DE10122112B4 - Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen von Betonbauten - Google Patents

Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen von Betonbauten Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen von Betonbauten mit:
einem oberen Stahlrahmenteil (11) und einem unteren Stahlrahmenteil (11),
zwei das obere (11) mit dem unteren Strahlrahmenteil (11) verbindende Metallplatten (13, 13), die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, um einen Rahmen zu bilden, der darin Beton (12) einschließt, wobei die Metallplatten (13, 13) durch Bolzen (17) mit den Stahl rahmenteilen verbunden sind und einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als Beton (12) aufweisen und die oberen und unteren Stahlrahmenteile (11, 11) so ausgebildet sind, daß die oberen und unteren Endabschnitte des eingeschlossenen Betons (12) T-förmig ausgebildet werden,
Zellophanband (16), das den Beton (12), der zu den Metallplatten (13, 13) freiliegt, umgibt, um eine Leckage des darin eingeschlossenen Betons (12) zu verhindern,
einem Dehnungsmesser (15), der an einer der Metallplatten (13, 13) angebracht ist, und
einem Betondehnungsmesser (14), der in dem Beton (12) eingebettet ist, wobei die Metallplatten (13, 13) aus...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen von Betonbauten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen, die der von Betonbauten erzeugten Hydrationswärme zugeschrieben werden, wobei die Vorrichtung anstelle von herkömmlichen Analysetechniken bzw. Experimenten, die an echten Betonbauten durchgeführt werden, im Labor verwendet werden kann.
  • Kürzlich ist die aktive Forschung auf die Entwicklung von Zement gerichtet worden, der bei Hydration keine Wärme erzeugt, da die Hydrationswärme beträchtliche Probleme bei der Konstruktion von massiven Betonbauten bzw. beim Verwirklichen von hochfestem Beton verursacht. Ein Betonbau unterliegt einer durch die Hydrationswärme von Zement verursach ten Wärmespannung entsprechend Begrenzungsbedingungen an seinen inneren und äußeren Teilen. In extremen Fällen kann die Wärmespannung Risse in Betonbauten verursachen, wodurch deren Brauchbarkeit, Wasserdichtheit und Beständigkeit verschlechtert werden.
  • Es ist somit sehr wichtig, den Einfluß der Hydrationswärme auf den Wärmespannungsgrad und das Auftreten von Rissen quantitativ zu untersuchen. Allgemein werden in Betonbauten erzeugte Wärmespannungen analytisch oder experimentell geschlußfolgert.
  • Für analytische Rückschlüsse werden gewöhnlich Finite-Elemente-Methoden verwendet, in denen eine Vielzahl von Konstruktionsbedingungen wirksam moduliert werden kann. Die experimentelle Methode, um Rückschlüsse auf Wärmespannungen zu erhalten, wird in zwei Arten aufgespalten: Die eine besteht darin, Geräte und Meßapparate direkt auf echte bzw. Modellbauten anzuwenden; und die andere besteht darin, Testvorrichtungen zum Messen von Wärmespannungen zu verwenden, die für Laborzwecke hergestellt werden.
  • Da sie Annahmen hinsichtlich des Verhaltens aller Parameter macht, kann die analytische Methode ungenaue Ergebnisse für frischen Beton liefern, dessen physikalische Eigenschaften nicht klar bestimmt werden können. Dieses Problem wird auch nicht leicht durch die echte bzw. Modellbauten verwendende experimentelle Methode gelöst. Zusätzlich leidet die experimentelle Methode an dem Nachteil, daß sie große Ausgaben erfordert, da das Experiment während der Konstruktion durchgeführt werden muß.
