混凝土收縮測量專利技術綜述

吳菲

摘 要：混凝土收縮的測量對于研究混凝土的耐久性和抗裂性具有重要的意義，本文對混凝土收縮測量的方法及其裝置進行介紹，了解相關專利的發展狀況，為混凝土收縮測量技術的改進和相關專利申請提供參考。

關鍵詞：混凝土；收縮；測量；專利

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.094

1 概述

近年來隨著房地產、建筑業的蓬勃發展，混凝土技術也隨之迅速發展，高強高性能混凝土在建筑工程中應用廣泛，然而耐久性和抗裂性問題是阻礙其發展的關鍵問題，為了提高混凝土的耐久性和抗裂性，減少混凝土的收縮引起的開裂，需要對混凝土體積穩定性進行深入地研究。對混凝土收縮的測量有助于在試驗階段對混凝土的收縮性能進行客觀評價，從而在混凝土的抗裂性和耐久性研究中具有重要的作用。

2 混凝土收縮測量專利文獻分析

混凝土收縮測量分類號涉及G01N33/38，考慮到所分析主題的特點，采用分類號加關鍵詞的方式進行檢索，檢索時中文專利數據庫選擇CNABS數據庫，在CNABS數據庫中使用分類號G01N33/38和G01N33/00，關鍵詞表達為“混凝土 s （收縮 or 變形）”進行檢索；外文專利數據庫選擇VEN數據庫，在VEN數據庫中使用分類號和關鍵詞進行檢索，并對檢索的文獻產出國結果進行統計分析，前三名依次為中國、日本、美國，并且中國的申請量比其他國家高出很多。混凝土收縮測量領域的專利申請量在2006年到2008年期間是震蕩變化的，申請量較少；而在2008年到2012年這一時間段內，申請量出現了持續快速的增長，這應該與中國在這期間的房地產、建筑業的蓬勃發展有很大關系。

3 混凝土收縮測量的技術發展

3.1 體積法測量

體積法可用于早期混凝土的自生收縮。申請號為CN02277190的專利申請中把混凝土試樣置于容器的水中，通過觀察容器中水位的下降，可測量混凝土澆注零時起的變形，然而此種方法單純依靠人眼的觀測，存在一定的不便和誤差。為了實現對混凝土的體積變化量的自動檢測，申請號為CN200310113930的專利申請用有色液體代替水浸泡混凝土試樣，并且在反映液面變化的玻璃管兩側分別裝有管狀燈和光電池，有色液柱的液位變化使得光電池接收的光強度發生改變，從而使得光電池輸出對應于液柱高度的信號，即可自動測出被測樣品體積變化量；專利申請CN200610010281則巧妙利用杠桿原理，當混凝土試樣體積的收縮變化時，浸于水中的密封橡膠膜包裹的混凝土試樣受到的浮力隨之改變，使得整個平衡梁失去平衡，此時用拉力傳感器檢測平衡梁的受力大小即可換算出混凝土試樣的體積變化量。另外，體積法不僅可以測量整體的體積變化量，還能夠實現單一方向的收縮值的測量（例如：CN201010600871）。

3.2 接觸式測量儀器

常用的接觸式儀器包括千分表、埋入式電阻應變計和線振儀、線性可變示差傳感器等。

千分表測量法分為臥式和立式2種。千分表的優點是成本較低并且較為穩定，因而適用于長齡期的自收縮測試，其缺點是不能測試1d以前的早期自收縮且自動化程度低。使用埋入式電阻應變計時，由于應變計埋入到混凝試樣中，需保證兩者為協同變形，因而只適用于混凝土硬化之后的測定。而使用線性差動位移傳感器進行測量時需在混凝土試件兩端分別安裝一個傳感器，其方法簡便但成本較高。

專利申請CN200610114257公開了一種水泥混凝土自收縮率測量儀，從混凝土初凝到1d，即對于混凝土的早期自收縮，其測量結果通過置于試樣內部的電阻應變片測得，同時參考千分表的測量值，而對于1d以后的長期自收縮則直接利用千分表進行測量，該方法綜合了電阻應變片的短期測量精確性與千分表測量的長期穩定性，能夠全面準確地測定混凝土形成的各個時期的收縮性能。

為了解決現有實驗方法中只能整體測算形變，而無法精確測量局部形變的問題， 專利申請CN201320754741提供了一種掃描儀法，可以實現將水泥混凝土干縮、溫縮的變形以及開裂情況數據進行掃描采集，從而可以精確獲得平面上兩點之間的形變量，得到的數據更加精確和細致，以平面掃描的方式記錄試件不同時間點各個觀測點的應變和開裂情況，使測量結果更準確。

3.3 非接觸式測量儀器

接觸式測量儀器需在混凝土結構具有一定的強度之后才能進行測量，常見的非接觸式的傳感器包括激光位移傳感器和電渦流式位移傳感器，由于此類傳感器的測試點無需與混凝土試樣接觸，也就不存在與混凝土溫度變形不同步的問題，因而其測定不受混凝土彈性模量的影響，能夠測量早期的體積變形，并且可以實現自動連續的測量，具有較高的測量精度（例如：CN200710030055、CN200410001788）。

專利申請CN200610038892中指出了根據混凝土的自收縮發展規律，在不同的階段應使用不同的測量方法，在初凝以前豎向放置試樣，在試樣上部設置非接觸式傳感器，測定混凝土的凝縮，而在初凝以后為了減輕側模的約束以及重力的影響，將試樣轉換為橫向放置，在試樣兩端設置非接觸式傳感器，測定混凝土的自干燥收縮。在此基礎上，專利申請CN201210049889的作了進一步改進，設計了一種框架式混凝土自收縮測量裝置，其盛放混凝土試樣的錐臺形容器可在框架上翻轉，由此可利用同一試件、同一測量裝置，自混凝土成型時刻起，實現混凝土自收縮（包括塑性階段的凝縮）的測量。

4 總結與展望

混凝土自收縮測量方法對于早期自收縮的測量結果有較大影響，因而測量方法是否嚴謹準確直接影響到自收縮研究的進展，在今后對混凝土自收縮測量方法的深入研究中，測量初始時間的進一步提早、測量精度的進一步提高，以及如何降低試模的約束、消除溫度變形的干擾將是研究者的重點的改進方向。未來的研究將更偏重于這些方面的改善和加強，以進一步提高混凝土收縮檢測的準確性和應用面。

參考文獻：

[1]湖南大學等合編.土木工程材料（第二版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2012（06）.

[2]祝瑜等.混凝土自收縮測量方法的進展[J].低溫建筑技術，2010（10）：7-9.