專利名稱：混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及混凝土技術領域，尤其涉及一種混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)。
背景技術：
熱膨脹是物體由于溫度改變而產(chǎn)生脹縮的現(xiàn)象，物體的變化能力可以通過熱膨脹系數(shù)(coefficient of thermal expansion)表示，熱膨脹系數(shù)為等壓(P—定)條件下單位溫度變化所導致的體積變化，因此，熱膨脹系數(shù)可以采用公式α = Δ V/(VX Δ Τ)表示， 其中，α為熱膨脹系數(shù)，為V為物體體積，Δ V為物體體積變化，Δ T為物體溫度變化。與上述熱膨脹系數(shù)不同，混凝土的熱膨脹系數(shù)通常以單位溫度變化所導致長度方向上的變化表示，因此，混凝土的熱膨脹系數(shù)可以采用公式α = AL/(LX Δ Τ)表示，其中， α為混凝土的熱膨脹系數(shù)，L為混凝土塊的長度，Δ L為混凝土塊的長度變化，Δ T為混凝土塊的溫度變化。隨著高性能混凝土的廣泛應用，混凝土早期開裂問題日益突出，影響混凝土開裂性能的主要原因在于其自收縮和熱膨脹引起的混凝土早期體積不穩(wěn)定性?；炷恋臒崤蛎浵禂?shù)是影響混凝土早期行為的重要因素，作為混凝土熱膨脹的重要表征參數(shù)，對混凝土早期開裂性能有著直接影響，是混凝土早期開裂敏感性分析的重要參數(shù)?！豆坊炷谅访嬖O計規(guī)范》(JTG D40-2009)對普通混凝土路面中溫度翹曲應力的計算和連續(xù)配筋混凝土路面中平均裂縫間距、配筋率的計算時均明確提出對混凝土熱膨脹系數(shù)的要求?，F(xiàn)有技術采用電阻應變計采集由恒溫水浴引起的混凝土塊熱變形，進而計算混凝土的熱膨脹系數(shù)，由于電阻應變計可靠性不高，且精度往往不能達到10_6/°c，得到的混凝土熱膨脹系數(shù)不精確。

實用新型內(nèi)容本實用新型提供一種混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術中混凝土熱膨脹系數(shù)不精確的缺陷，實現(xiàn)精確測量混凝土熱膨脹系數(shù)。本實用新型提供一種混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，包括溫控試驗箱、用于傳遞所述溫控試驗箱內(nèi)部液體中放置的待測混凝土塊的熱膨脹變形的頂桿、用于放大所述待測混凝土塊熱變形尺寸的光杠桿以及用于對所述待測混凝土塊的熱變形尺寸進行測量的望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)；所述溫控試驗箱內(nèi)設置有用于控制所述溫控試驗箱內(nèi)部液體溫度的控溫管；所述頂桿設置于所述待測混凝土塊之上，所述光杠桿設置于所述頂桿之上，所述望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)置于所述溫控試驗箱外部。進一步地，該混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)還包括網(wǎng)格底座，所述網(wǎng)格底座設置于所述待測混凝土塊下部。其中，所述網(wǎng)格底座優(yōu)選為單層鋼筋網(wǎng)。再進一步地，該混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)還包括用于記錄所述溫控試驗箱內(nèi)部液體中放置的待測混凝土塊中心溫度的溫度記錄儀和設置于所述待測混凝土塊中心的溫度傳感器；所述溫度傳感器與所述溫度記錄儀連接，用于向所述溫度記錄儀發(fā)送所述待測混凝土塊中心的溫度。優(yōu)選地，所述溫控試驗箱的頂蓋上設置有用于穿過所述頂桿的圓孔，所述頂桿穿過所述圓孔粘接于所述待測混凝土塊的上表面。其中，所述光杠桿的后腳置于所述頂桿的上表面，所述光杠桿的底座水平，所述光杠桿的反射鏡豎直。此外，所述望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)包括望遠鏡架、望遠鏡和游標卡尺，所述望遠鏡與所述游標卡尺等距的分列望遠鏡架兩側(cè)；所述望遠鏡軸線水平，所述望遠鏡的鏡面、所述光杠桿的反射鏡的反射面與游標卡尺平行，所述望遠鏡與光杠桿的反射鏡的反射面等高；所述光杠桿的反射鏡的反射面，用于將所述待測混凝土塊熱變形前后的游標卡尺的像反射進入望遠鏡。所述頂桿優(yōu)選為溫度惰性頂桿。本實用新型的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，通過控制溫控試驗箱內(nèi)部液體的溫度來控制其中放置的待測混凝土塊的溫度，可以保證待測混凝土塊的受熱均勻，同時采用光杠桿放大待測混凝土塊熱變形尺寸，使望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)測得的待測混凝土塊的變形精確，從而得到精確的混凝土熱膨脹系數(shù)。

