水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法。該方法首先提供一水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定儀，通過(guò)對(duì)出機(jī)后的水泥基材料進(jìn)行取樣，并裝入水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定儀的內(nèi)膽中；然后，開(kāi)啟測(cè)試開(kāi)關(guān)，通過(guò)測(cè)量等間隔時(shí)間的水泥基材料樣品溫度，并實(shí)時(shí)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)至溫度數(shù)據(jù)采集器中，同時(shí)還可將該數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至計(jì)算機(jī)中；最后，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理所述水泥基材料樣品溫度與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)，獲取水泥基材料水化速率加速期開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間。本發(fā)明方便在施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水泥基材料自攪拌出機(jī)后連續(xù)的水化溫升，且得到準(zhǔn)確的水化速率加速期開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間，以標(biāo)志初凝、終凝時(shí)間，更好地服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)施工。
【專利說(shuō)明】水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法。 技術(shù)背景
[0002] 水化是水泥基材料最根本、最重要的特征，而凝結(jié)硬化則是水化到某一階段的外 在表現(xiàn)。眾所周知，施工中混凝土的凝結(jié)時(shí)間對(duì)確定養(yǎng)護(hù)開(kāi)始時(shí)間、確定拆模時(shí)間、水化溫 度的控制等具有非常重要的意義。當(dāng)前隨著工程向高層、大跨、地下空間的拓展，泵送混凝 土逐漸普及，同時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的現(xiàn)象也越來(lái)越普遍(如圖2所示)。受到城市交通狀況限 制，泵送水泥基材料運(yùn)輸過(guò)程中若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間，則會(huì)導(dǎo)致混凝土施工 困難，并影響結(jié)構(gòu)混凝土的勻質(zhì)性。工程中避免大坍落度混凝土開(kāi)裂的一個(gè)有效的方法是 二次抹面。但是二次抹面時(shí)機(jī)的控制非常關(guān)鍵，如果控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致對(duì)已經(jīng)水化到一定程 度的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行擾動(dòng)，從而破壞了混凝土結(jié)構(gòu)的整體性(如圖3所示)，導(dǎo)致開(kāi)裂等結(jié)構(gòu) 物的先天受力缺陷，并影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，正確測(cè)定施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土的初凝、 終凝時(shí)間對(duì)于掌握施工時(shí)機(jī)、保證混凝土質(zhì)量、保證施工安全至關(guān)重要。
[0003] 目前，在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法中，一般用貫入阻力法測(cè)定水泥基材料的凝結(jié)時(shí)間：測(cè)定 時(shí)，先用5 mm篩從拌合物中篩取細(xì)砂漿，倒入特定容器中，然后每隔一定時(shí)間測(cè)定砂漿貫入 一定深度時(shí)的貫入阻力，并繪制時(shí)間與貫入阻力關(guān)系曲線圖。一般以橫軸表示時(shí)間，縱軸表 示貫入阻力，圖中貫入阻力為3. 5 MPa和28 MPa對(duì)應(yīng)的時(shí)間即分別為初凝和終凝時(shí)間。
[0004] 該測(cè)定方法存在以下局限性：（1)僅適用于實(shí)驗(yàn)室，不能用于施工現(xiàn)場(chǎng)；（2)用篩 出的砂漿的貫入阻力，評(píng)定現(xiàn)場(chǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，砂漿的測(cè)試結(jié)果與混凝土的實(shí)際情況 相關(guān)性不好；（3)操作不便：對(duì)于高粘度的混凝土，比如膠凝材料用量大的泵送商品混凝 土、自密實(shí)混凝土，根本難以篩出足夠的砂漿，因而操作不便甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)；（4)由于貫入 阻力跟水膠比關(guān)系很大，又受到混凝土離析程度的影響，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致誤判。