  • Die Testvorrichtungen, von denen die meisten in Deutschland oder Japan hergestellt werden, sind sehr teuer und weisen Schwierigkeiten beim Modulieren von tatsächlichen Wärmespannungen auf, die in Betonbauten erzeugt werden. Zusätzlich können die Vorrichtungen nicht die Wärmespannungsänderungen des Baus detektieren, der inneren und äußeren Begrenzungen unterliegt. Die Änderung der von der Innenseite eines Baus erzeugten Spannung, der, wie es in 1a gezeigt ist, inneren und äußeren Begrenzungen unterliegt, weist die Neigung auf, entgegengesetzt zu der Änderung der Spannung zu sein, die am Umfangsbereich des Baus erzeugt wird, der, wie es in 1b gezeigt ist, inneren Begrenzungen unterliegt. Derartige Vorrichtungen können diese Neigung nicht effektiv widerspiegeln. Außerdem sind die Testvorrichtungen ökonomisch ungünstig, indem zusätzliche Geräte zum Beschreiben der thermischen Änderung an gewissen Orten des Baus erforderlich sind.
  • Tazawa und Iida (Transaction of the Japan Concrete Institute, Vol. 5, E. Tazawa und K. Iida, Seiten 119–126) schlagen eine Warmrißtestvorrichtung vor, die aus vier Edelstahlrohren und Platten besteht, die über Mutter an den gegenüberliegenden Enden der Rohre befestigt sind. Ein Dehnungsmesser ist an den Rohren vorgesehen, durch die Wasser mit einer vorab festgelegten Temperatur im Kreislauf fließen gelassen wird. Ein Labor, in dem eine Probe plaziert ist, wird geeignet temperaturkontrolliert, um die durch Temperaturanalyse erhaltene thermische Hysterese zu verkörpern. Der Begrenzungsgrad wird entsprechend der Änderung der Steifigkeit der Rohre und der Temperatur des zirkulierenden Wassers bestimmt.
  • Nach Durchführung eines Experiments unter semi-adiabatischen Bedingungen führte Breitenbucher (Material and Structures, Vol. 23, R. Breitenbucher, Seiten 172–177) einen Berstrahmen ein, der gestaltet ist, um die Temperatur des Betons durch Einbetten eines Kupferrohres in einer Form beliebig zu kontrollieren.
  • Eine Temperaturspannungstestmaschine wurde in Proceedings of the International RILEM Symposium 1994, R. Springenschmid und R. Breitenbucher, Seiten 137–144 beschrieben, die in der gesamten mechanischen Ausführung und Gestaltung mit dem Berstrahmen identisch ist, aber sich darin unterscheidet, daß die Wärmespannung über eine auf einem Kreuzkopfteil installierte Kraftmeßdose gemessen wird, während ein Betonversatz durch Verwendung eines Schrittmotors kontrolliert wird.
  • Aus „Zwangsspannung und Rissbildung infolge Hydratationswärme", 1989, Dissertation am Lehrstuhl für Baustoffkunde und Werkstoffprüfung, Technische Universität München, Seiten 49–72, von R. Breitenbücher ist eine Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen in Betonbauteilen bekannt, bei der ein Dehnungsmesser auf den Beton aufgebracht wird. Zur Untersuchung der Wärmespannung von Beton wird der Reissrahmen in eine Klimakammer gesetzt und die Dehnung des Betons in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen.
  • Die oben beschriebenen herkömmlichen Techniken unterscheiden sich jedoch von der Erfindung im technischen Aufbau.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine (Test) Vorrichtung zum Messen von Wärmespannungen bereitzustellen, die im Inneren von Betonbauten erzeugte Wärmespannungen genau und direkt messen kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen von Betonbauten mit: einem oberen Stahlrahmenteil und einem unteren Stahlrahmenteil, zwei das obere mit dem unteren Strahlrahmenteil verbindende Metallplatten, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, um einen Rahmen zu bilden, der darin Beton einschließt, wobei die Metallplatten durch Bolzen mit den Stahlrahmenteilen verbunden sind und einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als Beton aufweisen und die oberen und unteren Stahlrahmenteile so ausgebildet sind, dass die oberen und unteren Endabschnitte des eingeschlossenen Betons T-förmig ausgebildet werden, Zellophanband, das den Beton, der zu den Metallplatten freiliegt, umgibt, um eine Leckage des darin eingeschlossenen Betons zu verhindern, einem Dehnungsmesser, der an einer der Metallplatten angebracht ist, und einem Betondehnungsmesser, der in dem Beton eingebettet ist, wobei die Metallplatten aus Aluminium mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als derjenige von Beton hergestellt sind.
  • Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch die Verwendung eines Materials mit einem anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als Beton den inneren und äußeren Begrenzungen Rechnung getragen werden kann.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:
  • 1 Kurven, in denen im äußeren Teil (a) und im inneren Teil (b) eines Betonbaus erzeugte Spannungen gegen die Zeit aufgetragen sind;
  • 2 eine Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen von Betonbauten in einer Querschnittsansicht (a), in einer Seitenansicht (b) und in einer Draufsicht (c) und einen in der Vorrichtung verwendeten Bolzen;
  • 3 eine Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen von Betonbauten, die mit einem Dehnungsmesser und Temperatursensoren ausgestattet ist, in einer Querschnittsansicht (a) und in einer Seitenansicht (b).
  • 4 eine Temperatur- und Feuchtigkeitskammer, in der die Vorrichtung plaziert ist;
  • 5 eine Grafik, die die in einem Experiment verwendeten Temperaturhysteresen zeigt;
  • 6 Kurven, in denen Elastizitätsmodule für Begrenzungsbedingungen gegen die Zeit aufgetragen sind;
  • 7 durch Verwendung einer Aluminiumplatte erhaltene Kurven, in denen die Temperatur (a) und die Spannung (b) des Betons gegen die Zeit aufgetragen sind;
  • 8 durch Verwendung einer Invarplatte erhaltene Kurven, in denen die Temperatur (a) und die Spannung (b) des Betons gegen die Zeit aufgetragen sind;
  • 9 die Zuverlässigkeit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung demonstrierende Kurven, in denen die anhand von eingebetteten Dehnungsmessern gemessenen Dehnungsmodule gegen die Zeit aufgetragen sind (a) und die Spannungen einer Betonprobe, die anhand der Ergebnisse von den eingebetteten Dehnungsmessern und der Spannung der Platte berechnet worden sind, verglichen sind.
  • Die Anwendung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird am besten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Bezugszeichen für gleiche und entsprechende Teile verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 ist dort eine Vorrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung in einer Querschnittsansicht (a), in einer Seitenansicht (b) und in einer Draufsicht (c) gezeigt. 2d zeigt eine in der Vorrichtung verwendete Schraube. Wie es in 2 zu sehen ist, ist die Vorrichtung im wesentlichen in zwei Teile untergliedert: Strahlramenteile 11 und eine Metallplatte 13, die die Strahlramenteile 11 miteinander verbindet. Die Strahlramenteile 11 sind in Form eines T gestaltet, damit die Vorrichtung sich in einer integrierten Weise verhält, während die verbindende Metallplatte aus einem Material hergestellt ist, das sich im Wärmeausdehnungskoeffizienten vom Beton unterscheidet. Es handelt sich bei dem Material um Aluminium, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient größer als derjenige von Beton ist.
  • Wie es in 2 zu sehen ist, liegt das Hauptmerkmal der Vorrichtung in der Metallplatte 13, die zwischen den Strahlramenteilen 11 angeordnet ist. Wenn die Metallplatte 13 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Null oder einen Wärmeleitkoeffizienten von Null aufweist, kann damit ein vollständiger Begrenzungszustand des Betons beschrieben werden. In Anbetracht dessen, daß es keine Materialien gibt, die derartige Eigenschaften aufweisen, werden Metallplatten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten rekrutiert, um innere und äußere Begrenzungen in dem Beton effektiv zu simulieren. Wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient der verwendeten Metallplatte kleiner als derjenige des Betons ist, unterliegt der Beton einer Druckspannung bei Temperaturerhöhung und einer Zugspannung bei Temperaturabnahme. Das umgekehrte Phänomen tritt dann ein, wenn die Metallplatte einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer als derjenige des Betons ist. Folglich kann die Wärmespannung in dem äußeren Teil, der der inneren Begrenzung unterliegt, durch Verwendung einer Metallplatte mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Beton und die Wärmespannung in dem inneren Teil, der den inneren und äußeren Begrenzungen unterliegt, durch eine Metallplatte mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als derjenige des Betons beschrieben werden.
