本發(fā)明涉及一種基于電阻率法混凝土齡期等效的方法，具體的說(shuō)，是一種可以自動(dòng)采集混凝土試樣電阻數(shù)據(jù)的測(cè)試系統(tǒng)，基于電阻率與混凝土齡期的相關(guān)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)混凝土齡期等效。

背景技術(shù)：

混凝土齡期是反映其強(qiáng)度、彈性模量等物理力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)，在水利工程中，常需要根據(jù)齡期來(lái)確定混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)和力學(xué)性能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，獲得混凝土齡期的方法有很多種，可分為直接測(cè)試法和間接測(cè)試法。直接測(cè)試法包括標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊法、同條件養(yǎng)護(hù)試塊法、取芯法等。直接測(cè)試法是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下或同條件養(yǎng)護(hù)下的多組混凝土試樣進(jìn)行破壞試驗(yàn)，直接得到混凝土齡期，測(cè)試效果受樣本離散性影響較大。間接測(cè)試法包括拔出法、回彈法、超聲法、超聲一回彈綜合法、成熟度法、電阻率法等，間接測(cè)試法在各個(gè)齡期內(nèi)或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，只針對(duì)同一個(gè)試件進(jìn)行檢測(cè)，這樣可以更好地揭示混凝土整體齡期發(fā)展規(guī)律，并且一般操作簡(jiǎn)單易于推廣。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的水工建筑物，拔出法、回彈法、超聲法、超聲-回彈綜合法適用性也受到限制。

混凝土齡期反應(yīng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)，與孔隙率、孔隙尺寸、飽和度、孔隙結(jié)構(gòu)、含水率、固相膠凝混合物等有關(guān)；混凝土電阻率由含水率、飽和度、固相膠凝混合物導(dǎo)電性、孔隙溶液的導(dǎo)電性、孔隙尺寸等決定的，并且與溫度有關(guān)。通過(guò)孔隙率，飽和度，孔隙結(jié)構(gòu)，固相膠凝混合物等，混凝土電阻率與齡期發(fā)生聯(lián)系，并存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，可以基于電阻率法表征混凝土齡期特征，通過(guò)測(cè)試混凝土齡期，并利用電阻率相等，實(shí)現(xiàn)不同養(yǎng)護(hù)溫度下混凝土齡期等效轉(zhuǎn)換。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有測(cè)試方法的不足，基于電阻率法混凝土齡期等效的基本原理，提供了一種無(wú)損快捷測(cè)試混凝土齡期的試驗(yàn)系統(tǒng)，本發(fā)明對(duì)混凝土標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，通過(guò)編制程序?qū)崿F(xiàn)了獲取任意養(yǎng)護(hù)溫度下混凝土的電阻率，再利用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的電阻率換算，得到任意養(yǎng)護(hù)溫度下的混凝土等效齡期。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：

一種基于電阻率法混凝土齡期等效的試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，它包括電腦，電腦與自動(dòng)采集與短接裝置連接，自動(dòng)采集與短接裝置包括繼電器、混凝土試樣、智能電阻測(cè)試儀，金屬板作為混凝土試樣的導(dǎo)電裝置與繼電器連接，而繼電器另一端與智能電阻測(cè)試儀相連。

它還包括溫度控制裝置，溫度控制裝置包括保溫箱、加熱器、溫度開關(guān)和溫度傳感器，加熱器與溫度傳感器置于保溫箱內(nèi)，溫度開關(guān)位于保溫箱外面，加熱器連著溫度開關(guān)，根據(jù)溫度傳感器采集的溫度，控制溫度開關(guān)，使加熱器開始或停止工作。

它還包括電源。

一種用上述系統(tǒng)獲取混凝土齡期的方法，其特征在于：它包括以下步驟：

(1)制備兩個(gè)尺寸相同的混凝土試樣；

(2)打開自動(dòng)采集與短接裝置，通過(guò)控制繼電器端子的開啟與閉合，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、采集與短接的功能；

(3)對(duì)步驟中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

在步驟中，當(dāng)數(shù)據(jù)變化浮動(dòng)超過(guò)一定范圍，增大記錄數(shù)據(jù)的頻率：當(dāng)數(shù)據(jù)變化浮動(dòng)較緩慢時(shí)，降低記錄數(shù)據(jù)的頻率。

在步驟中，在回路中串聯(lián)電阻箱，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄的混凝土試樣正反向電阻，分別減去電阻箱顯示的電阻值，由此求出混凝土試樣正反兩向電阻，將兩個(gè)方向電阻求平均，作為混凝土試樣的電阻值。