[0005] 因此長(zhǎng)期以來(lái)，不少學(xué)者對(duì)通過(guò)其他手段來(lái)表征混凝土的凝結(jié)時(shí)間進(jìn)行了多方探 討。肖蓮珍 [1]李宗津等[2]用混凝土的電阻率來(lái)表征混凝土的凝結(jié)時(shí)間，通過(guò)確定電阻率曲 線上的最低點(diǎn)和轉(zhuǎn)換點(diǎn)來(lái)定義凝結(jié)時(shí)間。電阻率最低點(diǎn)時(shí)間代表水化準(zhǔn)備開(kāi)始的時(shí)間，定 義為初凝時(shí)間。從水化動(dòng)力學(xué)的角度，轉(zhuǎn)換點(diǎn)代表凝結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)橛不臅r(shí)間點(diǎn)，相應(yīng)的時(shí)間定 義為終凝時(shí)間，通過(guò)與傳統(tǒng)貫入阻力法對(duì)照，給出了用電阻率法估計(jì)混凝土凝結(jié)時(shí)間的表 達(dá)式。但是通過(guò)電阻率定義初凝、終凝時(shí)間的方法不能方便地用于施工現(xiàn)場(chǎng)，且在物理意義 上也不夠明確、直觀。
[0006] Joseph Assaad et al. [3]研究膠結(jié)料種類和摻量不同的自密實(shí)混凝土配合比 的側(cè)模壓力的變化，指出側(cè)模壓力的消失與貫入阻力法測(cè)得的混凝土凝結(jié)時(shí)間相對(duì)應(yīng)。 Amziane[4]通過(guò)測(cè)量新澆混凝土模板側(cè)壓力的變化過(guò)程給出了一種確定混凝土凝結(jié)時(shí)間的 方法，并定義側(cè)壓力為零的時(shí)刻為混凝土的凝結(jié)時(shí)間。該方法盡管能用于施工現(xiàn)場(chǎng)，但是不 適用于低坍落度甚至干硬性混凝土，模板側(cè)壓力的測(cè)試也不夠簡(jiǎn)便。
[0007] 侯東偉等[5]通過(guò)測(cè)定新澆混凝土線性試件的自由變形隨齡期的發(fā)展規(guī)律，發(fā)現(xiàn)混 凝土固化過(guò)程的完成對(duì)應(yīng)于新澆混凝土膨脹變形結(jié)束、收縮變形開(kāi)始的時(shí)間。將混凝土的 膨脹變形結(jié)束點(diǎn)定義為混凝土的凝結(jié)時(shí)間。以此為界，根據(jù)混凝土變形是否引起混凝土結(jié) 構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力，將混凝土的變形劃分為無(wú)害變形和有害變形?；炷聊Y(jié)之前發(fā)生的變形為 無(wú)害變形，凝結(jié)之后發(fā)生的變形為有害變形。該方法只能用于實(shí)驗(yàn)室，且并不是所有的混凝 土都存在膨脹變形，因此也并不具有通用性。
[0008] H.K. Lee et al. [6]指出，ASTM C403m的貫入阻力法不適合高性能混凝土，因?yàn)?其砂漿粘度大，很難從混凝土中篩出。因而提出用超聲脈沖速度來(lái)表征混凝土的初凝和終 凝時(shí)間。比貫入阻力法能更好地表示混凝土的微觀結(jié)構(gòu)的變化。且能夠用于在施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān) 測(cè)混凝土的凝結(jié)時(shí)間。Nicolas Robeyst[8]通過(guò)用超聲法對(duì)含礦漁的混凝土配合比進(jìn)行測(cè) 試，指出超聲波速度隨時(shí)間變化的曲線上，初凝時(shí)間與拐點(diǎn)一致，而終凝時(shí)間對(duì)應(yīng)于上升的 速度曲線開(kāi)始變水平的點(diǎn)。Yunsheng Zhang et al. [9]認(rèn)為在縱向超聲脈沖速度（UPV)對(duì) 時(shí)間的曲線上，第一階段(誘導(dǎo)前期）的結(jié)束時(shí)間和最大UPV變化時(shí)間對(duì)應(yīng)于混凝土的初凝 和終凝時(shí)間。因此，可以通過(guò)確定UPV曲線和其差分曲線來(lái)確定。Gregor Trtnik[1°]采用 超聲波方法估計(jì)水泥漿的初凝時(shí)間。結(jié)果表明，該方法可以用于監(jiān)控水泥漿配合比的水化 過(guò)程和水化結(jié)構(gòu)的形成，且能用超聲脈沖速率曲線的第一個(gè)拐點(diǎn)發(fā)生的時(shí)刻，或者通過(guò)縱 波的超聲脈沖速度達(dá)到某指定值的時(shí)刻作為初凝時(shí)間。
[0009] Dale P. Bentz et al. [11]通過(guò)混凝土的受剪流變性能曲線確定大摻量粉煤灰凈 漿的初凝時(shí)間，并與ASTM C 191-08[12]方法的測(cè)試結(jié)果對(duì)比。認(rèn)為能夠基于流動(dòng)度的測(cè)試 預(yù)估凈漿的凝結(jié)時(shí)間。
[0010] 繆昌文等[13]在研究?jī)魸{的早齡期自干燥收縮時(shí)，自動(dòng)連續(xù)測(cè)試凈漿(混凝土）中 彎月面的凹陷，通過(guò)分析測(cè)試結(jié)果定義自干燥收縮測(cè)試中的"時(shí)間零點(diǎn)"，其機(jī)理類似土壤 研究中的張力計(jì)。結(jié)果認(rèn)為，用貫入法得到的時(shí)間零點(diǎn)無(wú)論在物理定義上，還是測(cè)試實(shí)踐中 都缺乏充分的可靠性。而彎月面凹陷測(cè)試確定的時(shí)間零點(diǎn)直接與自干燥收縮定義相關(guān)。