  • Die physikalischen Eigenschaften der in der Vorrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Aluminiums und weiterer Materialien sind in der Tabelle 1 unten aufgeführt. Tabelle 1: Physikalische Eigenschaften von Materialien
    Material Wärmeausdehnungskoeffizient Expansion (X10–6/°C) Elastizitätsmodul (X105kgf/cm2)
    Beton 10 3.00
    Stahl 11 21.0
    Aluminium 24 7.33
    Invar 4.5 2.89
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung eines mit der Vorrichtung von 2 durchgeführten experimentellen Verfahrens unter Verwendung der in der Tabelle 1 gezeigten Materialien geliefert.
  • Experimentelles Verfahren
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist dort eine mit Beton gefüllte Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen von Betonbauten in einer Querschnittsansicht (a) und in einer Seitenansicht (b) gezeigt. Wie es in 3 gezeigt ist, ist die Vorrichtung zum Messen der Änderung von Wärmespannungen des Betons mit einigen Meßgeräten ausgestattet. Das heißt, ein geeigneter Dehnungsmesser 15 ist an einer Metallplatte angebracht, wobei ein Betondehnungsmesser 14 in dem Beton eingebettet ist. Innerhalb des Betons sind Wärmesensoren 18, und eine Temperier- und Befeuchtungskammer ist vorgesehen, um die Betontemperatur an die programmierte Temperatur anzupassen. Um zu verhindern, daß der Beton einer plastischen Schrump fung und Trockenschrumpfung unterliegt, ist die Kammer so programmiert, daß sie ihre Feuchtigkeit auf 85% hält. Da die in der Vorrichtung zu verwendende Betonmenge nicht groß ist und die Dicke des verwendeten Betons nur 80 mm beträgt, wie es in 2 zu sehen ist, ist außerdem die von dem verwendeten Beton 12 erzeugte Hydratationswärme zu klein, um den Beton 12 zu beeinflussen, wenn der thermische Austausch bestimmt wird, der in dem Luft direkt ausgesetzten Teil aktiv eintritt. Ein Zellophanband wird an der durch gestrichelte Linien in 3 gekennzeichneten Betonbegrenzung angebracht und nach sechs Teststunden davon gelöst. Vor dem Testen wird eine dünne Stahlplatte, die die Vorrichtung trägt, mit einer ausreichenden Menge Schmiere und Öl beschichtet, um die Erzeugung von Reibung zu verhindern oder das Ausmaß von Reibung erheblich zu verringern, falls sie auftritt. Ein Vorexperiment, in dem viele Lager anstelle einer Platte verwendet wurden, hat gezeigt, daß Reibung die Messung von Wärmespannungen nicht beeinflußt.
  • Zur Vorhersage der Wärmespannung einer Zielstruktur sollte vorzugsweise eine Temperaturanalyse durchgeführt werden. Mittels eines Analyseprogramms wird eine Betonprobe hinsichtlich der Temperatur analysiert, wie es in 5 gezeigt ist, wonach ein Experiment in einer in 4 gezeigten Temperier- und Befeuchtungskammer 19 durchgeführt wird, die programmiert ist, um dieselben Temperaturzustände wie die analysierten Temperaturhysteresen aufrechtzuerhalten. 6 zeigt entsprechend Begrenzungsbedingungen analysierte Temperaturhysteresen.
  • Das Messen der auf eine Temperaturänderung zurückgeführten Dehnung erfordert sehr genaue Experimente. Damit der Beton dieselbe Temperatur wie ein analysierter nach dem Plazieren aufweist, werden diesbezüglich Materialien, wie z. B. die Vorrichtung, Aggregat, Wasser, etc. einen Tag lang vor dem Plazieren in einer Kammer plaziert, während Temperatur und Feuchtigkeit auf Werte der Ausgangsstufe eingestellt sind. Obwohl die Materialien hinsichtlich der Temperatur auf den Anfangswert kontrolliert werden, können der Beton, die Vorrichtung und die Kammer nach der Anwendung aufgrund von Außentemperaturen oder anderen Faktoren beim Plazieren unterschiedliche Temperaturen aufweisen. Zur Vermeidung dieses Problems wird die Kammer sechs Stunden lang nach dem Plazieren auf die Anfangstemperatur eingestellt, wodurch die Vorrichtung, der Beton und die Kammer auf derselben Temperatur bleiben. Danach wird das Temperaturprofil der Kammer in derselben Weise wie die mittels der Temperaturanalyse erhaltene Temperaturhysterese bestimmt.
