專利名稱：高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電阻率測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種主要用于建筑、交通、橋梁、水利、地下工程等土木工程領(lǐng)域的水泥混凝土原材料優(yōu)化、配合比參數(shù)合理選擇以及混凝土質(zhì)量控制的高溫環(huán)境混凝土形成過程中的電阻率變化的測量裝置與方法。
背景技術(shù)：
水泥混凝土是當(dāng)今最重要的建筑材料，廣泛應(yīng)用于建筑、交通、橋梁、水利、地下工程等領(lǐng)域。隨著全球經(jīng)濟迅速發(fā)展，建設(shè)規(guī)?？涨?，水泥混凝土使用量逐年上升，對于經(jīng)濟高速發(fā)展的中國尤為突出。2010年我國水泥產(chǎn)量高達18. 6億噸，占到世界水泥產(chǎn)量的討％， 用其制備的砼的年產(chǎn)量超過100億噸。然而，由于現(xiàn)代混凝土組分復(fù)雜，膠凝材料用量大， 并且摻加了大量的工業(yè)廢渣和外加劑，早期易開裂，導(dǎo)致長期力學(xué)強度和耐久性下降。我國近年來混凝土結(jié)構(gòu)的過早失效時有發(fā)生，這不僅導(dǎo)致了國家財富大量流失，而且造成了資源與能源的極大浪費，更嚴重的是造成了大量的人員傷亡。目前在我國基本建設(shè)如火如荼，投資額達到幾十億、幾百億甚至于上千億人民幣的重點或重大砼工程建設(shè)項目與日俱增，其中涉及到大量的大體積砼工程。水泥水化放出大量的水化熱，而砼是熱的不良導(dǎo)體，大體積砼工程內(nèi)部積聚大量熱量，導(dǎo)致內(nèi)部溫度較高。在高溫環(huán)境下水泥砼結(jié)構(gòu)形成過程進行速度的快慢及程度的大小直接決定著水化產(chǎn)物的數(shù)量以及微結(jié)構(gòu)的密實程度，最終將影響水泥混凝土結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)性能、變形行為和長期耐久性能，監(jiān)測高溫環(huán)境下水泥混凝土結(jié)構(gòu)形成過程，可以用來監(jiān)控水泥混凝土的質(zhì)量，保障水泥混凝土的長期服役性能，同時也可用來優(yōu)選原材料、優(yōu)化配合比參數(shù)和科學(xué)指導(dǎo)施工。采用測試電阻率的方法來監(jiān)測混凝土的水化程度是一個有效可行的方法。目前的電阻率法為通過對不同水灰比、不同摻合料混凝土電參數(shù)和相應(yīng)曲線變化規(guī)律的研究，推出早齡期混凝土電阻率和強度分別隨時間變化的關(guān)系，及其相關(guān)性，然而此方法僅能研究室溫環(huán)境下水泥混凝土結(jié)構(gòu)形成過程，無法實現(xiàn)高溫條件下的結(jié)構(gòu)形成過程研究，因此，研發(fā)高溫環(huán)境下水泥混凝土結(jié)構(gòu)形成過程的監(jiān)測裝置具有十分重要的工程價值，為水泥混凝土質(zhì)量監(jiān)控提供了科學(xué)的實驗儀器，應(yīng)用前景十分廣闊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置與方法，實現(xiàn)高溫環(huán)境下水泥混凝土早期結(jié)構(gòu)形成過程的快速與準(zhǔn)確測試，以保證混凝土成型后的質(zhì)量。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置，包括供熱模塊，其包括可預(yù)設(shè)溫度的加熱器、油容器和溫度傳感器， 加熱器接收溫度傳感器反饋的檢測溫度，并根據(jù)預(yù)設(shè)溫度對油容器中的油進行加熱；
動力模塊，其包括輸油管、抽油管和高溫油泵；輸油管一端連通油容器，另一端連通油浴槽；抽油管依次連接油浴槽、高溫油泵、油容器，通過高溫油泵將油浴槽中的油輸至油容器中；
電阻率測量模塊，其包括控制器、電壓感應(yīng)環(huán)、微電流傳感器、電壓感應(yīng)器、環(huán)形油浴槽和位于油浴槽中的環(huán)形樣品倉，樣品倉上設(shè)有注入口 ；電壓感應(yīng)環(huán)與樣品倉的環(huán)孔相扣； 微電流傳感器以及電壓感應(yīng)器分別檢測樣品倉中的感應(yīng)電流與感應(yīng)電壓并送至控制器中， 控制器控制電壓感應(yīng)環(huán)中的電壓；
