吳菲

摘 要：混凝土收縮的測(cè)量對(duì)于研究混凝土的耐久性和抗裂性具有重要的意義，本文對(duì)混凝土收縮測(cè)量的方法及其裝置進(jìn)行介紹，了解相關(guān)專利的發(fā)展?fàn)顩r，為混凝土收縮測(cè)量技術(shù)的改進(jìn)和相關(guān)專利申請(qǐng)?zhí)峁﹨⒖肌?/p>

關(guān)鍵詞：混凝土；收縮；測(cè)量；專利

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.094

1 概述

近年來(lái)隨著房地產(chǎn)、建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，混凝土技術(shù)也隨之迅速發(fā)展，高強(qiáng)高性能混凝土在建筑工程中應(yīng)用廣泛，然而耐久性和抗裂性問(wèn)題是阻礙其發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題，為了提高混凝土的耐久性和抗裂性，減少混凝土的收縮引起的開(kāi)裂，需要對(duì)混凝土體積穩(wěn)定性進(jìn)行深入地研究。對(duì)混凝土收縮的測(cè)量有助于在試驗(yàn)階段對(duì)混凝土的收縮性能進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，從而在混凝土的抗裂性和耐久性研究中具有重要的作用。

2 混凝土收縮測(cè)量專利文獻(xiàn)分析

混凝土收縮測(cè)量分類號(hào)涉及G01N33/38，考慮到所分析主題的特點(diǎn)，采用分類號(hào)加關(guān)鍵詞的方式進(jìn)行檢索，檢索時(shí)中文專利數(shù)據(jù)庫(kù)選擇CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)，在CNABS數(shù)據(jù)庫(kù)中使用分類號(hào)G01N33/38和G01N33/00，關(guān)鍵詞表達(dá)為“混凝土 s （收縮 or 變形）”進(jìn)行檢索；外文專利數(shù)據(jù)庫(kù)選擇VEN數(shù)據(jù)庫(kù)，在VEN數(shù)據(jù)庫(kù)中使用分類號(hào)和關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，并對(duì)檢索的文獻(xiàn)產(chǎn)出國(guó)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，前三名依次為中國(guó)、日本、美國(guó)，并且中國(guó)的申請(qǐng)量比其他國(guó)家高出很多。混凝土收縮測(cè)量領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量在2006年到2008年期間是震蕩變化的，申請(qǐng)量較少；而在2008年到2012年這一時(shí)間段內(nèi)，申請(qǐng)量出現(xiàn)了持續(xù)快速的增長(zhǎng)，這應(yīng)該與中國(guó)在這期間的房地產(chǎn)、建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展有很大關(guān)系。

3 混凝土收縮測(cè)量的技術(shù)發(fā)展

3.1 體積法測(cè)量

體積法可用于早期混凝土的自生收縮。申請(qǐng)?zhí)枮镃N02277190的專利申請(qǐng)中把混凝土試樣置于容器的水中，通過(guò)觀察容器中水位的下降，可測(cè)量混凝土澆注零時(shí)起的變形，然而此種方法單純依靠人眼的觀測(cè)，存在一定的不便和誤差。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土的體積變化量的自動(dòng)檢測(cè)，申請(qǐng)?zhí)枮镃N200310113930的專利申請(qǐng)用有色液體代替水浸泡混凝土試樣，并且在反映液面變化的玻璃管兩側(cè)分別裝有管狀燈和光電池，有色液柱的液位變化使得光電池接收的光強(qiáng)度發(fā)生改變，從而使得光電池輸出對(duì)應(yīng)于液柱高度的信號(hào)，即可自動(dòng)測(cè)出被測(cè)樣品體積變化量；專利申請(qǐng)CN200610010281則巧妙利用杠桿原理，當(dāng)混凝土試樣體積的收縮變化時(shí)，浸于水中的密封橡膠膜包裹的混凝土試樣受到的浮力隨之改變，使得整個(gè)平衡梁失去平衡，此時(shí)用拉力傳感器檢測(cè)平衡梁的受力大小即可換算出混凝土試樣的體積變化量。另外，體積法不僅可以測(cè)量整體的體積變化量，還能夠?qū)崿F(xiàn)單一方向的收縮值的測(cè)量（例如：CN201010600871）。