  • Messung von Wärmespannungen und Analyse
  • Anhand der in dem obigen Experiment erhaltenen Daten können die auf den Betonbau ausgeübten Spannungen auf der folgenden theoretischen Grundlage berechnet werden.
  • Wenn die Dehnung vollständig begrenzt ist, kann die Spannung des Betons durch die Formel 1 ausgedrückt werden: fc,res = EcƐc,free (1)wobei
    • fc,res
    die Wärmespannung des Betons bei vollständiger Begrenzung ist;
    Ec
    das Elastizitätsmodul des Betons ist, und
    Ɛc,free
    die Dehnung des Betons in einem freien Zustand ist.
  • Da jedoch der Beton keiner vollständigen Begrenzung unterliegt, kann die Spannung durch die folgende Formel 2 ausgedrückt werden: fc = Ec(εc,free – εc) (2) wobei
    • fc
    die Spannung des Betons innerhalb der Rahmen ist,
    εc
    die Dehnung des Betons innerhalb der Rahmen ist.
  • Da ein Kräftegleichgewicht zwischen dem Beton und den Rahmen aufgebaut wird, kann die folgende Formel 3 erhalten werden: AsEs(εc,free – εs) = AcEc(εc – εc,free) (3)wobei
    • As und Ac
    jeweilige Querschnittsgebiete des Rahmenmaterials und des Betons sind; und
    Es und Ec
    jeweilige Elastizitätsmodule des Rahmenmaterials und des Betons sind.
  • Durch Einsetzen der Formel 2 in die Formel 3 und Umstellung derselben ergibt sich die folgende Formel 4:
  • Figure 00110001
  • In der Formel 4 sind As, Ac und Es bekannte Konstanten, und εs,free kann auch durch die folgende Formel 5 erhalten werden: εs,free = αsΔT (5)wobei
    • αs
    der Wärmeausdehnungskoeffizient des Rahmenmaterials ist und
    ΔT
    eine Temperaturänderung ist.
  • Wenn die Spannung (εs) des Rahmens zu einem bestimmten Zeitpunkt gemessen wird, kann somit die Spannung eines Betonbaus zu dem Zeitpunkt, ob er frisch ist oder nicht, sofort unabhängig von der Zusammensetzung des Betons berechnet werden.
  • Prüfung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung
  • Zur Verifizierung der Testzuverlässigkeit der Vorrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wurde eine Untersuchung der physikalischen Eigenschaften des Betons während der Durchführung des Experiments vorgenommen. 6 stellt die mittels des Experiments erhaltenen Änderungen des Elastizitätsmoduls der Betonzubereitungen dar. Wie es in 6 zu sehen ist, wurde die Prüfung zur Quantifizierung zweier Phänomene in großem Maße durchgeführt. Da das thermische Verhalten eines inneren Teils auf andere Weise als dasjenige eines äußeren Teils untersucht wurde, wurden die inneren und äußeren Teile nach der Anwendung jeweiliger Temperaturhysteresen separat ausgedrückt.
  • Um zu überwachen, ob die über die Temperier- und Befeuchtungskammer angewandte Temperaturhysterese selbst auf den Beton und die Metallplatte zur genauen Anwendung kommen könnte, wurde ein Temperatursensor 18 jeweils für den Beton und die Metallplatte vorgesehen, während die Dehnung durch Verwendung eines Dehnungsmessers gemessen wurde.