[0011] Μ. H. Zhang et al. [6]在研究水膠比和娃灰對(duì)混凝土自生收縮的影響時(shí)，引用文獻(xiàn) [14_15]認(rèn)為混凝土溫升過(guò)程中的峰值溫度極有可能與混凝土的終凝時(shí)間相對(duì)應(yīng)。Allan C. L. Wong et &1.[16]在用布拉格光柵傳感器測(cè)試活性粉末混凝土收縮和溫度時(shí)，采用了 Neville AM終凝時(shí)間即達(dá)到峰值溫度時(shí)間的說(shuō)法，經(jīng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果分析認(rèn)為，終凝時(shí)間與混凝土收縮 開(kāi)始的時(shí)間并不一致。實(shí)際上，混凝土峰值溫度受三個(gè)方面的影響，一是混凝土配合比本身 的絕熱溫升規(guī)律，二是環(huán)境溫度，三是散熱邊界條件。例如在絕熱溫升試驗(yàn)中，溫度曲線本 身就不存在峰值，因此不能準(zhǔn)確判定混凝土的終凝時(shí)間。
[0012] Daniel Cusson et al. [17]通過(guò)大型棱柱體軸向約束試驗(yàn)研究高性能混凝土早齡 期性能，提出溫升速率的起點(diǎn)和峰值點(diǎn)可以代表初凝時(shí)間和終凝時(shí)間。且指出，水泥水化的 溫升值和速率值根據(jù)混凝土的構(gòu)成、試件的尺寸、模板的類型等變化，而初步的試驗(yàn)表明， 溫升速率起點(diǎn)并不隨這些因素改變，可以作為一個(gè)表征混凝土內(nèi)應(yīng)力開(kāi)始發(fā)展的相對(duì)穩(wěn)定 的指標(biāo)。
[0013] 但是文獻(xiàn)[17].中所謂"溫升速率的起點(diǎn)"的概念不夠確切。其確定"溫升速率起 點(diǎn)"的方法也存在一定的不確定性。首先，水泥基材料的水化過(guò)程包括誘導(dǎo)前期、誘導(dǎo)期、 水化速率加速期和水化速率減速期、衰減期五個(gè)階段。盡管在誘導(dǎo)前期、誘導(dǎo)期溫升并不明 顯，溫升速率較小，但確切地說(shuō)溫升速率起點(diǎn)是發(fā)生在誘導(dǎo)前期的。而實(shí)際上文獻(xiàn)[17]的 本意在于"顯著的溫升速率變化的起點(diǎn)"，即溫升速率加速期的起點(diǎn)。實(shí)際上水化(溫升）速 率加速期是非常關(guān)鍵的時(shí)期，其開(kāi)始代表了水泥基材料凝結(jié)硬化的開(kāi)始，結(jié)束代表了水泥 基材料具有一定力學(xué)性能，并進(jìn)入迅速增長(zhǎng)階段。文獻(xiàn)[17]給出的確定"溫升速率起點(diǎn)"的 方法見(jiàn)圖4。即對(duì)溫升曲線求導(dǎo)，得到溫升速率曲線，在開(kāi)始階段，溫升速率值很小，在橫軸 上下波動(dòng)，當(dāng)溫升速率曲線開(kāi)始顯著上升時(shí)，取該起點(diǎn)為"溫升速率起點(diǎn)"。由于樣品沒(méi)有跟 外界隔離，缺乏保溫隔熱、防蒸發(fā)措施，且沒(méi)有規(guī)定一個(gè)等間距的時(shí)間間隔，所得到的溫升 速率曲線呈鋸齒形，因此通過(guò)這種方法得到的時(shí)間點(diǎn)較為粗略，并在較大程度上受外界溫 度的影響。
[0014] 即便排除了外界影響，得到一條較為光滑的曲線，溫升速率曲線也不一定有一個(gè) 明顯的加速期起點(diǎn)，見(jiàn)圖5所示。圖5中的混凝土溫升速率曲線看起來(lái)從一開(kāi)始就是上升 的，因?yàn)闆](méi)有拐點(diǎn)，即便對(duì)溫升速率曲線再求導(dǎo)數(shù)，也難以得到其確切的加速期起點(diǎn)時(shí)間。 因此也就難以通過(guò)文獻(xiàn) [17]的方法得到其所定義的初凝時(shí)間。
[0015] 申請(qǐng)人:在研究中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在水泥基材料攪拌出機(jī)后，以較短的等距時(shí)間間隔測(cè) 試其水化過(guò)程中的溫度，并對(duì)測(cè)試所得的溫升數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以得到任何一個(gè)水泥基材 料樣品的"時(shí)間/溫升"曲線和溫升速率曲線。而"時(shí)間/溫升"曲線上第一個(gè)凸起的拐點(diǎn) 所發(fā)生的時(shí)間，可以定義為溫升速率曲線上溫升速率加速期起點(diǎn)（誘導(dǎo)期末點(diǎn)）時(shí)間，其物 理意義為溫升開(kāi)始加速增長(zhǎng)的時(shí)刻（時(shí)間是線性增長(zhǎng)的，在溫度增長(zhǎng)很慢的時(shí)候，"時(shí)間/溫 升"值較大，當(dāng)溫度開(kāi)始快速增長(zhǎng)時(shí)，"時(shí)間/溫升"值開(kāi)始變小，當(dāng)溫度加速增長(zhǎng)時(shí)，"時(shí)間 /溫升"曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)）。這種方法不僅無(wú)需增加測(cè)試成本，而且能非常明確地定義出溫 升速率加速期起點(diǎn)時(shí)間。溫升速率加速期末點(diǎn)時(shí)間則可以通過(guò)溫升速率曲線峰值點(diǎn)進(jìn)行確 定。由于溫升是水化放熱的結(jié)果，因此溫升速率加速期起點(diǎn)和末點(diǎn)時(shí)間與水泥基材料水化 加速期起點(diǎn)和末點(diǎn)時(shí)間相對(duì)應(yīng)。