3.2 接觸式測(cè)量?jī)x器

常用的接觸式儀器包括千分表、埋入式電阻應(yīng)變計(jì)和線振儀、線性可變示差傳感器等。

千分表測(cè)量法分為臥式和立式2種。千分表的優(yōu)點(diǎn)是成本較低并且較為穩(wěn)定，因而適用于長(zhǎng)齡期的自收縮測(cè)試，其缺點(diǎn)是不能測(cè)試1d以前的早期自收縮且自動(dòng)化程度低。使用埋入式電阻應(yīng)變計(jì)時(shí)，由于應(yīng)變計(jì)埋入到混凝試樣中，需保證兩者為協(xié)同變形，因而只適用于混凝土硬化之后的測(cè)定。而使用線性差動(dòng)位移傳感器進(jìn)行測(cè)量時(shí)需在混凝土試件兩端分別安裝一個(gè)傳感器，其方法簡(jiǎn)便但成本較高。

專利申請(qǐng)CN200610114257公開(kāi)了一種水泥混凝土自收縮率測(cè)量?jī)x，從混凝土初凝到1d，即對(duì)于混凝土的早期自收縮，其測(cè)量結(jié)果通過(guò)置于試樣內(nèi)部的電阻應(yīng)變片測(cè)得，同時(shí)參考千分表的測(cè)量值，而對(duì)于1d以后的長(zhǎng)期自收縮則直接利用千分表進(jìn)行測(cè)量，該方法綜合了電阻應(yīng)變片的短期測(cè)量精確性與千分表測(cè)量的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，能夠全面準(zhǔn)確地測(cè)定混凝土形成的各個(gè)時(shí)期的收縮性能。

為了解決現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方法中只能整體測(cè)算形變，而無(wú)法精確測(cè)量局部形變的問(wèn)題， 專利申請(qǐng)CN201320754741提供了一種掃描儀法，可以實(shí)現(xiàn)將水泥混凝土干縮、溫縮的變形以及開(kāi)裂情況數(shù)據(jù)進(jìn)行掃描采集，從而可以精確獲得平面上兩點(diǎn)之間的形變量，得到的數(shù)據(jù)更加精確和細(xì)致，以平面掃描的方式記錄試件不同時(shí)間點(diǎn)各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變和開(kāi)裂情況，使測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。

3.3 非接觸式測(cè)量?jī)x器

接觸式測(cè)量?jī)x器需在混凝土結(jié)構(gòu)具有一定的強(qiáng)度之后才能進(jìn)行測(cè)量，常見(jiàn)的非接觸式的傳感器包括激光位移傳感器和電渦流式位移傳感器，由于此類傳感器的測(cè)試點(diǎn)無(wú)需與混凝土試樣接觸，也就不存在與混凝土溫度變形不同步的問(wèn)題，因而其測(cè)定不受混凝土彈性模量的影響，能夠測(cè)量早期的體積變形，并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)的測(cè)量，具有較高的測(cè)量精度（例如：CN200710030055、CN200410001788）。

專利申請(qǐng)CN200610038892中指出了根據(jù)混凝土的自收縮發(fā)展規(guī)律，在不同的階段應(yīng)使用不同的測(cè)量方法，在初凝以前豎向放置試樣，在試樣上部設(shè)置非接觸式傳感器，測(cè)定混凝土的凝縮，而在初凝以后為了減輕側(cè)模的約束以及重力的影響，將試樣轉(zhuǎn)換為橫向放置，在試樣兩端設(shè)置非接觸式傳感器，測(cè)定混凝土的自干燥收縮。在此基礎(chǔ)上，專利申請(qǐng)CN201210049889的作了進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種框架式混凝土自收縮測(cè)量裝置，其盛放混凝土試樣的錐臺(tái)形容器可在框架上翻轉(zhuǎn)，由此可利用同一試件、同一測(cè)量裝置，自混凝土成型時(shí)刻起，實(shí)現(xiàn)混凝土自收縮（包括塑性階段的凝縮）的測(cè)量。

4 總結(jié)與展望

混凝土自收縮測(cè)量方法對(duì)于早期自收縮的測(cè)量結(jié)果有較大影響，因而測(cè)量方法是否嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確直接影響到自收縮研究的進(jìn)展，在今后對(duì)混凝土自收縮測(cè)量方法的深入研究中，測(cè)量初始時(shí)間的進(jìn)一步提早、測(cè)量精度的進(jìn)一步提高，以及如何降低試模的約束、消除溫度變形的干擾將是研究者的重點(diǎn)的改進(jìn)方向。未來(lái)的研究將更偏重于這些方面的改善和加強(qiáng)，以進(jìn)一步提高混凝土收縮檢測(cè)的準(zhǔn)確性和應(yīng)用面。

參考文獻(xiàn)：

[1]湖南大學(xué)等合編.土木工程材料（第二版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012（06）.

[2]祝瑜等.混凝土自收縮測(cè)量方法的進(jìn)展[J].低溫建筑技術(shù)，2010（10）：7-9.