度條件測量筒及溫濕度耦合條件測量筒
所述溫度條件測量筒主要由硬質外筒體、軟質內筒體、棉氈層及端封構成，軟質內筒體插接于硬質外筒體內側，棉氈層與軟質內筒體內壁相粘貼，兩個端封分別用于硬質外筒體兩端的密封；
所述溫濕度耦合條件測量筒主要由硬質外筒體、軟質內筒體、棉氈層及端封構成,硬質外筒體側壁上開有若干透氣孔，軟質內筒體插接于硬質外筒體內側，棉氈層與軟質內筒體內壁相粘貼，兩個端封分別用于硬質外筒體兩端的密封；
b)振弦式混凝土應變計安裝
在澆筑路面混凝土的同時，分別在步驟a)所述兩測量筒中注入混凝土，并將振弦式混凝土應變計放置于測量筒內中心處，振動密實后利用端封密封測量筒端部，應變計信號線 從端封中心導出；
將兩個測量筒水平固定于混凝土面層1/2厚度處，然后再用混凝土將測量筒上部覆蓋，并振動密實，同時將應變計信號線從混凝土路面中預留的孔道中引出，接采集器接線端子;
溫濕度耦合條件測量筒中的振弦式混凝土應變計編號為A，溫度條件測量筒中的振弦式混凝土應變計編號為B ；
c)水泥混凝土溫濕度傳感器安裝 在水泥混凝土路面內部安裝溫濕度傳感器；
d)水泥混凝土溫濕度測試
測定路面水泥混凝土的溫濕度隨時間的變化過程；
e)水泥混凝土脹縮變形測試
在進行步驟d)的同時采集相應溫濕度條件下A振弦式混凝土應變計的應變值和相應溫度條件下B振弦式混凝土應變計的應變值，即水泥混凝土的脹縮應變；
e)重復步驟d)和e)得到不同溫濕度耦合條件下A、B振弦式混凝土應變計的應變值，即水泥混凝土的脹縮應變；
f)對試驗數據進行處理，得到水泥混凝土在溫濕度耦合作用下的膨脹系數。步驟a)中所述測量筒優選為圓筒，硬質外筒體的內徑為l(Tl5cm。步驟a)中所述硬質外筒體上透氣孔沿圓筒軸向間距優選為3 5cm、沿圓弧面間距優選為3 6cm。為了增加測量數據的準確性，步驟b)中水平固定兩測量筒時，測量筒軸線可以與水泥混凝土路面長度方向相平行。步驟c)中，優選在水泥混凝土路面內部距離頂面1/4面層厚、1/2面層厚、3/4面層厚、面層底面處同一鉛垂線上安裝4個溫濕度傳感器。本發明的溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法與現有技術相比具有以下突出的有益效果
(一)以特定的傳感器安裝位置及方法實現了溫濕度耦合作用下的膨脹系數測試方法，填補了國內路面現場溫濕度耦合作用下水泥混凝土膨脹系數測試方法的空白；
(二)解決了水泥混凝土材料在現場環境下隨溫濕度變化的變形規律測試問題；
(三)測量方法操作簡單、數據準確、易于實現。


附圖I是溫度條件測量筒結構示意 附圖2是溫濕度耦合條件測量筒結構示意 附圖3是本發明測試方法原理示意 附圖4是實施例中溫濕度耦合作用一應變線性關系 附圖5是實施例中溫度一應變一元線性關系圖。
具體實施例方式參照說明書附圖以具體實施例對本發明的溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法作以下詳細地說明。實施例
本發明的溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法是將振弦式混凝土應變計安裝在測量筒中心，并在測量筒中注入路面混凝土，然后將圓筒安裝在水泥混凝土面層中1/2厚度處，通過與路面混凝土相同溫濕度條件下的圓筒中混凝土的應變變化確定路面混凝土在溫濕度耦合作用下的線膨脹系數。具體的，該方法包括以下步驟