  • Bezugnehmend auf die 7 und 8 sind dort experimentelle Daten gezeigt, die mittels der Vorrichtung erhalten wurden, die erfindungsgemäß Aluminium mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Beton und außerhalb der Erfindung Invar mit einem kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Beton rekrutierte. Die gemäß den Daten dargestellten Kurven in den 7 und 8 tragen den jeweiligen Spannungsänderungen des äußeren und des inneren Teils Rechnung. Wie es anhand der Temperaturänderung in jedem Experiment ersichtlich ist, variieren außerdem die programmierten Temperaturen (Kammer 1 und 2), die Temperaturen in dem Beton (Beton 1 und 2) und die Temperaturen der Vorrichtung (Rahmen 1 und 2) innerhalb eines sehr schmalen Fehlerbereiches (± 1°C).
  • Zum Vergleich mit der durch Verwendung der Vorrichtung erhaltenen Spannung des Betons (als "Plattenexperiment" bezeichnet) wurde die Spannung auf der Grundlage der durch Verwendung des eingebetteten Betondehnungsmessers direkt gemessenen Spannung (als "Betonexperiment" bezeichnet) berechnet (9).
  • Wie vorangehend beschrieben wurde, wird eine Vorrichtung zum bequemen Messen der in massiven Betonbauten erzeugten Wärmespannungen bereitgestellt. Aufgrund der Anwendbarkeit auf frischen Beton, dessen physikalische Eigenschaften nicht genau bestimmt werden können, kann die Vorrichtung eine genaue Vorhersage der tatsächlichen in Beton erzeugten Wärmespannungen liefern.

Claims (1)

  1. Vorrichtung zur Messung von Wärmespannungen von Betonbauten mit: einem oberen Stahlrahmenteil (11) und einem unteren Stahlrahmenteil (11), zwei das obere (11) mit dem unteren Strahlrahmenteil (11) verbindende Metallplatten (13, 13), die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, um einen Rahmen zu bilden, der darin Beton (12) einschließt, wobei die Metallplatten (13, 13) durch Bolzen (17) mit den Stahl rahmenteilen verbunden sind und einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als Beton (12) aufweisen und die oberen und unteren Stahlrahmenteile (11, 11) so ausgebildet sind, daß die oberen und unteren Endabschnitte des eingeschlossenen Betons (12) T-förmig ausgebildet werden, Zellophanband (16), das den Beton (12), der zu den Metallplatten (13, 13) freiliegt, umgibt, um eine Leckage des darin eingeschlossenen Betons (12) zu verhindern, einem Dehnungsmesser (15), der an einer der Metallplatten (13, 13) angebracht ist, und einem Betondehnungsmesser (14), der in dem Beton (12) eingebettet ist, wobei die Metallplatten (13, 13) aus Aluminium mit einem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als derjenige von Beton (12) hergestellt sind.
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Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6832524B2 (en) * 2002-09-05 2004-12-21 Deslauriers, Inc. Grout sample unbonded capping system
KR100500806B1 (ko) * 2003-06-10 2005-07-11 농업기반공사 콘크리트제품 양생온도 이력 기록장치
US7415890B2 (en) * 2003-11-13 2008-08-26 Deslauriers, Inc. Unbonded system for strength testing of concrete masonry units