上述金屬板為鋁板，鋁板上預(yù)制27個(gè)等直徑的小孔。頂部預(yù)留2個(gè)小孔便于連接導(dǎo)線，其余5行5列共25個(gè)小孔，以保證鋁板與混凝土試樣的整體性。

上述步驟2)中繼電器為程序控制繼電器，在兩次測(cè)量電阻間隔時(shí)，自動(dòng)使混凝土試樣短接：

在步驟2)中用保溫箱設(shè)置溫度養(yǎng)護(hù)條件，該溫度養(yǎng)護(hù)條件為：15度至50度的養(yǎng)護(hù)溫度。

與現(xiàn)有的儀器相比，本發(fā)明的有益效果如下：

1.試驗(yàn)方法快捷無(wú)損，保證了不破壞混凝土試樣的原有結(jié)構(gòu)：

2.采用兩個(gè)相同的混凝土試樣同時(shí)試驗(yàn)，便于相互取證，排除偶然性：

3.通過(guò)編制程序，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)實(shí)時(shí)采集電阻數(shù)據(jù)的功能，節(jié)省了測(cè)量者的時(shí)間與精力；

4.試驗(yàn)過(guò)程中采用多種方式來(lái)減小線路電流引起的極化現(xiàn)象影響，從而保證了試驗(yàn)測(cè)量的高精度。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1是混凝土電阻測(cè)試試驗(yàn)系統(tǒng)的示意圖：

圖2是自動(dòng)采集與短接原理圖：

圖3是溫度控制裝置圖；

圖4是自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖；

圖5是混凝土養(yǎng)護(hù)溫度變化曲線圖；

圖6是混凝土養(yǎng)護(hù)溫度變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至3所示，一種基于電阻率法混凝土齡期等效的試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)，它包括電腦1，電腦1與自動(dòng)采集與短接裝置連接，自動(dòng)采集與短接裝置包括繼電器4、混凝土試樣5、智能電阻測(cè)試儀3，金屬板6作為混凝土試樣5的導(dǎo)電裝置與繼電器4連接，而繼電器4另一端與智能電阻測(cè)試儀3相連。

它還包括溫度控制裝置，溫度控制裝置包括保溫箱7、加熱器8、溫度開關(guān)9和溫度傳感器10，加熱器8與溫度傳感器10置于保溫箱7內(nèi)，溫度開關(guān)9位于保溫箱7外面，加熱器8連著溫度開關(guān)9，根據(jù)溫度傳感器10采集的溫度，控制溫度開關(guān)9，使加熱器開始或停止工作。它還包括電源2。

一種用上述系統(tǒng)獲取混凝土齡期的方法，其特征在于：它包括以下步驟：

(1)制備兩個(gè)尺寸相同的混凝土試樣；

(2)打開自動(dòng)采集與短接裝置，通過(guò)控制繼電器4端子的開啟與閉合，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、采集與短接的功能；

(3)對(duì)步驟2)中得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

在步驟2)中，當(dāng)數(shù)據(jù)變化浮動(dòng)超過(guò)一定范圍，增大記錄數(shù)據(jù)的頻率；當(dāng)數(shù)據(jù)變化浮動(dòng)較緩慢時(shí)，降低記錄數(shù)據(jù)的頻率。

在步驟3)中，在回路中串聯(lián)電阻箱，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄的混凝土試樣正反向電阻，分別減去電阻箱顯示的電阻值，由此求出混凝土試樣正反兩向電阻，將兩個(gè)方向電阻求平均，作為混凝土試樣的電阻值。

所述金屬板6為鋁板，鋁板上預(yù)制27個(gè)等直徑的小孔。頂部預(yù)留2個(gè)小孔便于連接導(dǎo)線，其余5行5列共25個(gè)小孔，以保證鋁板與混凝土試樣的整體性。

所述步驟2)中繼電器4為程序控制繼電器，在兩次測(cè)量電阻間隔時(shí)，自動(dòng)使混凝土試樣短接；

在步驟2)中用保溫箱7設(shè)置溫度養(yǎng)護(hù)條件，該溫度養(yǎng)護(hù)條件為：15度至50度的養(yǎng)護(hù)溫度。

混凝土試樣橫截面積較大，不能簡(jiǎn)單地以點(diǎn)代面，更不能簡(jiǎn)單的用兩點(diǎn)間的電阻代表長(zhǎng)方體混凝土試樣的電阻。故選用帶孔鋁板作為混凝土試樣與電極之間的導(dǎo)電裝置，減少了因接觸問(wèn)題而產(chǎn)生的誤差。每塊鋁板上預(yù)制27個(gè)直徑為6mm的小孔。頂部預(yù)留2個(gè)小孔便于連接導(dǎo)線，其余5行5列共25個(gè)小孔，以保證混凝土試樣澆筑后的整體性。

