Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR TESTING SELF-DRYING EFFECT OF CEMENT-BASED MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/097189
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a method for testing the self-drying effect of a cement-based material, capable of testing the change in humidity of the cement-based material after the final setting until the Id stage of adding water, so as to reflect the water consumption therein and the self-drying course. In the time period after the final setting of the cement-based material until the 1d stage of adding water and forming, the dew-point temperature inside the cement-based material is tested, and then the relative humidity inside the cement-based material is calculated using a formula. The present invention can test the change in humidity of the cement-based material after the final setting until the Id stage of adding water, so as to reflect the internal water consumption therein and the self-drying course. Further provided is a multi-stage test method for the whole course, capable of testing the whole course of continuous reduction in relative humidity from an initial 100%, in sealed conditions, starting with adding water and formation of the cement-based material, so as to provide a theoretical foundation for the quantitative calculation of the self-drying and shrinking thereof.

Inventors:
LIU JIAPING (CN)
TIAN QIAN (CN)
YAO TING (CN)
WANG YUJIANG (CN)
ZHANG HANG (CN)
GUO FEI (CN)
ZHANG JIANYE (CN)
Application Number:
PCT/CN2011/085048
Publication Date:
July 04, 2013
Filing Date:
December 30, 2011
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
JIANGSU BOTE NEW MATERIALS CO (CN)
JIANGSU SOBUTE NEW MATERIALS CO LTD (CN)
JIANGSU RES INST BUILDING SCI (CN)
LIU JIAPING (CN)
TIAN QIAN (CN)
YAO TING (CN)
WANG YUJIANG (CN)
ZHANG HANG (CN)
GUO FEI (CN)
ZHANG JIANYE (CN)
International Classes:
G01N33/38; G01N25/70
Foreign References:
CN102539475A2012-07-04
CN101539566A2009-09-23
CN101029881A2007-09-05
US7234860B22007-06-26
CN200910301734A2006-03-14
Other References:
JIANG, ZHENGWU ET AL.: "Autogenous relative humidity change and autogenous shrinkage of high-performance cement pastes", CEMENT AND CONCRETE RESEARCH, vol. 35, no. 8, August 2005 (2005-08-01), pages 1539 - 1545, XP027645817
See also references of EP 2746765A4
Attorney, Agent or Firm:
NANJING TIANYI PATENT AGENT CO.,LTD (CN)
南京天翼专利代理有限责任公司 (CN)
Download PDF:
Claims:
权利要求书

1. 一种水泥基材料自干燥效应的测试方法, 其特征在于, 在水泥基材料终 凝之后至加水成型 Id的时间段内, 利用露点温度计测试水泥基材料内部露点温 度, 再利用公式 (3 ) 计算出水泥基材料内部的相对湿度 log(RH) = d - · J ( 3 )

235 + 235 +

式中: RH为水泥基材料内部的相对湿度, RH=99.98%-99.5%;

td为孔径为临界孔隙半径的孔隙内露点温度;

t为环境温度;

所述露点温度计由热电偶探头与露点微伏计相连得到,所述热电偶探头外带多孔 陶瓷罩或不锈钢丝网护罩, 热电偶由康铜和铬镍合金电连接形成, 多孔陶瓷罩或 不锈钢丝网护罩的孔径为 2-5μΓϊΊ。

2. 如权利要求 1所述的水泥基材料自干燥效应的测试方法, 其特征在于, 露点温度计测量范围为 0到 40°C, 精度不小于 ± 0.005 °C, 灵敏度不小于 0.001 °C。

3. 如权利要求 1或 2或所述的水泥基材料自干燥效应的测试方法, 其特征 在于,利用露点温度计测试水泥基材料内部露点温度时, 所述热电偶探头埋入深 度不小于 1cm。

4. 如权利要求 1或 2所述的水泥基材料自干燥效应的测试方法, 其特征在 于,在水泥基材料加水成型至终凝的时间段内, 采用张力计原理的毛细管负压测 试装置测试毛细管负压, 再利用公式(1 )和 (2 )计算出水泥基材料内部的相对 湿度

n TJ Pg t 2^M, cos ) 、 , λ RH = = exp(―" - ~ J ( 2 )

Psat rPlR T

式 (1 ) 和 (2 ) 中, Y为气一液界面张力, Θ为接触角, r为临界孔隙半径, Δ P为毛细管负压, RH 为水泥基材料内部的相对湿度, Pg为孔隙内部曲面水的饱 和蒸汽压, psat为平面水的饱和蒸汽压, m为液相的摩尔质量, R为理想气体常 数, T为绝对温度, (^为液相的密度。

