PL249636B1 - Stanowisko do wypornościowego pomiaru deformacji autogenicznych próbek materiałowych o matrycy na bazie spoiwa mineralnego we wczesnej i późnej fazie dojrzewania - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest stanowisko do wypornościowego pomiaru deformacji autogenicznych próbek materiałowych o matrycy na bazie spoiwa mineralnego we wczesnej i późnej fazie dojrzewania, zawierające pojemnik na ciecz, w którym osadzony jest stolik do umieszczania próbki badanego materiału, czujnik. Stanowisko charakteryzuje się tym, że pojemnik (1) na ciecz wyposażony jest w czujnik temperatury (2) oraz grzałkę (3) i ma wieko (4) wyposażone w obwodowe uszczelnienie (5), elastyczny korek (6) oraz rurkę (7), przy czym czujnik temperatury (2) i grzałka (3) połączone są przewodami przechodzącymi przez korek (6) z aparaturą rejestrującą (8). Korzystnie w rurce (7) zainstalowany jest czujnik poziomu cieczy (9), który przewodem przechodzącym przez korek (6) połączony jest z aparaturą rejestrującą (8).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest stanowisko do wypornościowego pomiaru deformacji autogenicznych próbek materiałowych o matrycy na bazie spoiwa mineralnego we wczesnej i późnej fazie dojrzewania.

Wysokowartościowe materiały o matrycy mineralnej lub mineralno-organicznej lub organicznej ze względu na rozbudowane mineralogicznie spoiwo znacząco różnią się rozwojem właściwości fizycznych względem materiałów tradycyjnych bazujących wyłącznie na spoiwie cementowym. Popularne dodatki mineralne tj. popiół lotny, pył krzemionkowy i inne materiały pucolanowe tj. zeolit, metakaolin charakteryzuje zdecydowanie mniejsza frakcja uziarnienia względem uziarnienia cementu. Materiały te wpływają na uszczelnienie strefy kontaktowej zaczyn-kruszywo, a tym samym na zwiększenie wytrzymałości, szczelności oraz trwałości materiału. Podobna sytuacja występuje w kompozytach wysokowartościowych na bazie spoiwa organicznego tj. żywice epoksydowe, żywice poliestrowe lub na bazie spoiwa mineralno-organicznego np. kompozyty polimero-cementowe, gdzie żywica wymieszana z mikrowypełniaczami wpływa na wzrost wytrzymałości i zdecydowaną szczelność materiału.

Wraz z pożądanymi cechami jakie niesie ze sobą użycie dodatków mineralnych lub spoiw organicznych w sytuacji zastosowania kompozytów wysokowartościowych charakteryzujących się wysoką zawartością pyłów przy niskim wskaźniku woda-cement, mogą występować znaczne odkształcenia autogeniczne związane z reakcjami chemicznymi zachodzącymi w spoiwie. Wpływa to na rozwój strukturalnych odkształceń skurczowych, które w wyniku ograniczenia przez więzy wewnętrzne - nieodkształcalne ośrodki materiałowe tj. kruszywo nieodkształcalne, pręty zbrojeniowe powodują rozwój mikrozarysowań wokół tych ośrodków. Mikrozarysowania mogą propagować, powodując w pierwszym etapie degradacje strukturalną materiału, a w późnych okresach eksploatacji, niezależnie od panujących oddziaływań eksploatacyjnych - otwierając się ku powierzchni, doprowadzając do utraty szczelności, rozwoju korozji zbrojenia, a w konsekwencji do utraty trwałości materiału.

Badacze uważają, że rozwój pierwszych mikrozarysowań można przypisać wczesnemu etapowi twardnienia, czyli okresowi bezpośrednio po zakończeniu wiązania i przejścia ze stanu plastycznego w stan stwardniały. Powstało wiele stanowisk oraz metod pomiaru odkształceń autogenicznych kompozytów cementowych.

