水泥基材料凝結(jié)時間智能測定方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水泥基材料凝結(jié)時間智能測定方法。該方法首先提供一水泥基材料凝結(jié)時間智能測定儀，通過對出機后的水泥基材料進行取樣，并裝入水泥基材料凝結(jié)時間智能測定儀的內(nèi)膽中；然后，開啟測試開關(guān)，通過測量等間隔時間的水泥基材料樣品溫度，并實時存儲測量數(shù)據(jù)至溫度數(shù)據(jù)采集器中，同時還可將該數(shù)據(jù)實時發(fā)送至計算機中；最后，通過計算機處理所述水泥基材料樣品溫度與時間對應(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始時間和結(jié)束時間。本發(fā)明方便在施工現(xiàn)場測定水泥基材料自攪拌出機后連續(xù)的水化溫升，且得到準確的水化速率加速期開始時間、結(jié)束時間，以標志初凝、終凝時間，更好地服務(wù)于現(xiàn)場施工。
【專利說明】水泥基材料凝結(jié)時間智能測定方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種水泥基材料凝結(jié)時間智能測定方法。 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)時間對確定養(yǎng)護開始時間、確定拆模時間、水化溫 度的控制等具有非常重要的意義。當前隨著工程向高層、大跨、地下空間的拓展，泵送混凝 土逐漸普及，同時混凝土結(jié)構(gòu)開裂的現(xiàn)象也越來越普遍(如圖2所示)。受到城市交通狀況限 制，泵送水泥基材料運輸過程中若時間過長，超過混凝土的初凝時間，則會導致混凝土施工 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裂的一個有效的方法是 二次抹面。但是二次抹面時機的控制非常關(guān)鍵，如果控制不當，會導致對已經(jīng)水化到一定程 度的混凝土結(jié)構(gòu)進行擾動，從而破壞了混凝土結(jié)構(gòu)的整體性(如圖3所示)，導致開裂等結(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，正確測定施工現(xiàn)場混凝土的初凝、 終凝時間對于掌握施工時機、保證混凝土質(zhì)量、保證施工安全至關(guān)重要。
[0003] 目前，在標準測試方法中，一般用貫入阻力法測定水泥基材料的凝結(jié)時間：測定 時，先用5 mm篩從拌合物中篩取細砂漿，倒入特定容器中，然后每隔一定時間測定砂漿貫入 一定深度時的貫入阻力，并繪制時間與貫入阻力關(guān)系曲線圖。一般以橫軸表示時間，縱軸表 示貫入阻力，圖中貫入阻力為3. 5 MPa和28 MPa對應(yīng)的時間即分別為初凝和終凝時間。
[0004] 該測定方法存在以下局限性：（1)僅適用于實驗室，不能用于施工現(xiàn)場；（2)用篩 出的砂漿的貫入阻力，評定現(xiàn)場混凝土的凝結(jié)時間，砂漿的測試結(jié)果與混凝土的實際情況 相關(guān)性不好；（3)操作不便：對于高粘度的混凝土，比如膠凝材料用量大的泵送商品混凝 土、自密實混凝土，根本難以篩出足夠的砂漿，因而操作不便甚至無法實現(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，有時甚至會導致誤判。
[0005] 因此長期以來，不少學者對通過其他手段來表征混凝土的凝結(jié)時間進行了多方探 討。肖蓮珍 [1]李宗津等[2]用混凝土的電阻率來表征混凝土的凝結(jié)時間，通過確定電阻率曲 線上的最低點和轉(zhuǎn)換點來定義凝結(jié)時間。電阻率最低點時間代表水化準備開始的時間，定 義為初凝時間。從水化動力學的角度，轉(zhuǎn)換點代表凝結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)橛不臅r間點，相應(yīng)的時間定 義為終凝時間，通過與傳統(tǒng)貫入阻力法對照，給出了用電阻率法估計混凝土凝結(jié)時間的表 達式。但是通過電阻率定義初凝、終凝時間的方法不能方便地用于施工現(xiàn)場，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得的混凝土凝結(jié)時間相對應(yīng)。 Amziane[4]通過測量新澆混凝土模板側(cè)壓力的變化過程給出了一種確定混凝土凝結(jié)時間的 方法，并定義側(cè)壓力為零的時刻為混凝土的凝結(jié)時間。該方法盡管能用于施工現(xiàn)場，但是不 適用于低坍落度甚至干硬性混凝土，模板側(cè)壓力的測試也不夠簡便。