5. 如权利要求 1或 2所述的水泥基材料自干燥效应的测试方法, 其特征在 于, 在水泥基材料加水成型 Id以后的时间段采用湿度计测试硬化水泥基材料的 相对湿度。

Description:
说明书

水泥基材料自干燥效应的测试方法 技术领域 本发明涉及一种水泥基材料自干燥效应的测试 方法。 背景技术 水泥基材料的自干燥是指在其凝聚结构形成以 后,在密封、与外界隔绝物质 交换的条件下, 由于内部水化作用伴随的化学减縮形成空孔, 而进一步的水化引 起相对湿度的下降的过程。在密封条件下, 由于水化作用, 水泥基材料内部的相 对湿度会从饱和 (100%) 变到不饱和 (<100%), 逐渐减小, 故称为自干燥。 自 干燥效应是水泥基材料自收縮的驱动力, 自干燥程度的高低, 是计算水泥基材料 自收縮的依据。 自收縮是引起水泥基材料早期开裂的重要原因 。

传统的测试自干燥效应的方法主要是测试密封 条件下水泥基材料内部的相 对湿度, 采用湿度计进行测量。 随着现代测试技术的不断发展, 湿度计的精度和 可靠性也在不断提高。 然而,受测试原理的限制,湿度计的可靠测试 范围在 99% 以下, 而且平衡时间也相当地长, 早龄期混凝土的相对湿度多 99%以上, 这种高 湿环境下的湿度测量是测湿领域公认的一个国 际难题。采用传统的湿度计测试的 混凝土自初凝开始时的典型的湿度曲线,在初 凝之后的相当长一段时间内,湿度 计仍然处在平衡时间内, 无法测试真实的湿度值。 因此, 采用湿度计进行测量必 须要等到水泥基材料硬化以后, 通常在 Id以后才能测量。 而在自水泥基材料加 水成型到 Id龄期这段时间内, 采用湿度计的方法无法进行测量。

本发明的研究者曾尝试采用张力计的原理,测 试出了自加水成型开始到孔隙 负压 80kPa左右的自干燥过程 (对应的相对湿度范围 100%-99.98%), 但是, 研 究的结果发现, 80kPa也就是只能在水泥基材料终凝附近,在终 以后到加水 Id 龄期内的水分消耗和自干燥过程 (孔隙负压在 80kPa-2000kPa, 对应的相对湿度 范围 99.98%-99.5%), 采用张力计的原理也仍然没有办法进行测试。 发明内容 本发明提供一种水泥基材料自干燥效应的测试 方法,可以测试水泥基材料在 终凝以后到加水 Id龄期内的湿度变化,以反映其内部的水分消 和自干燥过程。

本发明基于以下原理:

水泥基材料由于水化作用和化学减縮引起的自 干燥本质上是多孔介质材料 内部孔隙负压不断增加和相对湿度不断下降的 热力学过程,用热力学上面的两个 经典方程表示:

Laplace 方程: Αρ = 2 °^ θ ( 1)

r

Kelvin 定律: RH = ^ = exp (-^¾^ ) ( 2)

Psat r Pl RT

式 (1)和 (2) 中, Y为气一液界面张力, Θ为接触角, r为临界孔隙半径, Δ Ρ为毛细管负压, RH 为水泥基材料内部的相对湿度, Pg 为孔隙内部曲面水的 饱和蒸汽压, p sat 为平面水的饱和蒸汽压, m为液相的摩尔质量, R为理想气体 常数, T为绝对温度, (^为液相的密度。

通过式 (1)和式(2 )可以看出, 在其他参数一定时, 决定水泥基材料内部 水分的热力学状态的变量就是临界孔隙半径 r。 根据热力学的能量最低原理, 水 分的蒸发和消耗总是从大孔往小孔逐渐进行。 在给定的热力学状态下, 半径小于 r的孔中仍然充满水, 半径大于 r的孔已经变成不再充水的空孔。 一定的临界孔 隙半径决定了此时的孔隙负压和相对湿度, 换言之, 只要能够定量测试水泥基材 料的孔隙负压或者相对湿度, 就可以全过程地测试水泥基材料自加水成型开 始, 在密封的条件下, 由于水化反应和化学减縮导致内部的热力学状 态变化-自干燥 效应。 同时, 随着内部孔隙负压的不断增加和相对湿度的不 断下降, 临界孔隙半 径逐渐减小,相应的临界孔隙的饱和蒸汽压不 断降低, 与之相对应的露点温度也 不断下降。