[0016] 貫入阻力法主要從混凝土受到錐體貫入時(shí)的力學(xué)性能來(lái)判斷其凝結(jié)。貫入阻力受 到水泥基材料水膠比大小、環(huán)境溫濕度條件的影響，甚至?xí)霈F(xiàn)水泥基材料尚未水化卻已 經(jīng)判定初凝甚至終凝的誤判。實(shí)際上，水泥基材料的凝結(jié)本質(zhì)上是化學(xué)與物理過(guò)程，只有水 泥基材料水化到一定程度且水化物顆粒之間間距小到彼此可以交聯(lián)成結(jié)構(gòu)時(shí)，才可能發(fā)生 凝結(jié)。水化到某特定時(shí)刻的力學(xué)性能主要是由水化過(guò)程和水膠比決定的。對(duì)于最終能夠通 過(guò)水化獲得特定強(qiáng)度的水泥基材料而言，其水膠比滿足水化后顆粒之間可以交聯(lián)成結(jié)構(gòu)的 前提，水膠比大小(水化物顆粒之間的距離）盡管在一定程度上影響水化顆粒之間交聯(lián)的時(shí) 間，但由于水化加速期發(fā)展迅速，這種影響因此在很大程度上被削弱。因此凝結(jié)時(shí)間主要還 是由水化進(jìn)程決定。
[0017] 由于水泥基材料的強(qiáng)度等級(jí)各不相同，凝結(jié)的本質(zhì)不在于任何一個(gè)配合比都達(dá)到 某一特定的強(qiáng)度，而在于對(duì)該特定的配合比本身而言，水化達(dá)到某一特定的階段。這實(shí)際上 比用灌入度表征的凝結(jié)時(shí)間更貼近水泥基材料凝結(jié)的本質(zhì)，也更符合工程中對(duì)凝結(jié)時(shí)間的 需求。
[0018] 為此，本 申請(qǐng)人:提出一種不是通過(guò)貫入法測(cè)定水泥基材料初凝、終凝時(shí)間，而是直 接測(cè)定水泥基材料水化速率加速期開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間，從而確定初凝、終凝時(shí)間的方法，該方 法通過(guò)測(cè)定一定條件下的水泥基材料溫升曲線，就可以準(zhǔn)確地得到該水泥基材料樣品的水 化速率加速期起點(diǎn)和終點(diǎn)的時(shí)間，并確切定義水泥基材料的初凝與終凝時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的目的在于提供一種便于施工現(xiàn)場(chǎng)使用、操作簡(jiǎn)便、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的水泥 基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法。
[0020] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法， 包括如下步驟， 步驟S1 :提供一水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定儀，該智能測(cè)定儀包括一具有保溫防蒸 發(fā)效果的外殼，所述外殼是由保溫筒體和保溫蓋組成，所述保溫筒體內(nèi)放置有用于盛裝水 泥基材料樣品的內(nèi)膽，所述保溫蓋的底部中央安裝有可更換的向下凸起以深入水泥基材料 樣品內(nèi)的保護(hù)管，所述保護(hù)管內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)量水泥基材料樣品水化溫度的第一溫度計(jì)， 所述外殼外側(cè)安裝有用于測(cè)量環(huán)境溫度的第二溫度計(jì)；所述第一溫度計(jì)和第二溫度計(jì)均電 性連接至溫度數(shù)據(jù)采集器；所述溫度數(shù)據(jù)采集器還電性連接有溫度信號(hào)發(fā)射裝置；所述溫 度數(shù)據(jù)采集器、溫度信號(hào)發(fā)射裝置均設(shè)置于一安裝于所述外殼外側(cè)的控制電路板；所述溫 度數(shù)據(jù)采集器集成有進(jìn)行時(shí)間采集的計(jì)時(shí)器及用于存儲(chǔ)所述第一溫度計(jì)和第二溫度計(jì)采 集的溫度信號(hào)的信號(hào)存儲(chǔ)器； 步驟S2 :在水泥基材料攪拌完成出機(jī)后，對(duì)該水泥基材料進(jìn)行取樣，并裝入所述內(nèi)膽； 步驟S3 :開(kāi)啟測(cè)試開(kāi)關(guān)，通過(guò)所述第一溫度計(jì)和第二溫度計(jì)測(cè)量等間隔時(shí)間的水泥基 材料樣品溫度和外部環(huán)境溫度，并將溫度與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)至所述溫度 數(shù)據(jù)采集器中，同時(shí)通過(guò)所述溫度信號(hào)發(fā)射裝置將該數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至計(jì)算機(jī)或手機(jī)中； 步驟S4 :通過(guò)計(jì)算機(jī)處理所述水泥基材料樣品溫升與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)，獲取 水泥基材料溫升速率曲線、時(shí)間/溫升曲線，其中，溫升速率曲線的橫坐標(biāo)為時(shí)間、縱坐標(biāo) 為溫升速率；時(shí)間/溫升曲線的橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為時(shí)間除以對(duì)應(yīng)的溫升； 步驟S5 :通過(guò)水泥基材料樣品溫升速率曲線、時(shí)間/溫升曲線，獲取溫升速率加速期起 點(diǎn)和加速期終點(diǎn)時(shí)間，即水泥基材料水化速率加速期開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；該水泥基材料 水化速率加速期開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間即為測(cè)定結(jié)果，并用于標(biāo)志水泥基材料初凝時(shí)間和終 凝時(shí)間。