[0007] 侯東偉等[5]通過測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 凝土固化過程的完成對應(yīng)于新澆混凝土膨脹變形結(jié)束、收縮變形開始的時間。將混凝土的 膨脹變形結(jié)束點定義為混凝土的凝結(jié)時間。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害變形和有害變形?；炷聊Y(jié)之前發(fā)生的變形為 無害變形，凝結(jié)之后發(fā)生的變形為有害變形。該方法只能用于實驗室，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，因為 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表征混凝土的初凝和終 凝時間。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)場監(jiān) 測混凝土的凝結(jié)時間。Nicolas Robeyst[8]通過用超聲法對含礦漁的混凝土配合比進行測 試，指出超聲波速度隨時間變化的曲線上，初凝時間與拐點一致，而終凝時間對應(yīng)于上升的 速度曲線開始變水平的點。Yunsheng Zhang et al. [9]認為在縱向超聲脈沖速度（UPV)對 時間的曲線上，第一階段(誘導前期）的結(jié)束時間和最大UPV變化時間對應(yīng)于混凝土的初凝 和終凝時間。因此，可以通過確定UPV曲線和其差分曲線來確定。Gregor Trtnik[1°]采用 超聲波方法估計水泥漿的初凝時間。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拐點發(fā)生的時刻，或者通過縱 波的超聲脈沖速度達到某指定值的時刻作為初凝時間。
[0009] Dale P. Bentz et al. [11]通過混凝土的受剪流變性能曲線確定大摻量粉煤灰凈 漿的初凝時間，并與ASTM C 191-08[12]方法的測試結(jié)果對比。認為能夠基于流動度的測試 預(yù)估凈漿的凝結(jié)時間。
[0010] 繆昌文等[13]在研究凈漿的早齡期自干燥收縮時，自動連續(xù)測試凈漿(混凝土）中 彎月面的凹陷，通過分析測試結(jié)果定義自干燥收縮測試中的"時間零點"，其機理類似土壤 研究中的張力計。結(jié)果認為，用貫入法得到的時間零點無論在物理定義上，還是測試實踐中 都缺乏充分的可靠性。而彎月面凹陷測試確定的時間零點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混凝土自生收縮的影響時，引用文獻 [14_15]認為混凝土溫升過程中的峰值溫度極有可能與混凝土的終凝時間相對應(yīng)。Allan C. L. Wong et &1.[16]在用布拉格光柵傳感器測試活性粉末混凝土收縮和溫度時，采用了 Neville AM終凝時間即達到峰值溫度時間的說法，經(jīng)對試驗結(jié)果分析認為，終凝時間與混凝土收縮 開始的時間并不一致。實際上，混凝土峰值溫度受三個方面的影響，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中，溫度曲線本 身就不存在峰值，因此不能準確判定混凝土的終凝時間。
[0012] Daniel Cusson et al. [17]通過大型棱柱體軸向約束試驗研究高性能混凝土早齡 期性能，提出溫升速率的起點和峰值點可以代表初凝時間和終凝時間。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，而初步的試驗表明， 溫升速率起點并不隨這些因素改變，可以作為一個表征混凝土內(nèi)應(yīng)力開始發(fā)展的相對穩(wěn)定 的指標。
[0013] 但是文獻[17].中所謂"溫升速率的起點"的概念不夠確切。其確定"溫升速率起 點"的方法也存在一定的不確定性。首先，水泥基材料的水化過程包括誘導前期、誘導期、 水化速率加速期和水化速率減速期、衰減期五個階段。盡管在誘導前期、誘導期溫升并不明 顯，溫升速率較小，但確切地說溫升速率起點是發(fā)生在誘導前期的。而實際上文獻[17]的 本意在于"顯著的溫升速率變化的起點"，即溫升速率加速期的起點。實際上水化(溫升）速 率加速期是非常關(guān)鍵的時期，其開始代表了水泥基材料凝結(jié)硬化的開始，結(jié)束代表了水泥 基材料具有一定力學性能，并進入迅速增長階段。文獻[17]給出的確定"溫升速率起點"的 方法見圖4。即對溫升曲線求導，得到溫升速率曲線，在開始階段，溫升速率值很小，在橫軸 上下波動，當溫升速率曲線開始顯著上升時，取該起點為"溫升速率起點"。由于樣品沒有跟 外界隔離，缺乏保溫隔熱、防蒸發(fā)措施，且沒有規(guī)定一個等間距的時間間隔，所得到的溫升 速率曲線呈鋸齒形，因此通過這種方法得到的時間點較為粗略，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 明顯的加速期起點，見圖5所示。圖5中的混凝土溫升速率曲線看起來從一開始就是上升 的，因為沒有拐點，即便對溫升速率曲線再求導數(shù)，也難以得到其確切的加速期起點時間。 因此也就難以通過文獻 [17]的方法得到其所定義的初凝時間。