相对湿度和露点温度的关系可以用式 (3 ) 来表示: log(RH) = d - · 3 1 ( 3 )

235 + 235 +

式中: RH为水泥基材料内部的相对湿度;

td为孔径为临界孔隙半径的孔隙内露点温度; t为环境温度。

因此,通过测试露点温度也可以计算出内部的 相对湿度变化。本发明的研究 者经试验验证发现,通过这种方法可以计算出 水泥基材料在水泥基材料终凝之后 至加水成型 Id 的时间段内的内部相对湿度变化, 即相对湿度范围在 99.98%-99.5%内的变化情况。测试露点温度所使用 的探头为外带多孔陶瓷罩或不 锈钢丝网护罩的热电偶探头, 热电偶由康铜和铬镍合金电连接形成, 多孔陶瓷罩 或不锈钢丝网护罩的孔径为 2-5μΓϊΊ。热电偶探头与露点微伏计相连, 形成露点温 度计,其中露点微伏计是一个内含电子系统的 , 通过热电偶探头来专门测量露点 温度的仪器。它包含有在露点温度下自动维持 热电偶结点温度的持续感应与控制 电路, 以露点方式进行工作。

所述水泥基材料自干燥效应的测试方法为,在 水泥基材料终凝之后至加水成 型 Id的时间段内, 利用露点温度计测试水泥基材料内部露点温度 , 再利用公式 ( 3 ) 计算出水泥基材料内部的相对湿度 log(RH) = d - · 3 1 ( 3 )

235 + 235 + 式中: RH为水泥基材料内部的相对湿度, RH=99.98%-99.5%;

td为孔径为临界孔隙半径的孔隙内露点温度;

t为环境温度;

所述露点温度计由热电偶探头与露点微伏计相 连得到,所述热电偶探头外带 多孔陶瓷罩或不锈钢丝网护罩, 热电偶由康铜和铬镍合金电连接形成, 多孔陶瓷 罩或不锈钢丝网护罩的孔径为 2-5 μΓϊΊ。

作为本发明的改进,在水泥基材料加水成型至 终凝的时间段内, 采用张力计 原理的毛细管负压测试装置测试毛细管负压, 再利用公式(1)和 (2 )计算出水 泥基材料内部的相对湿度

Αρ = ^^- ( 1 ) r

RH = ^ = exp(―" r 」 ) ( 2 )

Psa, r Pi RT

式 (1)和 (2) 中, Y为气一液界面张力, Θ为接触角, r为临界孔隙半径, A P为毛细管负压, RH 为水泥基材料内部的相对湿度, Pg 为曲面水的饱和蒸汽 压, p sat 为平面水的饱和蒸汽压, Mi为液相的摩尔质量, R为理想气体常数, T 为绝对温度, Pi为液相的密度。

在水泥基材料加水成型 Id以后的时间段, 则可以采用湿度计测试硬化水泥 基材料的早期相对湿度。

本发明测试方法,无论是通过测试露点温度还 是通过测试毛细管负压得到水 泥基材料内部的相对湿度, 都基于以下前提: 保持一定的环境温度下进行测试, 并假定水泥基材料内部温度等同于环境温度。 在该前提下, 上述公式(1) ~ ( 3 ) 中, T=273+t, 并认为 1^为 0.018kg/mol, 以及 为 1.0 X 10 3 kg/m 3 , 平面水的饱 和蒸汽压 p sat 即环境温度下的饱和蒸汽压(20°C时为 17.54毫米汞柱), Pg 为具有 临界孔隙半径 r的孔内饱和蒸汽压。

具体操作可以如下:(以全程监测从水泥基材 料成型至 id以后的时间段的相 对湿度为例进行介绍)

加水拌合后的水泥基材料分成 3分, 分装于 3个四周及底部密封的容器内, 在三个容器内分别预埋毛细管负压测试探头、 露点温度计探头和湿度计探头预埋 管。 毛细管负压测试探头的埋置参见 CN200910301734.2。 露点温度计探头护罩 为不锈钢或陶瓷材质, 探头埋入深度不小于 lcm, 探头直接与水泥基材料接触, 为了保障读数的准确性,探头为一次性使用。 湿度计的探头可以采用首先预埋套 管的方式而避免水泥基材料的损伤, 从而获取探头的重复使用, 采用湿度计预埋 套管时, 套管外管空心, 内管实心, 均由不锈钢材料制成。 套管内管与外管之间 可以通过螺旋相接。套管内径略大于湿度计探 头的外径, 长度也略大于湿度计探 头长度, 尺寸相差不得大于 5%, 套管内管尺寸与探头尺寸一致, 套管外管壁厚 不得小于 2mm。 在水泥基材料密实成型的过程中, 将套管内管装入外管, 一起 预埋进水泥基材料, 振动密实, 埋入深度正好等于套管长度, 待水泥基材料终凝 以后 2h以内, 将套管内管旋出, 将同样尺寸的湿度计探头装入外管, 露在外面 的尾部可用棉花密封。