在回路中串聯(lián)一個(gè)固定大電阻，讓混凝土試樣與該固定大電阻作為一個(gè)整體，減小回路中電流，從而直接減小了電流引起的極化現(xiàn)象的影響。

在澆筑振搗過(guò)程中，由于流動(dòng)狀態(tài)的混凝土容易產(chǎn)生靜電壓，從而產(chǎn)生極化現(xiàn)象。同一養(yǎng)護(hù)環(huán)境下，同一材料，同一澆筑過(guò)程的兩個(gè)混凝土試樣從a到b向的混凝土電阻和從b到a向的混凝土電阻隨齡期的發(fā)展沒(méi)有任何規(guī)律，并且相差很大。但是兩個(gè)試樣兩個(gè)方向的平均值隨齡期發(fā)展而增長(zhǎng)，并且兩者大小基本相同。因此選擇混凝土試樣的兩個(gè)方向平均值作為試樣整體電阻值。這也是一種減小測(cè)量過(guò)程中線路電流引起的極化現(xiàn)象的影響的方法。

運(yùn)用程序控制繼電器，在兩次測(cè)量電阻間隔時(shí)，自動(dòng)使混凝土試樣短接，以減小兩極現(xiàn)象的影響。

在澆筑混凝土前，把鋁板分別放在混凝土試樣模具的兩端，用導(dǎo)線使兩端的鋁板連接起來(lái)。當(dāng)混凝土澆筑在模具內(nèi)時(shí)，由鋁板、混凝土和導(dǎo)線組成一個(gè)閉合的回路。這樣聚集在兩端的自由電子和自由離子會(huì)通過(guò)導(dǎo)線發(fā)生中和，從而進(jìn)一步減小混凝土內(nèi)部靜電壓的產(chǎn)生，達(dá)到減小極化現(xiàn)象影響的目的。

由于整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程都需要記錄數(shù)據(jù)，不可能24小時(shí)人工測(cè)量。故在計(jì)算機(jī)上編制程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)控制。其中，智能電阻測(cè)試儀與電腦相連接，并向電腦發(fā)出信號(hào)，通過(guò)編寫程序來(lái)接收信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量混凝土電阻；程序控制繼電器端子的開關(guān)與閉合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向，自動(dòng)采集與短接的功能。

為給混凝土試樣創(chuàng)造溫度養(yǎng)護(hù)條件，自制一個(gè)比較簡(jiǎn)單的加熱裝置，主要由加熱器、溫度開關(guān)、溫度傳感器和保溫箱組成。設(shè)置一定養(yǎng)護(hù)溫度，當(dāng)溫度傳感器反饋信息表明達(dá)到此溫度時(shí)，溫度控制開關(guān)就會(huì)斷開，加熱器停止加熱；當(dāng)?shù)陀诖藴囟葧r(shí)，溫度控制開關(guān)閉合，加熱器自動(dòng)加熱。

具體的進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

1.制樣：將5mm×100mm×110mm的帶孔鋁板放到尺寸為400mm×100mm×100mm混凝土模具兩端，材料備好后，把兩個(gè)模具放在振動(dòng)臺(tái)上，邊澆筑邊振搗，直至達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(依據(jù)不同水灰比而定)，并保證兩個(gè)模具內(nèi)混凝土試樣相同。

2.裝置連接：裝好試樣后，按照?qǐng)D1所示總體結(jié)構(gòu)示意圖連接好電腦、雙串口16路繼電器、智能電阻測(cè)試儀、保溫裝置、兩個(gè)混凝土試樣等，為數(shù)據(jù)采集做準(zhǔn)備。在連接混凝土試樣與雙串口16路繼電器時(shí)，將兩者帶有正極(“+”號(hào))的一端相連接，帶有負(fù)極(“-”號(hào))的一端相連接，并在回路中串聯(lián)一個(gè)電阻箱，從而進(jìn)一步的減小回路中電流對(duì)混凝土極化現(xiàn)象的影響。