[0021 ] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述控制電路板設(shè)置上還設(shè)置有一用于控制電路板啟動(dòng)與結(jié) 束時(shí)間的開(kāi)關(guān)控制電路。
[0022] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述控制電路板通過(guò)直流電源或充電式電池供電。
[0023] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述溫度數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)采集周期一般為3d_7d。
[0024] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述內(nèi)膽內(nèi)鋪設(shè)有方便傾倒水泥基材料樣品的塑料膜或紙 膜。
[0025] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述保護(hù)管為銅管。
[0026] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述溫度數(shù)據(jù)采集器還可電性連接有液晶屏。
[0027] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述溫度數(shù)據(jù)采集器設(shè)置有USB接口。
[0028] 在本發(fā)明實(shí)施例中，所述第一溫度計(jì)為振弦式溫度計(jì)、電阻式溫度計(jì)或熱電偶測(cè) 溫儀器；所述第二溫度計(jì)為振弦式溫度計(jì)、電阻式溫度計(jì)或熱電偶測(cè)溫儀器。
[0029] 相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果： 本發(fā)明的水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，方便在施工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定水泥基材料自攪拌 出機(jī)后連續(xù)的水化溫升，水化溫度測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，從而可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)水化溫度數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理，得到準(zhǔn)確的水化速率加速期開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間，以經(jīng)過(guò)內(nèi)部換算識(shí)別水泥基材料 的初凝、終凝時(shí)間，更好地服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)施工。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030] 圖1為水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定儀的構(gòu)造示意圖 圖2為典型的泵送商品混凝土板裂縫(未進(jìn)行二次抹面)。
[0031] 圖3為由于二次抹面時(shí)間超過(guò)凝結(jié)時(shí)間導(dǎo)致混凝土板通透性不規(guī)則裂縫。
[0032] 圖4為文獻(xiàn)[17]給出的根據(jù)溫升速率確定"時(shí)間零點(diǎn)"的方法的曲線圖。
[0033] 圖5時(shí)間/溫升曲線與溫升速率曲線用于確定初凝時(shí)間的對(duì)比曲線圖。
[0034] 圖6為四種不同水泥基材料的絕熱溫升曲線。
[0035] 圖7為四種不同水泥基材料的溫升速率曲線。
[0036] 圖8為四種不同水泥基材料的"時(shí)間/溫升"曲線。
[0037] 圖9為溫升速率和"時(shí)間/溫升"曲線在各階段的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0038] 圖1中：1_外殼，11-保溫筒體，12-保溫蓋，2-內(nèi)膽，3-保護(hù)管，4-第一溫度計(jì)， 5_溫度數(shù)據(jù)采集器，6-USB接口，7-第二溫度計(jì)，8-液晶屏，9-控制電路板； 圖6至8中：NC-1為普通混凝土；UGM-1為高強(qiáng)水泥基灌漿料；SCC-1為大摻量粉煤灰 自密實(shí)混凝土；SCC-2為粉煤灰和礦渣復(fù)摻的自密實(shí)混凝土；圖7和圖8中圓點(diǎn)表示用本方 法確定的特定配合比的水泥基材料的初凝時(shí)間； 圖9中：階段1即AB段代表誘導(dǎo)期；階段2即BC段代表溫升速率加速期；階段3即CD 段代表溫升速率減速期；階段4即D點(diǎn)以后代表衰減期。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說(shuō)明。