[0015] 申請人:在研究中發(fā)現(xiàn)，通過在水泥基材料攪拌出機后，以較短的等距時間間隔測 試其水化過程中的溫度，并對測試所得的溫升數(shù)據(jù)進行處理，可以得到任何一個水泥基材 料樣品的"時間/溫升"曲線和溫升速率曲線。而"時間/溫升"曲線上第一個凸起的拐點 所發(fā)生的時間，可以定義為溫升速率曲線上溫升速率加速期起點（誘導期末點）時間，其物 理意義為溫升開始加速增長的時刻（時間是線性增長的，在溫度增長很慢的時候，"時間/溫 升"值較大，當溫度開始快速增長時，"時間/溫升"值開始變小，當溫度加速增長時，"時間 /溫升"曲線上出現(xiàn)拐點）。這種方法不僅無需增加測試成本，而且能非常明確地定義出溫 升速率加速期起點時間。溫升速率加速期末點時間則可以通過溫升速率曲線峰值點進行確 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和末點時間與水泥基材料水化 加速期起點和末點時間相對應(yīng)。
[0016] 貫入阻力法主要從混凝土受到錐體貫入時的力學性能來判斷其凝結(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，甚至會出現(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。實際上，水泥基材料的凝結(jié)本質(zhì)上是化學與物理過程，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，才可能發(fā)生 凝結(jié)。水化到某特定時刻的力學性能主要是由水化過程和水膠比決定的。對于最終能夠通 過水化獲得特定強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 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)時間主要還 是由水化進程決定。
[0017] 由于水泥基材料的強度等級各不相同，凝結(jié)的本質(zhì)不在于任何一個配合比都達到 某一特定的強度，而在于對該特定的配合比本身而言，水化達到某一特定的階段。這實際上 比用灌入度表征的凝結(jié)時間更貼近水泥基材料凝結(jié)的本質(zhì)，也更符合工程中對凝結(jié)時間的 需求。
[0018] 為此，本 申請人:提出一種不是通過貫入法測定水泥基材料初凝、終凝時間，而是直 接測定水泥基材料水化速率加速期開始與結(jié)束時間，從而確定初凝、終凝時間的方法，該方 法通過測定一定條件下的水泥基材料溫升曲線，就可以準確地得到該水泥基材料樣品的水 化速率加速期起點和終點的時間，并確切定義水泥基材料的初凝與終凝時間。


【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)場使用、操作簡便、測量結(jié)果準確的水泥 基材料凝結(jié)時間智能測定方法。
[0020] 為實現(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)時間智能測定方法， 包括如下步驟， 步驟S1 :提供一水泥基材料凝結(jié)時間智能測定儀，該智能測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)的保護管，所述保護管內(nèi)設(shè)置有用于測量水泥基材料樣品水化溫度的第一溫度計， 所述外殼外側(cè)安裝有用于測量環(huán)境溫度的第二溫度計；所述第一溫度計和第二溫度計均電 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發(fā)射裝置；所述溫 度數(shù)據(jù)采集器、溫度信號發(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)采集器集成有進行時間采集的計時器及用于存儲所述第一溫度計和第二溫度計采 集的溫度信號的信號存儲器； 步驟S2 :在水泥基材料攪拌完成出機后，對該水泥基材料進行取樣，并裝入所述內(nèi)膽； 步驟S3 :開啟測試開關(guān)，通過所述第一溫度計和第二溫度計測量等間隔時間的水泥基 材料樣品溫度和外部環(huán)境溫度，并將溫度與時間對應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)實時存儲至所述溫度 數(shù)據(jù)采集器中，同時通過所述溫度信號發(fā)射裝置將該數(shù)據(jù)實時發(fā)送至計算機或手機中； 步驟S4 :通過計算機處理所述水泥基材料樣品溫升與時間對應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)，獲取 水泥基材料溫升速率曲線、時間/溫升曲線，其中，溫升速率曲線的橫坐標為時間、縱坐標 為溫升速率；時間/溫升曲線的橫坐標為時間，縱坐標為時間除以對應(yīng)的溫升； 步驟S5 :通過水泥基材料樣品溫升速率曲線、時間/溫升曲線，獲取溫升速率加速期起 點和加速期終點時間，即水泥基材料水化速率加速期開始時間和結(jié)束時間；該水泥基材料 水化速率加速期開始時間和結(jié)束時間即為測定結(jié)果，并用于標志水泥基材料初凝時間和終 凝時間。