人機接口模塊，其包括數(shù)據(jù)采樣分析部分和顯示部分，數(shù)據(jù)采樣分析部分按一定頻率對控制器的檢測值進行采樣并分析，顯示部分顯示數(shù)據(jù)采樣分析部分的分析結(jié)果。作為一種改進，本發(fā)明中所述電阻率測量模塊的控制器，其相關(guān)控制電路可利用現(xiàn)有成熟電路技術(shù)實現(xiàn)，主要包括在工作時控制電壓感應(yīng)環(huán)的電壓、測量接收微電流傳感器的電流值和電壓感應(yīng)器的電壓值以及分析計算獲取電阻率，并通過現(xiàn)有技術(shù)中的成熟接口電路技術(shù)將數(shù)據(jù)傳遞至人機接口模塊部分如計算機等儲存并經(jīng)過相關(guān)分析軟件實現(xiàn)電阻率與時間變化關(guān)系曲線的繪制，相關(guān)分析軟件可通過現(xiàn)有成熟軟件技術(shù)實現(xiàn)。其中優(yōu)選人機接口模塊對控制器的檢測值為主動采樣，采樣頻率可通過軟件按需要設(shè)定。此外對電阻率的計算也可由人機接口模塊部分完成，即采樣對象為控制器檢測到的電壓和電流值。作為一種改進，本發(fā)明中所述供熱模塊為電磁攪拌加熱器，其還包括工作時置于油容器中的攪拌子，電磁攪拌加熱器可采用現(xiàn)有技術(shù)中的成熟產(chǎn)品，其包括溫度設(shè)定功能， 可根據(jù)設(shè)定溫度進行加熱，并根據(jù)溫度傳感器的實時檢測值決定是否繼續(xù)加熱。此外，加熱器也可利用現(xiàn)有成熟電路技術(shù)實現(xiàn)溫度設(shè)定、溫度采集、對比。作為一種改進，本發(fā)明中所述的動力模塊還包括變頻器，使高溫油泵的轉(zhuǎn)速可調(diào)， 在檢測過程中根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以保證油浴槽中的油溫。作為一種改進，本發(fā)明所述樣品倉為硅膠材料制成，其絕緣性能好，耐高溫，保障了測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。作為一種改進，所述微電流傳感器為環(huán)形，其與樣品倉的環(huán)孔相扣，具體的，樣品倉為圓環(huán)管，微電流傳感器環(huán)繞樣品倉的管外周，電壓感應(yīng)器為1根不閉合導(dǎo)線，其穿過電壓感應(yīng)環(huán)和微電流傳感器的環(huán)孔，平行于樣品倉的環(huán)形平面設(shè)置。因為本發(fā)明中的電阻率測量模塊為避免直流法測量混凝土電阻率的極化問題，采用了無電極接觸的感應(yīng)方式進行測量，因為沒有電極，就需要利用變壓器的形式以電磁感應(yīng)來產(chǎn)生一個感應(yīng)電壓， 本發(fā)明中模擬了一個變壓器，其中電壓感應(yīng)環(huán)等效于變壓器的原邊初級，樣品倉等效于變壓器的副邊次級，當(dāng)變壓器原邊加上一個交流電壓(本發(fā)明中采用的頻率為IKHZ正弦信號)時，次邊將感應(yīng)出一個環(huán)電壓(V)，這個電壓使樣品倉產(chǎn)生了一個環(huán)形電流(I)。本發(fā)明用一個和樣品通過一樣路徑、但不閉合的導(dǎo)線，即和樣品倉環(huán)形平面相互平行，且與樣品倉一樣繞過電壓感應(yīng)環(huán)的電壓感應(yīng)器，來測出樣品上感應(yīng)出的電壓(V)，用一個微電流傳感器來測試通過樣品的環(huán)電流(I)。無機膠凝材料(如水泥混凝土、地聚合物等) 在交流的電壓作用，一般表現(xiàn)出電感的特征，即感應(yīng)出電壓與電流之間存在一個相位差纊因此可以等效成一個電阻與一個電感并聯(lián)。根據(jù)歐姆定律可以算出樣品的電阻。
FR = 5““-(1)
式中，R—樣品的電阻，V—感應(yīng)的環(huán)電壓，I一感應(yīng)的環(huán)電流0 —環(huán)電壓環(huán)與電流相位差。
4
由于使用的交流頻率比較低，僅ΙΚΗζ，完全可以忽略樣品電感的影響。同時，當(dāng)樣品上加上電場時，樣品中的極化分子和原子首尾上接，互相抵消，因此極化場是極其微弱的。從理論上講，極化電場是由于電荷積累而產(chǎn)生的，對于這種無電極的環(huán)樣品，便不再存在電荷積累。盡管不能說極化場絕對不存在，但是在測量中完全可以忽略。而且實驗也證明了這一點，即電壓V與電流I的相位完全一樣。如果有極化場存在，將反應(yīng)為有關(guān)電容效應(yīng)，電壓與電流之間必然存在相位差?；谏鲜龇治隹芍h(huán)電壓環(huán)與電流相位差鏟可以近似為0，那么(1)式可以化為
權(quán)利要求