a)制作混凝土應變計安裝所需測量筒(溫度條件測量筒及溫濕度耦合條件測量筒)如附圖I所示，溫度條件測量筒主要由硬質外筒體I、軟質內筒體2、棉氈層3及端封4構成。取直徑11cm、長為30cm的PVC管材作為測量筒的硬質外筒體I ;一張長35cm、寬為24cm的硬紙(作為軟質內筒體2)上面涂上粘貼膠,將一張長35cm、寬為24cm的棉租(棉氈層3)牢固地粘貼在上面，然后沿長度方向將硬紙折成筒狀(此時棉氈在紙筒的內側)放進PVC圓筒內部。取兩塊聚丙烯泡沫作為端封4，一塊端封4將PVC管一端密封，另一塊備用。如附圖2所示，溫濕度耦合條件測量筒的基本結構與上述溫度條件測量筒相同，只是在硬質外筒體I的側壁上開有若干透氣孔5。相鄰透氣孔5沿圓筒軸向間距3cm、沿圓弧面間距3. 4cm。b)振弦式混凝土應變計安裝(如附圖3所示)
在澆筑路面混凝土的同時，在2根測量筒中注入混凝土，并將振弦式混凝土應變計6放置于測量筒內中心處，用插入式混凝土振動棒插入測量筒內部混凝土中約15cm振動密實10秒，然后用準備好的另外兩塊端封4分別將兩根測量筒另一端密封，信號線從端封4中心導出。將兩根測量筒水平固定于混凝土面層1/2厚度處，且2根測量筒軸線應與水泥混凝土路面7長度方向平行，然后再用混凝土將測量筒上部覆蓋，并用振動棒振搗密實，同時將信號線從混凝土路面中預留的孔道中引出，接在采集器的接線端子上。溫濕度耦合條件測量筒中的振弦式混凝土應變計編號為A，溫度條件測量筒中的振弦式混凝土應變計編號為B0c)水泥混凝土溫濕度傳感器安裝
在水泥混凝土路面內部距離頂面1/4面層厚、1/2面層厚、3/4面層厚、面層底面處同一鉛垂線上安裝4個溫濕度傳感器8。d)水泥混凝土溫濕度測試測定路面水泥混凝土的溫濕度隨時間的變化過程。e)水泥混凝土脹縮變形測試
在步驟進行d)的同時采集相應溫濕度條件下A、B振弦式混凝土應變計的應變值，即水泥混凝土的脹縮應變。e)重復步驟d)和e)得到不同溫濕度耦合條件下A、B振弦式混凝土應變計的應變值，即水泥混凝土的脹縮應變。f)對試驗數據進行處理，得到水泥混凝土在溫濕度耦合作用下的膨脹系數和水泥混凝土隨自然環境溫濕度條件變化的變形規律
由于水泥混凝土澆筑后前28天水化作用較強烈不能代表水泥混凝土硬化后的膨脹系 數，所以取水泥混凝土澆筑30天后一段時間采集到的數據。根據采集到的兩個測量筒中A、B振弦式混凝土應變計的應變值及測量筒中水泥混凝土的溫度(即水泥混凝土路面內部溫度)，采用excel表格分別對采集到的數據進行處理，回歸得到溫度一應變一元線性方程及溫濕度耦合作用一應變線性方程。根據應變計A的數據回歸得到的是溫濕度耦合作用一應變線性方程(如附圖4所示)，根據應變計B的數據回歸得到的是溫度一應變一元線性方程(如附圖5所示)。方程中系數9. 3051 X 10_6 mm/mm /°C即為溫濕度耦合作用下水泥混凝土的線膨脹系數，系數9. 006 X 10_6mm/mm/°C即為水泥混凝土的溫度膨脹系數。
權利要求
1.溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法，其特征在于該方法將振弦式混凝土應變計安裝在測量筒中心，并在測量筒中注入路面混凝土，然后將測量筒安裝在水泥混凝土面層中1/2厚度處，通過測量筒中的混凝土在非應力狀態下隨路面混凝土溫濕度條件變化而發生的體積變化確定路面混凝土在溫濕度耦合作用下的線膨脹系數。