US6923070B2 (en) * 2003-11-13 2005-08-02 Deslauriers, Inc. Unbonded system for strength testing of concrete cylinders
DE102004002635B4 (de) * 2004-01-19 2015-10-15 Markus Greim Vorrichtung zum Erfassen von Materialspannungen bei behindertem Dehnen und Schwinden von Baustoffen
US7052174B2 (en) * 2004-09-16 2006-05-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Device for determining changes in dimension due to temperature fluctuation
CN100514063C (zh) * 2006-05-12 2009-07-15 郑万山 自补偿混凝土结构真实应力测试方法及混凝土真实应力计
EP2499305A1 (de) * 2009-11-13 2012-09-19 Smart Structures Inc. Betonpfeiler mit intaktheitsüberwachung
CN102435631B (zh) * 2010-09-29 2013-10-02 深圳泛华工程集团有限公司 混凝土热膨胀系数测定仪
JP2012247355A (ja) * 2011-05-30 2012-12-13 Oriental Shiraishi Corp コンクリート応力計
CN102323396B (zh) * 2011-06-27 2014-05-07 中国建筑第二工程局有限公司 大体积混凝土实体模拟试验装置及其试验施工方法
JP5797968B2 (ja) * 2011-08-03 2015-10-21 株式会社フジタ 膨張性材料の水浸膨張試験方法及び水浸膨張試験装置並びに盛土施工方法
WO2013185019A1 (en) * 2012-06-07 2013-12-12 The Regents Of The University Of California Predicting the influence of mineral additions on reaction and property development in cementitious mixtures
CN103063515B (zh) * 2012-12-20 2015-02-18 清华大学 水泥基材料拉伸徐变测试装置
JP6118137B2 (ja) * 2013-02-28 2017-04-19 五洋建設株式会社 簡易耐火試験方法
KR101365972B1 (ko) * 2013-06-11 2014-02-24 한국건설생활환경시험연구원 콘크리트 열팽창계수 측정 방법 및 장치
CN104165712B (zh) * 2014-08-09 2016-11-02 大连理工大学 一种用于铁路钢轨应力测量的补偿块安装装置
CN104764765B (zh) * 2015-03-23 2017-06-30 鞠杰 混凝土收缩率测试器
CN104792611B (zh) * 2015-04-20 2017-09-15 郑州大学 混凝土受压破坏应力‑应变全曲线测试装置
CN104914128A (zh) * 2015-07-08 2015-09-16 安徽瑞宏信息科技有限公司 一种化纤长丝热收缩率的测试装置及其测试方法
CN106092724B (zh) * 2016-08-04 2019-01-22 清华大学 具有温度变形自补偿功能的混凝土温度应力试验机
CN106092730A (zh) * 2016-08-04 2016-11-09 清华大学 应用步入式环境实验室的混凝土温度应力试验机系统
CN106093104A (zh) * 2016-07-13 2016-11-09 安徽奥丰汽车配件有限公司 一种汽车橡胶零部件热变形测试工艺
CN106770421A (zh) * 2016-11-22 2017-05-31 昊天节能装备有限责任公司 预制直埋保温管ccot检测方法
WO2019090634A1 (zh) * 2017-11-09 2019-05-16 杨家圆 一种新型混凝土变形测量架
CN107843555B (zh) * 2017-12-20 2023-11-07 清华大学 拱坝横缝真实粘结强度的检测方法及装置
CN107941695B (zh) * 2017-12-20 2023-11-28 清华大学 拱坝横缝真实粘结强度的预测方法及装置
CN107894440B (zh) * 2017-12-20 2023-11-10 沈阳建筑大学 一种混凝土热膨胀系数测量装置及测量方法
CN108920798B (zh) * 2018-06-22 2020-06-16 长沙理工大学 粘结退化影响下pc构件抗弯承载力计算方法
CN109635447B (zh) * 2018-12-14 2023-08-01 中国石油大学(北京) 断溶体应力模拟分析方法及应力分析装置
CN109682748B (zh) * 2019-01-04 2021-06-29 三峡大学 测试膨胀混凝土侧限下强度的装置
CN110502826B (zh) * 2019-08-19 2022-08-02 华能澜沧江水电股份有限公司 混凝土坝溢流面抗冲磨混凝土温控标准的确定方法
CN110779863B (zh) * 2019-11-06 2022-03-29 江苏集萃安泰创明先进能源材料研究院有限公司 一种评价非晶合金薄带残余热应力的方法
CN112858072B (zh) * 2021-01-04 2022-11-25 浙江工业大学 一种混凝土温度应力的测试方法
CN112816677B (zh) * 2021-03-04 2021-11-30 中国水利水电科学研究院 变约束作用下混凝土老化系数的测试方法和设备
CN112858073B (zh) * 2021-03-10 2024-06-18 广东冠粤路桥有限公司 一种钢筋混凝土水池壁板变形模拟试验机
CN113138614B (zh) * 2021-04-02 2022-02-25 华电西藏能源有限公司大古水电分公司 一种恒定混凝土约束应力设备环境温度的方法
CN113177708B (zh) * 2021-04-26 2022-05-17 中国水利水电科学研究院 浇筑层厚度对浇筑块散热影响的评估方法
CN113324686B (zh) * 2021-05-26 2022-11-18 中冶建筑研究总院有限公司 通过砼表面应力释放检测预应力及温度收缩应力的方法