1.一種高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置，其特征是，包括供熱模塊，其包括可預(yù)設(shè)溫度的加熱器、油容器和溫度傳感器，加熱器接收溫度傳感器反饋的檢測溫度，并根據(jù)預(yù)設(shè)溫度對油容器中的油進行加熱；動力模塊，其包括輸油管、抽油管和高溫油泵；輸油管一端連通油容器，另一端連通油浴槽；抽油管依次連接油浴槽、高溫油泵、油容器，通過高溫油泵將油浴槽中的油輸至油容器中；電阻率測量模塊，其包括控制器、電壓感應(yīng)環(huán)、微電流傳感器、電壓感應(yīng)器、環(huán)形油浴槽和位于油浴槽中的環(huán)形樣品倉，樣品倉上設(shè)有注入口 ；電壓感應(yīng)環(huán)與樣品倉的環(huán)孔相扣； 微電流傳感器以及電壓感應(yīng)器分別檢測樣品倉中的感應(yīng)電流與感應(yīng)電壓并送至控制器中， 控制器控制電壓感應(yīng)環(huán)中的電壓；人機接口模塊，其包括數(shù)據(jù)采樣分析部分和顯示部分，數(shù)據(jù)采樣分析部分按一定頻率對控制器的檢測值進行采樣并分析，顯示部分顯示數(shù)據(jù)采樣分析部分的分析結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置，其特征是，所述供熱模塊為電磁攪拌加熱器，其還包括工作時置于油容器中的攪拌子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置，其特征是，所述動力模塊還包括變頻器，調(diào)節(jié)變頻器可改變高溫油泵的轉(zhuǎn)速。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置，其特征是，所述樣品倉為硅膠材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置，其特征是，所述微電流傳感器為環(huán)形，其環(huán)孔與樣品倉的環(huán)孔相扣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置，其特征是，所述電壓感應(yīng)器為1根不閉合導(dǎo)線，其穿過電壓感應(yīng)環(huán)與微電流感應(yīng)器的環(huán)孔。
7.一種基于權(quán)利要求1至6任意一項所述的高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化測量裝置的測量方法包括以下步驟1)向油容器中注入導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油位于油容器中的高度高于油容器與輸油管的連接處高度；將溫度傳感器插入油浴槽中，啟動高溫油泵，使油容器與油浴槽之間通過輸油管和抽油管形成油循環(huán)；2)預(yù)設(shè)加熱器溫度值，啟動加熱器對油容器中的導(dǎo)熱油進行加熱，溫度傳感器實時監(jiān)測油浴槽中的導(dǎo)熱油溫度并將檢測值反饋至加熱器；3)當(dāng)導(dǎo)熱油溫度加熱到預(yù)設(shè)溫度時；從注入口向樣品倉注入新拌混凝土，注入完畢后將注入口密封；4)啟動電阻率測量模塊，控制電壓感應(yīng)環(huán)的電壓，并對微電流傳感器和電壓感應(yīng)器的檢測值；同時啟動人機接口模塊按一定頻率對控制器的檢測值進行采樣與分析，顯示部分顯示分析結(jié)果。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化測量方法，其特征是，步驟1)中高溫油泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在0-1500轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化測量方法，其特征是，步驟3)中所述加熱器的預(yù)設(shè)溫度在20-350°C范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高溫環(huán)境混凝土形成過程中電阻率變化的測量裝置與方法，裝置包括由加熱器、油容器和溫度傳感器組成的供熱模塊，由抽油管、輸油管、高溫油泵組成的動力模塊，設(shè)有控制器、電壓感應(yīng)環(huán)、微電流傳感器、電壓感應(yīng)器、油浴槽、樣品倉的電阻率測量模塊以及人機接口模塊，樣品倉置于油浴槽內(nèi)，油浴槽與油容器之間通過動力模塊形成油循環(huán)；在應(yīng)用時，向油容器中注入適量導(dǎo)熱油，并將溫度傳感器置入油浴槽中，然后啟動高溫油泵開始油循環(huán)；預(yù)設(shè)加熱溫度并啟動加熱器，當(dāng)導(dǎo)熱油達到預(yù)設(shè)溫度時，向樣品倉中注入新拌混凝土漿體，后將樣品倉密封；啟動電阻率測量模塊并通過人機接口模塊采樣記錄并分析相關(guān)檢測值，以得到電阻率隨時間的變化曲線。
文檔編號G01R27/08GK102226824SQ20111007541
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者劉志勇, 張云升, 張文華, 李宗津 申請人:東南大學(xué)