[0021 ] 在本發(fā)明實施例中，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與結(jié) 束時間的開關(guān)控制電路。
[0022] 在本發(fā)明實施例中，所述控制電路板通過直流電源或充電式電池供電。
[0023] 在本發(fā)明實施例中，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)明實施例中，所述保護管為銅管。
[0026] 在本發(fā)明實施例中，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)明實施例中，所述第一溫度計為振弦式溫度計、電阻式溫度計或熱電偶測 溫儀器；所述第二溫度計為振弦式溫度計、電阻式溫度計或熱電偶測溫儀器。
[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)時間智能測定方法，方便在施工現(xiàn)場測定水泥基材料自攪拌 出機后連續(xù)的水化溫升，水化溫度測量結(jié)果準確，從而可以通過計算機對水化溫度數(shù)據(jù)進 行處理，得到準確的水化速率加速期開始時間、結(jié)束時間，以經(jīng)過內(nèi)部換算識別水泥基材料 的初凝、終凝時間，更好地服務(wù)于現(xiàn)場施工。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030] 圖1為水泥基材料凝結(jié)時間智能測定儀的構(gòu)造示意圖 圖2為典型的泵送商品混凝土板裂縫(未進行二次抹面)。
[0031] 圖3為由于二次抹面時間超過凝結(jié)時間導致混凝土板通透性不規(guī)則裂縫。
[0032] 圖4為文獻[17]給出的根據(jù)溫升速率確定"時間零點"的方法的曲線圖。
[0033] 圖5時間/溫升曲線與溫升速率曲線用于確定初凝時間的對比曲線圖。
[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"時間/溫升"曲線。
[0037] 圖9為溫升速率和"時間/溫升"曲線在各階段的對應(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-保護管，4-第一溫度計， 5_溫度數(shù)據(jù)采集器，6-USB接口，7-第二溫度計，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為高強水泥基灌漿料；SCC-1為大摻量粉煤灰 自密實混凝土；SCC-2為粉煤灰和礦渣復(fù)摻的自密實混凝土；圖7和圖8中圓點表示用本方 法確定的特定配合比的水泥基材料的初凝時間； 圖9中：階段1即AB段代表誘導期；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點以后代表衰減期。

【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行具體說明。
[0040] 本發(fā)明一種水泥基材料凝結(jié)時間智能測定方法，包括如下步驟， 步驟S1 :提供一水泥基材料凝結(jié)時間智能測定儀，該智能測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)的保護管，所述保護管內(nèi)設(shè)置有用于測量水泥基材料樣品水化溫度的第一溫度計 (振弦式溫度計、電阻式溫度計或熱電偶等測溫儀器)，所述外殼外側(cè)安裝有用于測量環(huán)境 溫度的第二溫度計(振弦式溫度計、電阻式溫度計或熱電偶等測溫儀器）；所述第一溫度計 和第二溫度計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 發(fā)射裝置；所述溫度數(shù)據(jù)采集器、溫度信號發(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)采集器集成有進行時間采集的計時器及用于存儲所述第一溫度計 和第二溫度計采集的溫度信號的信號存儲器； 步驟S2 :在水泥基材料攪拌完成出機后，對該水泥基材料進行取樣，并裝入所述內(nèi)膽； 步驟S3 :開啟測試開關(guān)，通過所述第一溫度計和第二溫度計測量等間隔時間的水泥基 材料樣品溫度和外部環(huán)境溫度，并將溫度與時間對應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)實時存儲至所述溫度 數(shù)據(jù)采集器中，同時通過所述溫度信號發(fā)射裝置將該數(shù)據(jù)實時發(fā)送至計算機或手機中； 步驟S4 :通過計算機處理所述水泥基材料樣品溫升與時間對應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)，獲取 水泥基材料溫升速率曲線、時間/溫升曲線，其中，溫升速率曲線的橫坐標為時間、縱坐標 為溫升速率；時間/溫升曲線的橫坐標為時間，縱坐標為時間除以對應(yīng)的溫升； 步驟S5:通過水泥基材料樣品溫升速率曲線、時間/溫升曲線，獲取溫升速率加速期起 點和加速期終點時間，即水泥基材料水化速率加速期開始時間和結(jié)束時間；該水泥基材料 水化速率加速期開始時間和結(jié)束時間即為測定結(jié)果，并用于標志水泥基材料初凝時間和終 凝時間。