CN113654927B (zh) * 2021-07-21 2024-07-02 深圳前海砼源建设科技有限公司 一种通过净浆自由变形试验以判定混凝土抗开裂性能的方法
JP7823294B2 (ja) * 2022-08-05 2026-03-04 大成建設株式会社 コンクリートの温度応力によるヤング係数の補正係数の算出方法、および算出用キット
CN116183886B (zh) * 2023-04-24 2023-07-28 北京慕湖仪器制造有限公司 无标尺的水泥雷氏夹膨胀测定仪及安定性测定方法
CN116773584A (zh) * 2023-05-21 2023-09-19 江西省恒鑫环保建材有限公司 一种环保建材砖块热胀冷缩的检测装置
CN117589493B (zh) * 2023-11-23 2024-10-01 中国矿业大学 一种模拟地下水影响煤矿巷道压气储能稳定性的实验装置
EP4597071A1 (de) * 2024-01-30 2025-08-06 Airbus Operations, S.L.U. Prüfstand zum testen thermomechanischer lasten
CN119665902B (zh) * 2024-12-13 2025-11-11 上海建工集团股份有限公司 与混凝土结构应力相关应变的测量方法
CN120467169B (zh) * 2025-03-21 2025-09-30 上海交通大学 一种多场耦合状态下大体积混凝土早龄期应变监测方法
CN120594588B (zh) * 2025-07-10 2025-10-31 西安理工大学 混凝土中聚氨酯的含量确定方法及可读存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1531626A (fr) * 1967-05-24 1968-07-05 Union Tech Interprofessionnell Procédé et dispositif pour l'essai en traction et en compression d'éprouvettes de béton
DE19539987A1 (de) * 1995-10-27 1997-04-30 Wilhelm Haase Längenveränderungsmeßvorrichtung für Frischmörtel und Prismen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60226603A (ja) 1984-04-24 1985-11-11 バブコツク日立株式会社 ボイラ熱応力予測装置
US5129443A (en) * 1989-03-30 1992-07-14 Hitachi Metals, Ltd. Method of manufacturing a product by estimating thermal stress using a model of the product made of different material
US6234008B1 (en) * 1999-12-08 2001-05-22 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for the direct measurement of moisture characteristics of porous samples of soil, wood, concrete and the like

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1531626A (fr) * 1967-05-24 1968-07-05 Union Tech Interprofessionnell Procédé et dispositif pour l'essai en traction et en compression d'éprouvettes de béton
DE19539987A1 (de) * 1995-10-27 1997-04-30 Wilhelm Haase Längenveränderungsmeßvorrichtung für Frischmörtel und Prismen

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Breitenbücher, R.: Investigation of thermal cracking with the cracking-frame. In: Materials and Structures, 1990, Vol. 23, S. 172-177 *
Breitenbücher, R.: Investigation of thermal cracking with the cracking-frame. In: Materials and Structures, 1990, Vol. 23, S. 172-177 Breitenbücher, R.: Zwangsspannung und Rißbildung infolge Hydrationswärme", 1989, Dissertation am Lehrstuhl für Baustoffkunde und Werkstoffprüfung. Technische Universität München, S. 49-72 Tazawa, Ei-ichi, Iida, Kazuhiko: Mechanism of thermal stress generation due to hydration heat of concrete. In: Transactions of the Japan Concrete Institute, 1983, Vol. 5, S. 119-126
Breitenbücher, R.: Zwangsspannung und Rißbildung infolge Hydrationswärme", 1989, Dissertation am Lehrstuhl für Baustoffkunde und Werkstoffprüfung. Technische Universität München, S. 49-72 *
Tazawa, Ei-ichi, Iida, Kazuhiko: Mechanism of thermal stress generation due to hydration heat of concrete. In: Transactions of the Japan Concrete Institute, 1983, Vol. 5, S. 119-126 *

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