[0040] 本發(fā)明一種水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，包括如下步驟， 步驟S1 :提供一水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定儀，該智能測(cè)定儀包括一具有保溫防蒸 發(fā)效果的外殼，所述外殼是由保溫筒體和保溫蓋組成，所述保溫筒體內(nèi)放置有用于盛裝水 泥基材料樣品的內(nèi)膽，所述保溫蓋的底部中央安裝有可更換的向下凸起以深入水泥基材料 樣品內(nèi)的保護(hù)管，所述保護(hù)管內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)量水泥基材料樣品水化溫度的第一溫度計(jì) (振弦式溫度計(jì)、電阻式溫度計(jì)或熱電偶等測(cè)溫儀器)，所述外殼外側(cè)安裝有用于測(cè)量環(huán)境 溫度的第二溫度計(jì)(振弦式溫度計(jì)、電阻式溫度計(jì)或熱電偶等測(cè)溫儀器）；所述第一溫度計(jì) 和第二溫度計(jì)均電性連接至溫度數(shù)據(jù)采集器；所述溫度數(shù)據(jù)采集器還電性連接有溫度信號(hào) 發(fā)射裝置；所述溫度數(shù)據(jù)采集器、溫度信號(hào)發(fā)射裝置均設(shè)置于一安裝于所述外殼外側(cè)的控 制電路板；所述溫度數(shù)據(jù)采集器集成有進(jìn)行時(shí)間采集的計(jì)時(shí)器及用于存儲(chǔ)所述第一溫度計(jì) 和第二溫度計(jì)采集的溫度信號(hào)的信號(hào)存儲(chǔ)器； 步驟S2 :在水泥基材料攪拌完成出機(jī)后，對(duì)該水泥基材料進(jìn)行取樣，并裝入所述內(nèi)膽； 步驟S3 :開(kāi)啟測(cè)試開(kāi)關(guān)，通過(guò)所述第一溫度計(jì)和第二溫度計(jì)測(cè)量等間隔時(shí)間的水泥基 材料樣品溫度和外部環(huán)境溫度，并將溫度與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)至所述溫度 數(shù)據(jù)采集器中，同時(shí)通過(guò)所述溫度信號(hào)發(fā)射裝置將該數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至計(jì)算機(jī)或手機(jī)中； 步驟S4 :通過(guò)計(jì)算機(jī)處理所述水泥基材料樣品溫升與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)，獲取 水泥基材料溫升速率曲線、時(shí)間/溫升曲線，其中，溫升速率曲線的橫坐標(biāo)為時(shí)間、縱坐標(biāo) 為溫升速率；時(shí)間/溫升曲線的橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為時(shí)間除以對(duì)應(yīng)的溫升； 步驟S5:通過(guò)水泥基材料樣品溫升速率曲線、時(shí)間/溫升曲線，獲取溫升速率加速期起 點(diǎn)和加速期終點(diǎn)時(shí)間，即水泥基材料水化速率加速期開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；該水泥基材料 水化速率加速期開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間即為測(cè)定結(jié)果，并用于標(biāo)志水泥基材料初凝時(shí)間和終 凝時(shí)間。
[0041] 為了對(duì)控制電路板啟動(dòng)與結(jié)束時(shí)間進(jìn)行控制，所述控制電路板設(shè)置上還設(shè)置有一 用于控制電路板啟動(dòng)與結(jié)束時(shí)間的開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)；所述控制電路板通過(guò)直流電源或充電式 電池供電。
[0042] 以下為具體實(shí)施例。
[0043] 如圖1所示，一種水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定儀，包括具有保溫保濕效果的外 殼1，所述外殼1是由保溫筒體11和保溫蓋12組成，所述保溫筒體11內(nèi)放置有用于盛裝水 泥基材料樣品的內(nèi)膽2,所述保溫蓋12的底部中央安裝有向下凸起以深入水泥基材料樣品 內(nèi)的保護(hù)管3,所述保護(hù)管3內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)量水泥基材料樣品水化溫度的第一溫度計(jì)4， 所述第一溫度計(jì)4的上端固定于保溫蓋12的底部中央，所述第一溫度計(jì)4電性連接至安裝 在外殼4上的溫度數(shù)據(jù)米集器5。
[0044] 在本實(shí)施例中，所述外殼1和內(nèi)膽2組成了類似電飯煲的結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)膽2可以取 出來(lái)裝取和傾倒水泥基材料樣品；為了方便傾倒水泥基材料樣品，所述內(nèi)膽2內(nèi)鋪設(shè)有塑 料膜或紙膜。為了保護(hù)第一溫度計(jì)4,所述保護(hù)管3呈柱狀，其尺寸為高約100mm、直徑10mm， 可由銅管制成。為了測(cè)試外界溫度對(duì)外殼1內(nèi)水泥基材料水化時(shí)間的影響，所述外殼1外 側(cè)還可以安裝有用于測(cè)量環(huán)境溫度的第二溫度計(jì)7,所述第二溫度計(jì)7也電性連接至安裝 在外殼4上的溫度數(shù)據(jù)米集器5。
[0045] 在本實(shí)施例中，所述溫度數(shù)據(jù)采集器5由直流電源或充電式電池供電。為了滿足 顯示或控制需要，所述溫度數(shù)據(jù)采集器5還可以電性連接有液晶屏8。為了方便讀取溫度數(shù) 據(jù)，所述溫度數(shù)據(jù)采集器5還設(shè)置有USB接口 6,所述溫度數(shù)據(jù)采集器5、USB接口 6與液晶 屏均設(shè)置于所述外殼1外側(cè)的控制電路板9。為了實(shí)時(shí)發(fā)送到計(jì)算機(jī)或手機(jī)，所述溫度數(shù)據(jù) 采集器5還可以電性連接有溫度信號(hào)發(fā)射裝置。當(dāng)然，所述溫度數(shù)據(jù)采集器5的控制電路 板9還可以集成一計(jì)時(shí)器，同時(shí)進(jìn)行時(shí)間的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)發(fā)射。