装上测试探头的水泥基材料容器上表面也需要 密封, 防止水分蒸发, 同时还 需要恒温放置, 温度为 20°C, 波动范围不超过 ± 2°C。

从加水成型开始到终凝以前, 以毛细管负压的测试数据, 再利用公式 (1)和 公式 (2)计算相对湿度;

从终凝至龄期 ld, 以露点温度计的测试数据, 再利用公式 (3)计算相对湿度; 从 Id开始, 以湿度计测试的湿度直接作为测试结果。

本发明所述凝结时间根据 GB 1346《水泥标准稠度用水量、 凝结时间、 安定 性检验方法》 测试得到。

本发明可以测试水泥基材料在终凝以后到加水 Id龄期内的湿度变化, 以反 映其内部的水分消耗和自干燥过程, 并进一步提出一种分阶段、全过程的测试方 法, 可以测试水泥基材料自加水成型开始, 在密封的条件下, 由于水化反应和化 学减縮导致内部孔隙负压从 OkPa开始不断增加,相对湿度从 100%开始不断下降 的全过程, 为其自干燥收縮的定量计算提供理论依据。 附图说明 图 1为实施例 1水泥基材料自加水成型至终凝时的相对湿度 化曲线; 图 2为实施例 1水泥基材料自终凝至 Id龄期的露点温度变化曲线; 图 3为实施例 1水泥基材料自终凝至 Id龄期的相对湿度变化曲线; 图 4为实施例 1水泥基材料 Id以后长龄期的相对湿度变化曲线。 具体实施方式 实施例 1 采用金宁羊 52.5级水泥, 水胶比 0.32, 聚羧酸减水剂掺量为 1.0%。 采用直 径为 100mm, 高为 200mm的塑料圆筒, 恒温水浴温度为 20 °C士 1 °C。 毛细管负压测试仪采用 CN200910301734.2的仪器和方法。 露点温度计测量范围 0到 40 V , 精度不小于 ± 0.005 °C,灵敏度不小于 0.001

°C。所使用的探头为外带不锈钢丝网护罩的 热电偶探头, 热电偶由康铜和铬镍合 金电连接形成, 不锈钢丝网护罩的孔径为 2μηι。 热电偶探头与露点微伏计相 连, 形成露点温度计, 以露点方式进行工作。 采用瑞士 Rotronic公司的 HygroClip S型湿度传感器, 其量程是 0—

100 RH, 全范围内精度 ± 1.5%RH。 根据 GB 1346《水泥标准稠度用水量、 凝结时间、 安定性检验方法》进行测 试, 水泥浆体的初凝时间为 4.2h, 终凝时间为 6h, 从加水成型开始, 根据其水 化硬化过程分为三个阶段: 第一阶段: 0h-6h, 采用毛细管负压测试装置测试出早期毛细管负 压的变化 规律, 再利用公式 (1 ) 和公式 (2) 换算出这一阶段相对湿度的下降规律; 第二阶段: 6h-24h, 采用露点温度计测试出这一阶段的露点温度的 变换规 律, 利用公式 (3) 换算出这一阶段相对湿度的下降规律; 第三阶段: 24h以后, 采相对湿度计直接测试出相对湿度的下降规律 。 由测试结果可见, 采用露点温度计测试换算得到的 6h水泥基材料内部相对 湿度值与第一阶段采用毛细管负压换算得到的 相对湿度值基本一致,采用露点温 度计测试换算得到的 24h水泥基材料内部相对湿度值与第三阶段采用 相对湿度 计得到的相对湿度值基本一致, 同时, 三阶段结合得到的相对湿度变化曲线符合 水泥基材料内部相对湿度变化的规律。本发明 采用分阶段的测试方法, 解决了湿 度计平衡时间长, 早期不敏感而无法测试早期自干燥效应的问题 , 全过程地定 量测试出水泥基材料内部由于水化引起的相对 湿度下降-即自干燥效应的发展规 律。