為了更清楚地說明本實用新型或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例一提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；圖2為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；圖3為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)中光杠桿與頂桿的結(jié)構示意圖；圖4為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)中網(wǎng)格底座的結(jié)構示意圖；圖5為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)中測量原理的示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。[0027]實施例一圖1為本實用新型實施例一提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)的結(jié)構示意圖，如圖1所示，該混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)包括溫控試驗箱11、用于傳遞所述溫控試驗箱11 內(nèi)部液體中放置的待測混凝土塊30的熱膨脹變形的頂桿13、用于放大待測混凝土塊30熱變形尺寸的光杠桿15以及用于對所述待測混凝土塊30的熱變形尺寸進行測量的望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)17 ；所述溫控試驗箱11內(nèi)設置有用于控制所述溫控試驗箱11內(nèi)部液體溫度的控溫管 111 ；所述頂桿13設置于所述待測混凝土塊30之上，所述光杠桿15設置于所述頂桿13 之上，所述望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)17置于所述溫控試驗箱11外部，其中，望遠鏡與光杠桿15 的間距應滿足所述待測混凝土塊30熱變形量的放大倍數(shù)的需要，可以優(yōu)選為5-10m。本實施例混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)的溫控試驗箱，通過控制溫控試驗箱內(nèi)部液體的溫度來控制其中放置的待測混凝土塊的溫度，可以保證待測混凝土塊的受熱均勻，同時采用光杠桿放大待測混凝土塊熱變形尺寸，使望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)測得的待測混凝土塊的變形精確，從而得到精確的混凝土熱膨脹系數(shù)。實施例二圖2為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)的結(jié)構示意圖，如圖2所示，在實施例一的基礎上，該混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)還可以包括用于記錄所述溫控試驗箱11內(nèi)部液體中放置的待測混凝土塊30溫度的溫度記錄儀18和設置于所述待測混凝土塊30中心的溫度傳感器19 ；所述溫度傳感器19與所述溫度記錄儀18連接，用于向所述溫度記錄儀18發(fā)送所述待測混凝土塊30中心的溫度，可以精確監(jiān)測混凝土塊中心的實時溫度，減小由水溫和待測混凝土塊30的溫度差異引起的誤差。其中，溫度傳感器19可以在成型時放入待測混凝土塊30的中心，溫度傳感器19與溫度記錄儀18的連接可以為有線，也可以為無線。進一步地，該混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)的溫控試驗箱11的頂蓋上可以設置有用于穿過所述頂桿13的圓孔113，所述頂桿13穿過所述圓孔113粘接于所述待測混凝土塊 30的上表面。再進一步地，圖3為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)中光杠桿與頂桿的結(jié)構示意圖，如圖3所示，該混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)的光杠桿15的后腳 151置于所述頂桿13的上表面，所述光杠桿15的底座153水平，所述光杠桿15的反射鏡 155豎直。優(yōu)選地，圖4為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)中網(wǎng)格底座的結(jié)構示意圖，如圖4所示，該混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)還可以包括網(wǎng)格底座40，參見圖2，所述網(wǎng)格底座40設置于所述待測混凝土塊30下部，既有效限制溫度升高時溫控試驗箱11內(nèi)部液體對待測混凝土塊30的擾動，又可以使待測混凝土塊30底部均勻受熱。