Z opisu wzoru użytkowego CN 203964889 znane jest urządzenie do pomiaru skurczu zdolne do eliminacji skutków ciepła hydratacji materiałów na bazie cementu. Urządzenie zawiera zbiornik wody testowej, wyposażony we wlot i wylot wody oraz przegrody. W zbiorniku wody testowej umieszcza się stół do ułożenia próbki badawczej. Próbkę z gwintowaną rurką umieszcza się na stole do układania próbek. Dwie strony gwintowanej rurki testowej są połączone z przegrodami po obu stronach zbiornika wody testowej, odpowiednio przez pokrywy uszczelniające. Mierniki wyporności są odpowiednio umieszczone poza przegrodami po obu stronach zbiornika wody testowej. Przy pomiarze wartości skurczu autogenicznego materiałów cementowych wpływ ciepła hydratacji materiałów cementowych na odkształcenie materiału można na etapie badań wyeliminować bez stosowania specjalnego podwodnego miernika przemieszczenia. Z opisu patentowego CN 106248915 znana jest metoda pomiaru autogenicznego skurczu technicznego betonu cementowego, w której stopniowy stopień skurczu próbek do badań z betonu cementowego w różnych momentach dojrzewania materiału można określić poprzez zmianę objętości gazu w szczelnie zamkniętym pojemniku. Mierzona zmiana objętości jest spowodowana skurczem autogenicznym próbek z betonu cementowego umieszczonych w zamkniętym pudełku. Opis patentowy CN103837670 ujawnia urządzenie do pomiaru autogenicznego skurczu we wczesnym stadium materiału na bazie cementu. Urządzenie zawiera matrycę próbki do badań, tarczę i układ pomiaru przemieszczenia. Matryca próbki do badań zawiera matrycę zewnętrzną i matrycę wewnętrzną, których odpowiednie pozycje dwóch przeciwległych powierzchni końcowych są odpowiednio wyposażone w okrągły otwór przelotowy. Tarcza zawiera gwint wewnętrzny, otwartą rurę i pręt gwintowany wzajemnie pasujące, pręt gwintowany może przechodzić przez okrągłe otwory przelotowe w matrycy wewnętrznej i matrycy zewnętrznej. System pomiaru przemieszczenia jest bezkontaktowym systemem pomiaru przemieszczenia i zawiera czujnik przemieszczenia, jednostkę akwizycji i przetwarzania sygnału, a czujnik przemieszczenia może monitorować przemieszczenie wstępnie osadzonego punktu pomiarowego w materiale i przesyła monitorowane informacje o przemieszczeniu do jednostki akwizycji i przetwarzania sygnału.

Z opisu patentowego KR100783568 znane jest urządzenie do pomiaru skurczu autogenicznego betonu, które zawiera podpórkę, pojemnik na beton, przyrząd do pomiaru deformacji skurczowej i pomocniczy człon pomiarowy. Pojemnik na beton jest zamontowany na podporze i posiada otwór w górnej części oraz otwory do wprowadzania przyrządów pomiarowych na ścianie bocznej. Przyrząd do pomiaru skurczu jest zainstalowany na podporze i ma sondę stykającą się z betonem ułożonym w pojemniku przez otwór do wprowadzenia przyrządu pomiarowego. Przyrząd do pomiaru przemieszczenia rejestruje deformację autogeniczną betonu za pośrednictwem czopika pomiarowego zakotwionego w próbce betonowej.

Oprócz metod patentowych znane są inne metody pomiaru skurczu autogenicznego: metody objętościowe i dylatometryczne. Pierwsza z wymienionych metod polega na pomiarze zmiany objętości materiału w odniesieniu do masy cieczy wypartej przez zanurzoną próbkę. Metody dylatometryczne są najczęściej stosowane do pomiaru deformacji autogenicznych materiałów. Układy pomiarowe są jednolub dwustronne. Ilość próbek na stanowisko jest pojedyncza lub wielokrotna. Próbki są izolowane w przekroju prostokątnym (formy belkowe zaizolowane od wewnątrz folią stanowiące izolację zewnętrzną późniejszej próbki) lub formowane w rurach karbowanych z tworzywa sztucznego (forma nie ogranicza próbce swobodnej zmiany długości). Szczelnie zakończone korkami, elastyczne, faliste formy osadzone w dylatometrze przeciwdziałają utracie wilgoci i dają swobodę zmian objętości podczas etapu dojrzewania materiału. Problematyka metody to m.in.: brak szczelnego połączenia korek - materiał oraz trudność z właściwym ułożeniem plastycznego materiału w formie. Wkręcenie lub włożenie korka w wypełnioną materiałem formę nie zawsze bywa szczelne oraz może wprowadzać błąd pomiarowy poprzez samoczynne wysuwanie się korka podczas rejestracji deformacji próbki. Brak właściwego ułożenia materiału - zwłaszcza o konsystencji gęstoplastycznej, powoduje tworzenie się porów, a nawet pustek powietrznych prowadząc do braku hermetyczności. W ich wyniku pomiar deformacji jest większymi tym samym niewłaściwy ze względu na pojawienie się efektu wysychania na granicy por/pustka powietrzna - materiał. Ta problematyka dotyczy materiału zwłaszcza formowanego w rurach karbowanych, ale także w formach prostopadłościennych. Dlatego uzasadnione jest stworzenie metody i sposobu badania odkształcalności autogenicznej materiału bez ww. wad. Innowacyjnością zaprojektowanego stanowiska jest metoda objętościowa, która zamiast pomiaru masy próbki umożliwia pomiar spadku poziomu cieczy wypornościowej wynikającego ze skurczu autogenicznego materiału.