[0041] 為了對控制電路板啟動與結(jié)束時間進行控制，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與結(jié)束時間的開關(guān)控制系統(tǒng)；所述控制電路板通過直流電源或充電式 電池供電。
[0042] 以下為具體實施例。
[0043] 如圖1所示，一種水泥基材料凝結(jié)時間智能測定儀，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)的保護管3,所述保護管3內(nèi)設(shè)置有用于測量水泥基材料樣品水化溫度的第一溫度計4， 所述第一溫度計4的上端固定于保溫蓋12的底部中央，所述第一溫度計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。為了保護第一溫度計4,所述保護管3呈柱狀，其尺寸為高約100mm、直徑10mm， 可由銅管制成。為了測試外界溫度對外殼1內(nèi)水泥基材料水化時間的影響，所述外殼1外 側(cè)還可以安裝有用于測量環(huán)境溫度的第二溫度計7,所述第二溫度計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。為了實時發(fā)送到計算機或手機，所述溫度數(shù)據(jù) 采集器5還可以電性連接有溫度信號發(fā)射裝置。當然，所述溫度數(shù)據(jù)采集器5的控制電路 板9還可以集成一計時器，同時進行時間的數(shù)據(jù)采集與信號發(fā)射。
[0046] 以下為本發(fā)明的相應(yīng)實驗。
[0047] 以水泥基材料絕熱溫升實驗結(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計算機以30min間隔自動采集試樣中心溫度。試驗得到的 水泥基材料絕熱溫升隨齡期的變化曲線見圖6,通過以短而均勻的時間間隔采集溫度 變化數(shù)據(jù)，因此可以求得絕熱溫升速率(變化率）曲線見圖7,將試驗結(jié)果表示為以時間 T為橫坐標，時間與溫升的比值"T/#·)"為縱坐標的曲線，即"時間/溫升"曲線，如圖8所 示（圖6~圖8中，NC-1為普通混凝土；UGM-1為高強水泥基灌漿料；SCC-1為大摻量粉煤灰 自密實混凝土；SCC-2為粉煤灰和礦渣復(fù)摻的自密實混凝土；圖7和圖8中圓點表示用本方 法確定的特定配合比的水泥基材料的初凝時間；圖7和圖8中圓點表示用本方法確定的特 定配合比的水泥基材料的初凝時間）。
[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，即都經(jīng)歷了相同的階段，包括：誘導期、升溫速率加速期、升溫 速率減速期、衰減期。與水泥的水化過程分為五個階段 [18]有所不同，由于攪拌、入模和測試 準備時間一般大于0. 5 h，水泥基材料絕熱溫升試驗往往無法捕捉到水泥水化誘導前期階 段，該階段對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給出同一個配合比的溫升速率曲線與"時間/溫升"曲線的對應(yīng)關(guān)系，階段1 即AB段代表誘導期；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點以后代表衰減期；由圖可見：Τ/0Γ；)曲線在誘導期處于上升階段，到誘 導期末有一個向上的峰值點；在加速期該曲線顯著下降，并在與溫升速率峰值點對應(yīng)的時 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。減速期與衰減期的分界 點在溫升曲線和溫升速率曲線上都不明顯，但在上有一個轉(zhuǎn)折點，見圖7中的Di點， 該點以后整個衰減期近似一條上升的射線。另外，由圖4可見，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發(fā)生的時刻作為誘導期末時間（水化加速期 起點時間），即溫度開始加速增長比勻速增長的時間增長更快的時刻誘導期結(jié)束，進入溫升 速率加速期。盡管有文獻[17,19]提出以放熱速率來判定混凝土的初凝時間，但是并沒有 很好的方法來確定放熱速率曲線的起點。由于誘導期內(nèi)溫升速率并不一定有個最低點，因 此難以通過溫升速率確定確切的誘導期末時間，而Γ/^Τ)曲線上必然有個明顯的峰值點， 且該峰值點發(fā)生的時間為溫升速率加速期起點的時間。
[0051] 水化加速期末時間為圖5中溫升速率曲線峰值點時間。標志著水泥基材料水化 進入減速期。對于正常能凝結(jié)成形的水泥基材料(排除水膠比太大根本無法凝結(jié)成形的情 況)，本方法以誘導期末時間(水化加速期起點時間）為初凝時間，標志著水泥基材料即將開 始較為劇烈的水化，此后不宜對水泥基材料進行過多擾動；以溫升速率加速期末點作為終 凝時間，標志著水泥基材料的劇烈水化已經(jīng)結(jié)束，水化速率開始下降，水化轉(zhuǎn)入減速期。標 志著水泥基材料的力學性能開始迅速增長，且絕對不能再對水泥基材料進行任何擾動，以 免破壞結(jié)構(gòu)的整體性。