此外，參見圖2，該混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)的望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)17可以包括望遠鏡架171、望遠鏡173和游標卡尺175，所述望遠鏡與所述游標卡尺175等距的分列望遠鏡架171兩側(cè)，距離可以優(yōu)選為約2. 5cm,當然也可以為其他尺寸，具體可以根據(jù)應用場景選擇；[0039]所述望遠鏡173軸線水平，所述望遠鏡173的鏡面、所述光杠桿15的反射鏡155 的反射面與游標卡尺175平行，所述望遠鏡173與光杠桿15的反射鏡155的反射面等高；所述光杠桿15的反射鏡155的反射面，用于將所述待測混凝土塊30熱變形前后的游標卡尺175的像反射進入望遠鏡；具體地，初始狀態(tài)時，所述望遠鏡173與所述游標卡尺175等距的分列望遠鏡架 171兩側(cè)，距離約2. 5cm，游標卡尺175的像通過光杠桿15的反射鏡155的反射面反射進入望遠鏡的鏡面，通過望遠鏡173可以讀出初始示數(shù)；溫度升高后，混凝土塊膨脹，光杠桿15 后腳151升高，反射鏡155偏轉(zhuǎn)一定角度如θ，則反射到望遠鏡的游標卡尺175的像發(fā)生變化，通過望遠鏡173可以讀出變化后的示數(shù)；前后示數(shù)差則為經(jīng)光杠桿15放大了的混凝土塊熱變形。此外，頂桿13優(yōu)選為溫度惰性頂桿例如熔融石英棒、陶瓷棒等，頂桿13的材料為溫度惰性材料即可。下面介紹一種采用本實用新型實施例的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)測定混凝土塊熱膨脹系數(shù)的具體應用實例參見圖2，假設溫控試驗箱11例如熱膨脹系數(shù) (Coefficient of Thermal Expansion ；簡稱CTE)試驗箱內(nèi)的液體為水，水位略高于豎直放置的待測混凝土塊30的高度，待測混凝土塊30可以為棱柱體(高寬比優(yōu)選為不小于2) 或圓柱體(高和直徑比優(yōu)選為不小于2)的能夠代表被測物性質(zhì)的混凝土塊，頂桿13為熔融石英棒，測試溫度區(qū)間為10°C -50°C。其中，溫控試驗箱11的頂蓋上可以預留直徑約1. 5cm的圓孔113，以便熔融石英棒穿過，將水浴中混凝土柱的變形傳遞至試驗箱的光杠桿15，測定棱柱體混凝土塊在10°C -50°C下的變形，可以得到待測混凝土塊30的熱膨脹系數(shù)其中，該實施例的試驗條件僅為一種設定，而非限制，可以為其他合理的試驗條件。具體地，采用該混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)測量混凝土塊的熱膨脹系數(shù)的具體過程包括以下步驟步驟101、將待測混凝土塊30豎直放在溫控試驗箱11的底部，使待測混凝土塊30 完全浸泡在水里，由于待測混凝土塊30底面與溫控試驗箱11的箱底接觸的部分采用網(wǎng)格底座40例如單層鋼筋網(wǎng)墊起，既有效限制溫度升高時待測混凝土塊30的擾動，溫控試驗箱11中的液體可以透過鋼筋網(wǎng)和待測混凝土塊30有效接觸，使待測混凝土塊30底部均勻受熱。步驟102、連接頂桿13，如熔融石英棒，用膠水將熔融石英棒牢固的粘在試件的上表面，熔融石英棒從溫控試驗箱11頂蓋的圓孔113中豎直伸出。其中，傳遞膨脹變形的頂桿13采用的熔融石英棒為溫度惰性材料，其線膨脹系數(shù)僅為1X10—9，可以減小溫度梯度引起的頂桿13的變形造成的誤差。步驟103、向溫控試驗箱11中注水，水面優(yōu)選為高過待測混凝土塊30上表面 3_5cm0步驟104、架設光杠桿15，將光杠桿15的后腳151放在熔融石英棒的上表面，并使光杠桿15的底座153水平，光杠桿15的反射鏡155豎直。步驟105、調(diào)整望遠鏡173，使望遠鏡173軸線水平，望遠鏡173軸線和游標卡尺 175垂直，望遠鏡173的鏡面、光杠桿15的反射鏡155的反射面與游標卡尺175平行，望遠鏡與光杠桿15的反射鏡155的反射面等高。[0049]步驟106、微調(diào)望遠鏡，在望遠鏡視窗內(nèi)，找到游標卡尺175的清晰讀數(shù)，分別記錄光杠桿15前后腳151間的距離d，光杠桿15反射鏡155面與游標卡尺175間的距離D。步驟107、接通待測混凝土塊30中心的溫度傳感器19與溫度記錄儀18，根據(jù)溫度記錄儀18的讀數(shù)，可以確定待測混凝土塊30的溫度。 步驟108、將水溫設定為10°C，開啟溫控試驗箱11，溫控試驗箱11的控溫管111可以將水溫調(diào)整并保持在10°c。待溫度記錄儀18顯示溫度為10°C后，保持4小時，記錄游標卡尺175讀數(shù)hp然后，將水溫設定為50°C，隨著水溫的升高，混凝土塊會膨脹，反射鏡155 后腳151會抬高，溫度記錄儀18顯示為50°C后，保持4小時，這時反射鏡155面偏轉(zhuǎn)一定角度如θ，記錄游標卡尺175讀數(shù)h2。進一步地，為了驗證升溫時的望遠鏡173示數(shù)是否準確，可以重新將水溫設定為10°C，待溫度記錄儀18示數(shù)為10°C后，穩(wěn)定2小時，記錄游標卡尺175讀數(shù)h/，如果升溫前后的望遠鏡173的示數(shù)差超過一定值例如15%，則需要重新測量。