Stanowisko do wypornościowego pomiaru deformacji autogenicznych próbek materiałowych o matrycy na bazie spoiwa mineralnego we wczesnej i późnej fazie dojrzewania, według wynalazku, zawierające pojemnik na ciecz wypornościową, w którym osadzony jest stolik do umieszczania próbki badanego materiału, czujnik, charakteryzuje się tym, że pojemnik na ciecz wyposażony jest w czujnik temperatury oraz grzałkę i ma wieko wyposażone w obwodowe uszczelnienie, elastyczny korek oraz rurkę. Czujnik temperatury i grzałka połączone są przewodami przechodzącymi przez korek z aparaturą rejestrującą, zaś w rurce zainstalowany jest czujnik poziomu cieczy, który przewodem przechodzącym przez korek połączony jest z aparaturą rejestrującą. Alternatywnie pomiar poziomu cieczy wypornościowej (wody lub oleju) mierzy się w rurce za pomocą linijki lub odczytuje, jeśli rurka wyposażona jest w skalę. Korzystnie rurka wykonana jest z materiału przezroczystego takiego jak szkło czy tworzywo sztuczne. Korzystnie pojemnik wykonany jest z materiału przezroczystego takiego jak szkło czy tworzywo sztuczne. Korzystnie stolik wykonany jest z materiału, który nie koroduje takiego jak tworzywo sztuczne lub stal nierdzewna.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość regulacji temperatury cieczy wypornościowej w pojemniku, co pozwala analizować wpływ temperatury otoczenia na rozwój odkształceń autogenicznych materiału. Dodatkową zaletą rozwiązania jest możliwość zmiany rozmiaru stolika, a tym samym badanie próbek o różnej objętości. Poziom cieczy wypornościowej w pojemniku może być odczytywany analogowo lub rejestrowany cyfrowo.

Stanowisko według wynalazku przedstawione jest w przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju stanowisko do wypornościowego pomiaru deformacji autogenicznych, fig. 2 przedstawia na wykresie przykładowy pomiar właściwości fizycznych betonu wysokowartościowego o wskaźniku wodno-cementowym w/c = 0,34 w okresie 24 h w temperaturze 20°C, fig. 3 przedstawia na wykresie przykładowy pomiar właściwości fizycznych betonu wysokowartościowego o wskaźniku wodno-cementowym w/c = 0,34 w okresie 28 dni w temperaturze 20°C.

Stanowisko do wypornościowego pomiaru deformacji autogenicznych próbek materiałowych ma pojemnik 1 na ciecz wypornościową składający się z podstawy i czterech ścian bocznych oraz szczelne wieko 4. Pojemnik 1 wyposażony jest w czujnik temperatury 2 umieszczony w górnej części ściany