[0046] 以下為本發(fā)明的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)。
[0047] 以水泥基材料絕熱溫升實(shí)驗(yàn)結(jié)果為例，選用普通水泥基材料、大摻量粉煤灰 水泥基材料、粉煤灰和礦禮:復(fù)慘水泥基材料、1?強(qiáng)水泥基灌菜料等4種不同的水泥基 材料，將試樣制備好后通過(guò)計(jì)算機(jī)以30min間隔自動(dòng)采集試樣中心溫度。試驗(yàn)得到的 水泥基材料絕熱溫升隨齡期的變化曲線見(jiàn)圖6,通過(guò)以短而均勻的時(shí)間間隔采集溫度 變化數(shù)據(jù)，因此可以求得絕熱溫升速率(變化率）曲線見(jiàn)圖7,將試驗(yàn)結(jié)果表示為以時(shí)間 T為橫坐標(biāo)，時(shí)間與溫升的比值"T/#·)"為縱坐標(biāo)的曲線，即"時(shí)間/溫升"曲線，如圖8所 示（圖6~圖8中，NC-1為普通混凝土；UGM-1為高強(qiáng)水泥基灌漿料；SCC-1為大摻量粉煤灰 自密實(shí)混凝土；SCC-2為粉煤灰和礦渣復(fù)摻的自密實(shí)混凝土；圖7和圖8中圓點(diǎn)表示用本方 法確定的特定配合比的水泥基材料的初凝時(shí)間；圖7和圖8中圓點(diǎn)表示用本方法確定的特 定配合比的水泥基材料的初凝時(shí)間）。
[0048] 由圖6~圖8可以明顯看出，盡管不同的水泥基材料其膠結(jié)料用量、水膠比、摻合料 等配合比因素各不相同，但四種水泥基材料的絕熱溫升曲線、溫升速率曲線、f-τ/^τ)曲 線卻有著相似的形狀和特點(diǎn)，即都經(jīng)歷了相同的階段，包括：誘導(dǎo)期、升溫速率加速期、升溫 速率減速期、衰減期。與水泥的水化過(guò)程分為五個(gè)階段 [18]有所不同，由于攪拌、入模和測(cè)試 準(zhǔn)備時(shí)間一般大于0. 5 h，水泥基材料絕熱溫升試驗(yàn)往往無(wú)法捕捉到水泥水化誘導(dǎo)前期階 段，該階段對(duì)絕熱溫升的影響體現(xiàn)在入模后水泥基材料溫度比環(huán)境溫度高1°C ~3°C。
[0049] 圖9給出同一個(gè)配合比的溫升速率曲線與"時(shí)間/溫升"曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，階段1 即AB段代表誘導(dǎo)期；階段2即BC段代表溫升速率加速期；階段3即CD段代表溫升速率減 速期；階段4即D點(diǎn)以后代表衰減期；由圖可見(jiàn)：Τ/0Γ；)曲線在誘導(dǎo)期處于上升階段，到誘 導(dǎo)期末有一個(gè)向上的峰值點(diǎn)；在加速期該曲線顯著下降，并在與溫升速率峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí) 刻出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；在溫升速率減速期CD段，f/^f)曲線略有上升趨勢(shì)。減速期與衰減期的分界 點(diǎn)在溫升曲線和溫升速率曲線上都不明顯，但在上有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，見(jiàn)圖7中的Di點(diǎn)， 該點(diǎn)以后整個(gè)衰減期近似一條上升的射線。另外，由圖4可見(jiàn)，各種水泥基材料其τ/1(f)曲 線的形狀一致，都具有上述分段特征。
[0050] 本方法以τ/^τ)曲線上向上的峰值點(diǎn)發(fā)生的時(shí)刻作為誘導(dǎo)期末時(shí)間（水化加速期 起點(diǎn)時(shí)間），即溫度開(kāi)始加速增長(zhǎng)比勻速增長(zhǎng)的時(shí)間增長(zhǎng)更快的時(shí)刻誘導(dǎo)期結(jié)束，進(jìn)入溫升 速率加速期。盡管有文獻(xiàn)[17,19]提出以放熱速率來(lái)判定混凝土的初凝時(shí)間，但是并沒(méi)有 很好的方法來(lái)確定放熱速率曲線的起點(diǎn)。由于誘導(dǎo)期內(nèi)溫升速率并不一定有個(gè)最低點(diǎn)，因 此難以通過(guò)溫升速率確定確切的誘導(dǎo)期末時(shí)間，而Γ/^Τ)曲線上必然有個(gè)明顯的峰值點(diǎn)， 且該峰值點(diǎn)發(fā)生的時(shí)間為溫升速率加速期起點(diǎn)的時(shí)間。
[0051] 水化加速期末時(shí)間為圖5中溫升速率曲線峰值點(diǎn)時(shí)間。標(biāo)志著水泥基材料水化 進(jìn)入減速期。對(duì)于正常能凝結(jié)成形的水泥基材料(排除水膠比太大根本無(wú)法凝結(jié)成形的情 況)，本方法以誘導(dǎo)期末時(shí)間(水化加速期起點(diǎn)時(shí)間）為初凝時(shí)間，標(biāo)志著水泥基材料即將開(kāi) 始較為劇烈的水化，此后不宜對(duì)水泥基材料進(jìn)行過(guò)多擾動(dòng)；以溫升速率加速期末點(diǎn)作為終 凝時(shí)間，標(biāo)志著水泥基材料的劇烈水化已經(jīng)結(jié)束，水化速率開(kāi)始下降，水化轉(zhuǎn)入減速期。標(biāo) 志著水泥基材料的力學(xué)性能開(kāi)始迅速增長(zhǎng)，且絕對(duì)不能再對(duì)水泥基材料進(jìn)行任何擾動(dòng)，以 免破壞結(jié)構(gòu)的整體性。
[0052] 以下為本發(fā)明引用文獻(xiàn)：