保溫箱中放置溫度傳感器t時(shí)刻記錄溫度為t，當(dāng)t＜ta(設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度)時(shí)溫度控制開關(guān)閉合，加熱棒接通電源，開始加熱，繼而保溫箱中溫度隨即開始上升；當(dāng)溫度t＞ta(設(shè)定實(shí)驗(yàn)溫度)時(shí)，溫度控制開關(guān)斷開，加熱棒與電源的通道被切斷，停止加熱，當(dāng)?shù)陀跁r(shí)繼續(xù)加熱，以維持一個(gè)恒定溫度環(huán)境。

3.數(shù)據(jù)采集：連好整個(gè)回路的導(dǎo)線后，打開采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)，通過(guò)編寫的程序控制繼電器端子的開啟與閉合，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向、自動(dòng)采集與短接的功能。其自動(dòng)將混凝土正反向電阻數(shù)據(jù)自適應(yīng)地記錄下來(lái)。當(dāng)數(shù)據(jù)變化浮動(dòng)超過(guò)一定范圍內(nèi)，會(huì)自動(dòng)增大記錄數(shù)據(jù)的頻率；當(dāng)數(shù)據(jù)變化浮動(dòng)較緩慢時(shí)，會(huì)自動(dòng)較低記錄數(shù)據(jù)的頻率。

計(jì)算機(jī)向繼電器發(fā)出命令閉合或開啟的命令。如圖2中，端子1和端子3閉合時(shí)其他所有的端子都是開啟的，快速測(cè)出了混凝土試樣正向電阻(規(guī)定從a到b方向試樣電阻稱為正向電阻)?；炷猎嚇诱螂娮铚y(cè)完后，端子1和端子3立刻開啟，端子2和端子4閉合，快速測(cè)出了混凝土試樣負(fù)向電阻(規(guī)定從b到a方向試樣電阻稱為負(fù)向電阻)。在測(cè)試負(fù)向電阻時(shí)，除端子2和端子4閉合外其他的端子都是開啟的?；炷猎嚇拥恼蚝拓?fù)向電阻測(cè)完后，完成一次測(cè)量。在一次測(cè)量完成后，端子2和端子4立刻開啟，端子9閉合，直到下一次測(cè)量開始。在每次測(cè)量間隔，端子9都閉合，保證混凝土試樣處于短接狀態(tài)。混凝土短接是為了盡量減小電極極化累積效應(yīng)。

4.成果整理：由于在回路中串聯(lián)了一個(gè)固定大電阻，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄的混凝土試樣正反向電阻，分別減去固定大電阻值，由此求出混凝土試樣正反兩向電阻，將兩個(gè)方向電

阻求平均，作為混凝土試樣的電阻值r。根據(jù)電阻率與電阻的相關(guān)關(guān)系，求出電阻率。

ρ＝r×s/l

其中，ρ為混凝土試樣電阻率，ω.m，r為混凝土試樣電阻，ω，s為混凝土試樣橫截面積cm²或m²，l為混凝土試樣的長(zhǎng)度，cm或m。

5.基于電阻率法混凝土齡期等效：利用電阻率相同，把復(fù)雜溫變條件下等效為階梯段恒溫條件，把復(fù)雜條件簡(jiǎn)單化，達(dá)到利用簡(jiǎn)單條件等效復(fù)雜條件的目的。

圖5和圖6中黑色曲線為混凝土養(yǎng)護(hù)溫度隨時(shí)間發(fā)展曲線，紅色階梯線段為δt(δt＝t2-t1＝……＝tn+1-tn)時(shí)間段的溫度，即從t1后的實(shí)際變化溫度曲線近似看作階梯段的溫度線段。在t1時(shí)刻混凝土試樣的實(shí)測(cè)電阻率值為ρ1，t1到t2段上的溫度為t1，認(rèn)為混凝土在這δt段內(nèi)為恒溫t1內(nèi)養(yǎng)護(hù)，如圖1再在恒溫為t1的混凝土電阻率曲線上找出ρ1對(duì)應(yīng)的時(shí)間t′1，并在該曲線上找出t′1+δt對(duì)應(yīng)的電阻率值ρ′2，即ρ′2為t2時(shí)刻的等效值，ρ′2-ρ1為t1到t2段上的等效增量值。同理，以同樣的方法，以ρ′2為基點(diǎn)，在恒溫t2的混凝土電阻曲線上找到ρ′3。同樣的方法，一直等效出最后一個(gè)點(diǎn)ρ′n。