PL 249636 Β1 bocznej oraz w grzałkę 3 znajdującą się na dnie pojemnika 1. Wieko 4 wyposażone jest w obwodowe uszczelnienie 5, elastyczny korek 6 usytuowany przy brzegu wieka znajdującego się w pobliżu bocznej ściany pojemnika 1, na której zamontowanyjest czujniktemperatury 2 oraz rurkę7 umieszczoną w środkowej części wieka. W rurce 7 zainstalowany jest czujnik poziomu cieczy 9. Czujnik poziomu cieczy 9, czujnik temperatury 2 i grzałka 3 połączone są przewodami przechodzącymi przez korek 6 z aparaturą rejestrującą 8. Pojemnik 1 i rurka 7 wykonane są z materiału przezroczystego tworzywa sztucznego. Wewnątrz pojemnika 1, na jego dnie, znajduje się stolik 10 do umieszczania próbki badanego materiału 11 wykonany ze stali nierdzewnej. Materiał 11 jest układany, zagęszczany w osłonie 12 typu rękaw wykonany z materiału elastycznego i dopasowującego się do tłoczonego materiału nieprzepuszczającego wody, np. rękaw silikonowy, rękaw foliowy. Układany materiał 1 powinien szczelnie, bez wymuszonych pustek powietrznych wypełniać ograniczoną przestrzeń osłony 12, która objętością dopasowuje się do objętości materiału 11. Należy tak ułożyć materiał 11, aby zapobiec tworzeniu się wymuszonych pustek powietrznych, które mogą wpłynąć na późniejszy błąd pomiarowy skurczu autogenicznego. Po wypełnieniu osłony 12 materiałem 11 na odpowiednią objętość, należy ją zamknąć poprzez węzeł, zaklejenie, zgrzanie, tak aby trwałe zamknięcie materiału 11 zapewniło ścisłe dopasowanie się osłony 12 do materiału 11, bez pustek powietrznych. Następnie materiał 11 w osłonie 12 kładzie się na stoliku 10 umieszczonym w pojemniku 1. Pojemnik 1 wypełnia się cieczą wypornościową 13. Szczelnie zamyka się pojemnik 1 wiekiem 4. Przez rurkę 7 uzupełnia się poziom cieczy wypornościowej 13, w ten sposób aby czujnik poziomu cieczy 9 mógł mierzyć zmianę jej położenia. Jeżeli zastosowano wodę jako ciecz wypornościową należy na sam koniec uzupełniania cieczy dodać niewielką warstwę cieczy zabezpieczającej parowanie np. olej. W przypadku jeżeli cieczą wypornościową jest olej nie trzeba stosować cieczy zabezpieczającej parowanie. Uruchamia się czujnik poziomu cieczy 9, czujnik temperatury 2 oraz aparaturę rejestrującą 8 i ustala się temperaturę cieczy wypornościowej 13. Uruchomienie urządzeń powinno nastąpić maksymalnie do 30 minut od momentu ułożenia materiału 11 w osłonie 12. Poziom odkształceń autogenicznych w danym czasie oblicza się z równania:

_m . K Vc ^J (t) AH(t)*A_r gdzie: s_as (f) - odkształcenie autogeniczne materiału [m/m], V_c - objętość materiału [mm³], Vt (f) - objętość przyrostu cieczy wypierającej w czasie „t” [mm³], ΔΗ (f) - zmiana wysokości cieczy wypierającej w rurce [mm], A_r-wewnętrzne pole przekroju rurki [mm²].

W zależności od badanego materiału, wielkości maksymalnej frakcji uziarnienia, należy zastosować osłonę o odpowiednich wymiarach - min. 3,5 razy maksymalny rozmiar kruszywa. W zależności od szczegółowości pomiarowej - w przypadku uzyskania bardziej precyzyjnych wyników należy zwiększyć objętość próbki badawczej, w tym wypadku należy zwiększyć pole stolika podtrzymującego próbkę.

Claims (4)

1. Stanowisko do wypornościowego pomiaru deformacji autogenicznych próbek materiałowych o matrycy na bazie spoiwa mineralnego we wczesnej i późnej fazie dojrzewania zawierające pojemnik na ciecz, w którym osadzony jest stolik do umieszczania próbki badanego materiału, czujnik, znamienne tym, że pojemnik (1) na ciecz wyposażony jest w czujnik temperatury (2) oraz grzałkę (3) i ma wieko (4) wyposażone w obwodowe uszczelnienie (5), elastyczny korek (6) oraz rurkę (7), przy czym czujnik temperatury (2) i grzałka (3) połączone są przewodami przechodzącymi przez korek (6) z aparaturą rejestrującą (8), zaś w rurce (7) zainstalowany jest czujnik poziomu cieczy (9), który przewodem przechodzącym przez korek (6) połączony jest z aparaturą rejestrującą (8).

2. Stanowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że rurka (7) wykonana jest z materiału przezroczystego takiego jak szkło czy tworzywo sztuczne.

3. Stanowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że pojemnik (1) wykonany jest z materiału przezroczystego takiego jak szkło czy tworzywo sztuczne.

4. Stanowisko według zastrz. 1, znamienne tym, że stolik (10) do umieszczania próbki badanego materiału wykonany jest z materiału, który nie koroduje takiego jak tworzywo sztuczne lub stal nierdzewna.