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[0053] 以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作 用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，其特征在于：包括如下步驟， 步驟S1 :提供一水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定儀，該智能測(cè)定儀包括一具有保溫防蒸 發(fā)效果的外殼，所述外殼是由保溫筒體和保溫蓋組成，所述保溫筒體內(nèi)放置有用于盛裝水 泥基材料樣品的內(nèi)膽，所述保溫蓋的底部中央安裝有可更換的向下凸起以深入水泥基材料 樣品內(nèi)的保護(hù)管，所述保護(hù)管內(nèi)設(shè)置有用于測(cè)量水泥基材料樣品水化溫度的第一溫度計(jì)， 所述外殼外側(cè)安裝有用于測(cè)量環(huán)境溫度的第二溫度計(jì)；所述第一溫度計(jì)和第二溫度計(jì)均電 性連接至溫度數(shù)據(jù)采集器；所述溫度數(shù)據(jù)采集器還電性連接有溫度信號(hào)發(fā)射裝置；所述溫 度數(shù)據(jù)采集器、溫度信號(hào)發(fā)射裝置均設(shè)置于一安裝于所述外殼外側(cè)的控制電路板；所述溫 度數(shù)據(jù)采集器集成有進(jìn)行時(shí)間采集的計(jì)時(shí)器及用于存儲(chǔ)所述第一溫度計(jì)和第二溫度計(jì)采 集的溫度信號(hào)的信號(hào)存儲(chǔ)器； 步驟S2 :在水泥基材料攪拌完成出機(jī)后，對(duì)該水泥基材料進(jìn)行取樣，并裝入所述內(nèi)膽； 步驟S3 :開(kāi)啟測(cè)試開(kāi)關(guān)，通過(guò)所述第一溫度計(jì)和第二溫度計(jì)測(cè)量等間隔時(shí)間的水泥基 材料樣品溫度和外部環(huán)境溫度，并將溫度與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)至所述溫度 數(shù)據(jù)采集器中，同時(shí)通過(guò)所述溫度信號(hào)發(fā)射裝置將該數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至計(jì)算機(jī)或手機(jī)中； 步驟S4 :通過(guò)計(jì)算機(jī)處理所述水泥基材料樣品溫升與時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)，獲取 水泥基材料溫升速率曲線、時(shí)間/溫升曲線，其中，溫升速率曲線的橫坐標(biāo)為時(shí)間、縱坐標(biāo) 為溫升速率；時(shí)間/溫升曲線的橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為時(shí)間除以對(duì)應(yīng)的溫升； 步驟S5 :通過(guò)水泥基材料樣品溫升速率曲線、時(shí)間/溫升曲線，獲取溫升速率加速期起 點(diǎn)和加速期終點(diǎn)時(shí)間，即水泥基材料水化速率加速期開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間；該水泥基材料 水化速率加速期開(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間即為測(cè)定結(jié)果，并用于標(biāo)志水泥基材料初凝時(shí)間和終 凝時(shí)間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，其特征在于：所述控制 電路板設(shè)置上還設(shè)置有一用于控制電路板啟動(dòng)與結(jié)束時(shí)間的開(kāi)關(guān)控制電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，其特征在于：所述 控制電路板通過(guò)直流電源或充電式電池供電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，其特征在于：所述溫度 數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)采集周期一般為3d-7d。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，其特征在于：所述內(nèi)膽 內(nèi)鋪設(shè)有方便傾倒水泥基材料樣品的塑料膜或紙膜。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，其特征在于：所述保護(hù) 管為銅管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，其特征在于：所述溫度 數(shù)據(jù)采集器還電性連接有液晶屏。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，其特征在于：所述溫度 數(shù)據(jù)采集器設(shè)置有USB接口。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基材料凝結(jié)時(shí)間智能測(cè)定方法，其特征在于：所述第一 溫度計(jì)為振弦式溫度計(jì)、電阻式溫度計(jì)或熱電偶測(cè)溫儀器；所述第二溫度計(jì)為振弦式溫度 計(jì)、電阻式溫度計(jì)或熱電偶測(cè)溫儀器。
【文檔編號(hào)】G01N33/38GK104155432SQ201410386115
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】鄭建嵐, 王國(guó)杰, 羅素蓉, 王雪芳, 陳亞亮 申請(qǐng)人:福建江夏學(xué)院