2.根據權利要求I所述的溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 a)制作測量筒 所述測量筒包括溫度條件測量筒及溫濕度耦合條件測量筒 所述溫度條件測量筒主要由硬質外筒體、軟質內筒體、棉氈層及端封構成，軟質內筒體插接于硬質外筒體內側，棉氈層與軟質內筒體內壁相粘貼，兩個端封分別用于硬質外筒體兩端的密封； 所述溫濕度耦合條件測量筒主要由硬質外筒體、軟質內筒體、棉氈層及端封構成,硬質外筒體側壁上開有若干透氣孔，軟質內筒體插接于硬質外筒體內側，棉氈層與軟質內筒體內壁相粘貼，兩個端封分別用于硬質外筒體兩端的密封； b)振弦式混凝土應變計安裝 在澆筑路面混凝土的同時，分別在步驟a)所述兩測量筒中注入混凝土，并將振弦式混凝土應變計放置于測量筒內中心處，振動密實后利用端封密封測量筒端部，應變計信號線從端封中心導出； 將兩個測量筒水平固定于混凝土面層1/2厚度處，然后再用混凝土將測量筒上部覆蓋，并振動密實，同時將應變計信號線從混凝土路面中預留的孔道中引出，接采集器接線端子; 溫濕度耦合條件測量筒中的振弦式混凝土應變計編號為A，溫度條件測量筒中的振弦式混凝土應變計編號為B ； c)水泥混凝土溫濕度傳感器安裝 在水泥混凝土路面內部安裝溫濕度傳感器； d)水泥混凝土溫濕度測試 測定路面水泥混凝土的溫濕度隨時間的變化過程； e)水泥混凝土脹縮變形測試 在進行步驟d)的同時采集相應溫濕度條件下A振弦式混凝土應變計的應變值和相應溫度條件下B振弦式混凝土應變計的應變值，即水泥混凝土的脹縮應變； f)重復步驟d)和e)得到不同溫濕度耦合條件下A、B振弦式混凝土應變計的應變值，即水泥混凝土的脹縮應變； g)對試驗數據進行處理，得到水泥混凝土在溫濕度耦合作用下的膨脹系數。
3.根據權利要求2所述的溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法，其特征在于步驟a)中所述測量筒為圓筒，硬質外筒體的內徑為l(Tl5cm。
4.根據權利要求2所述的溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法，其特征在于步驟a)中所述硬質外筒體上透氣孔沿圓筒軸向間距3 5cm、沿圓弧面間距3飛cm。
5.根據權利要求I所述的溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法，其特征在于步驟b)中水平固定兩測量筒時，測量筒軸線與水泥混凝土路面長度方向相平行。
6.根據權利要求I所述的溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法，其特征在于步驟c)中，在水泥混凝土路面內部距離頂面1/4面層厚、1/2面層厚、3/4面層厚、面層底面處同一鉛垂線上安裝4個溫濕度傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種溫濕度耦合作用下水泥混凝土線膨脹系數測試方法，屬于道路工程領域。該方法將振弦式混凝土應變計安裝在測量筒中心，并在測量筒中注入路面混凝土，然后將測量筒安裝在水泥混凝土面層中1/2厚度處，通過測量筒中的混凝土在非應力狀態下隨路面混凝土溫濕度條件變化而發生的體積變化確定路面混凝土在溫濕度耦合作用下的線膨脹系數。與現有技術相比，以本發明的線膨脹系數測試方法可獲得準確可靠的溫濕度耦合作用下水泥混凝土膨脹系數和水泥混凝土隨自然環境溫濕度條件變化的變形規律，具有很好的推廣應用價值。
文檔編號G01N25/16GK102954979SQ20121034372
公開日2013年3月6日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者余四新, 韋金城, 韓文揚, 馬士杰, 付建村, 劉順斌, 董昭, 陳魯川 申請人:山東省交通科學研究所