其中，采用游標卡尺175測量混凝土熱變形精度高于一般直尺，得到的熱膨脹系數(shù)更精確。鑒于游標卡尺與望遠鏡分劃板不重合的事實，推導了膨脹變形的精確計算公式 參見圖5，為本實用新型實施例二提供的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)中測量原理的示意圖， 其中Ntl為游標卡尺上的物點，N1為反射鏡偏轉(zhuǎn)θ后游標卡尺上真實的的物點，Δη為混凝土塊熱變形尺寸，S為Ntl對應的像點，F(xiàn)為反射鏡過0點的法線與平面N1SNtl的交點，M為反射鏡偏轉(zhuǎn)θ后&對應的像點，a為Ntl距望遠鏡的距離，1為入射角，2為反射角，0為反射鏡的軸心，0’為反射鏡過0點的法線與SNtl的交點。在水溫上升后，光杠桿的反射鏡偏轉(zhuǎn)θ，
則
權利要求1.一種混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，包括溫控試驗箱、用于傳遞所述溫控試驗箱內(nèi)部液體中放置的待測混凝土塊的熱膨脹變形的頂桿、用于放大所述待測混凝土塊熱變形尺寸的光杠桿以及用于對所述待測混凝土塊的熱變形尺寸進行測量的望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)；所述溫控試驗箱內(nèi)設置有用于控制所述溫控試驗箱內(nèi)部液體溫度的控溫管；所述頂桿設置于所述待測混凝土塊之上，所述光杠桿設置于所述頂桿之上，所述望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)置于所述溫控試驗箱外部。
2.根據(jù)權利要求1所述的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，還包括網(wǎng)格底座，所述網(wǎng)格底座設置于所述待測混凝土塊下部。
3.根據(jù)權利要求2所述的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，還包括所述網(wǎng)格底座為單層鋼筋網(wǎng)。
4.根據(jù)權利要求1所述的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于記錄所述溫控試驗箱內(nèi)部液體中放置的待測混凝土塊中心溫度的溫度記錄儀和設置于所述待測混凝土塊中心的溫度傳感器；所述溫度傳感器與所述溫度記錄儀連接，用于向所述溫度記錄儀發(fā)送所述待測混凝土塊中心的溫度。
5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述溫控試驗箱的頂蓋上設置有用于穿過所述頂桿的圓孔，所述頂桿穿過所述圓孔粘接于所述待測混凝土塊的上表面。
6.根據(jù)權利要求5所述的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述光杠桿的后腳置于所述頂桿的上表面，所述光杠桿的底座水平，所述光杠桿的反射鏡豎直。
7.根據(jù)權利要求1-4任一所述的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)包括望遠鏡架、望遠鏡和游標卡尺，所述望遠鏡與所述游標卡尺等距的分列望遠鏡架兩側(cè)；所述望遠鏡軸線水平，所述望遠鏡的鏡面、所述光杠桿的反射鏡的反射面與游標卡尺平行，所述望遠鏡與光杠桿的反射鏡的反射面等高；所述光杠桿的反射鏡的反射面，用于將所述待測混凝土塊熱變形前后的游標卡尺的像反射進入望遠鏡。
8.根據(jù)權利要求1-4任一所述的混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，其特征在于，所述頂桿為溫度惰性頂桿。
專利摘要本實用新型公開了一種混凝土熱膨脹系數(shù)測定系統(tǒng)，包括溫控試驗箱、用于傳遞所述溫控試驗箱內(nèi)部液體中放置的待測混凝土塊的熱膨脹變形的頂桿、用于放大所述待測混凝土塊熱變形尺寸的光杠桿以及用于對所述待測混凝土塊的熱變形尺寸進行測量的望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)；所述溫控試驗箱內(nèi)設置有用于控制所述溫控試驗箱內(nèi)部液體溫度的控溫管；所述頂桿設置于所述待測混凝土塊之上，所述光杠桿設置于所述頂桿之上，所述望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)置于所述溫控試驗箱外部。本實用新型通過控制溫控試驗箱內(nèi)部液體的溫度可以保證待測混凝土塊的受熱均勻，采用光杠桿放大使望遠鏡尺寸測量系統(tǒng)測得的待測混凝土塊的變形精確，從而得到精確的混凝土熱膨脹系數(shù)。
文檔編號G01N25/16GK202066814SQ20112012802
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權日2011年4月27日
發(fā)明者付智, 何哲, 劉 英, 孫宏峰, 張艷聰, 彭鵬, 王大鵬, 王稷良, 田波, 莫秀雄, 謝晉德 申請人:交通運輸部公路科學研究所, 北京科路泰技術有限公司