[0052] 以下為本發(fā)明引用文獻：
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[19] S. Mindess，J. F. Young, Concrete, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, USA, 1981，671 pp. 〇
[0053] 以上是本發(fā)明的較佳實施例，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，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種水泥基材料凝結(jié)時間智能測定方法，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)時間智能測定儀，該智能測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)的保護管，所述保護管內(nèi)設(shè)置有用于測量水泥基材料樣品水化溫度的第一溫度計， 所述外殼外側(cè)安裝有用于測量環(huán)境溫度的第二溫度計；所述第一溫度計和第二溫度計均電 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發(fā)射裝置；所述溫 度數(shù)據(jù)采集器、溫度信號發(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)采集器集成有進行時間采集的計時器及用于存儲所述第一溫度計和第二溫度計采 集的溫度信號的信號存儲器； 步驟S2 :在水泥基材料攪拌完成出機后，對該水泥基材料進行取樣，并裝入所述內(nèi)膽； 步驟S3 :開啟測試開關(guān)，通過所述第一溫度計和第二溫度計測量等間隔時間的水泥基 材料樣品溫度和外部環(huán)境溫度，并將溫度與時間對應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)實時存儲至所述溫度 數(shù)據(jù)采集器中，同時通過所述溫度信號發(fā)射裝置將該數(shù)據(jù)實時發(fā)送至計算機或手機中； 步驟S4 :通過計算機處理所述水泥基材料樣品溫升與時間對應(yīng)關(guān)系曲線的數(shù)據(jù)，獲取 水泥基材料溫升速率曲線、時間/溫升曲線，其中，溫升速率曲線的橫坐標為時間、縱坐標 為溫升速率；時間/溫升曲線的橫坐標為時間，縱坐標為時間除以對應(yīng)的溫升； 步驟S5 :通過水泥基材料樣品溫升速率曲線、時間/溫升曲線，獲取溫升速率加速期起 點和加速期終點時間，即水泥基材料水化速率加速期開始時間和結(jié)束時間；該水泥基材料 水化速率加速期開始時間和結(jié)束時間即為測定結(jié)果，并用于標志水泥基材料初凝時間和終 凝時間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥基材料凝結(jié)時間智能測定方法，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與結(jié)束時間的開關(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)時間智能測定方法，其特征在于：所述 控制電路板通過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)時間智能測定方法，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)時間智能測定方法，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)時間智能測定方法，其特征在于：所述保護 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)時間智能測定方法，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)時間智能測定方法，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)時間智能測定方法，其特征在于：所述第一 溫度計為振弦式溫度計、電阻式溫度計或熱電偶測溫儀器；所述第二溫度計為振弦式溫度 計、電阻式溫度計或熱電偶測溫儀器。
【文檔編號】G01N33/38GK104155432SQ201410386115
【公開日】2014年11月19日 申請日期: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, 王國杰, 羅素蓉, 王雪芳, 陳亞亮 申請人:福建江夏學院