[发明专利]水泥基材料裂缝吸水过程可视化和吸水率测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种水泥基材料裂缝吸水过程可视化和吸水率测量装置及方法。该装置中包括空箱和相机，所述的空箱中放置有荧光灯以及用于存储荧光素溶液的托盘；托盘中放置有若干支撑件，且各支撑件的顶面高度相等以形成一个水平的支撑平面，水泥基材料试块的底面水平放置于该支撑平面上；所述支撑平面的高度低于托盘的最高储水高度；所述相机的拍摄区域覆盖所述支撑平面上方的水泥基材料试块放置区域；所述荧光灯的光照范围覆盖所述水泥基材料试块在相机中的成像区域。该简易装置解决了难以识别微观裂缝及可视化微观裂缝吸水过程的不足，提高了识别装置的经济性，而且无需称重样本就可准确计算出水泥基材料的吸水率，有利于推广使用本发明装置。

技术领域

本发明涉及的是一种水泥基材料微观裂缝吸水过程的可视化和吸水率测量装置，属于测量仪器技术领域。

背景技术

水泥基材料是世界上最主要的建筑材料。但是由于其抗拉强度较低，在现实环境中往往容易开裂。即便目前出现了高强度水泥基材料(如高强混凝土)，但是水泥基材料中出现微观裂缝还是难以避免，因此出现了“没有水泥基材料是不开裂”的说法。这些微观裂缝的宽度很小，大约在10微米以下。这些微观裂缝不会对水泥基结构的强度造成损伤，但是在结构受到损伤情况下，比如地震等恶劣荷载下，它们却会发展成较大、较长的宏观裂缝(毫米级别)，最终破坏结构的安全性，造成巨大的安全隐患。同时，微观裂缝已经被学者们证实能加快水泥基材料的渗透性(Wu et al.,2015,Cement and Concrete Research,68卷，35-48页)从而让水泥基材料更容易被外界的有害气体或液体侵入而造成材料耐久性和安全性的下降。比如，水分顺着微观裂缝渗入到材料内部，会影响水泥基材料中未水化水泥的水化和水化产物的体积变化，多余的自由水分还会接触到钢筋表面从而造成钢筋锈蚀和锈蚀裂缝。水分的入侵已成为影响水泥基材料耐久性的最大因素。如果水泥基材料中含有微观裂缝能被提早识别出来，将非常有利于设计师和工程师改进水泥配合比、养护条件等情况，从而改进水泥基材料的抗裂缝性能。

虽然水分渗入具有微观裂缝的水泥基材料的过程虽然很重要，但是却很难可视化和量化。这主要是因为微观裂缝的宽度很小，肉眼在正常光照下无法识别它们。论文(Kanematsu et al.,2009,Nuclear Instruments and Methods in Physics ResearchSection A:Accelerators,Spectrometers,Detectors and Associated Equipment,605卷，154-158页)公布了一种利用中子射线照相法用于拍摄水分浸入水泥基材料中微观裂缝的过程。虽然该方法具备高测量精度，但是中子射线照相仪却十分复杂和昂贵，数据分析相对复杂，同时整个观测过程需要严格的安全设施的保障。

本发明巧妙利用荧光素在荧光灯的照射下显示强烈的荧光效果，将荧光素事先融入水中再让水泥基材料接触水溶液，在荧光灯照射下，水溶液渗入水泥基材料的裂缝中就会被显亮出来，用普通的单反照相机即可记录下水分渗入的过程，从而有效识别出微观裂缝的渗水过程。相比于中子射线照相法，本发明测量精度上虽有所下降，但已足够识别微观裂缝、浸润线、浸润面积，而且本发明还可以准确测量水泥基材料的吸水率。

发明内容

本发明的目的是解决可视化水泥基材料微观裂缝吸水过程困难的问题，并提供一种水泥基材料微观裂缝吸水过程的可视化和吸水率测量装置。

本发明所采用的具体技术方案如下：

水泥基材料微观裂缝吸水过程的可视化和吸水率测量装置，该装置中包括空箱和相机，所述的空箱中放置有荧光灯以及用于存储荧光素溶液的托盘；托盘中放置有若干支撑件，且各支撑件的顶面高度相等以形成一个水平的支撑平面，水泥基材料试块的底面水平放置于该支撑平面上；所述支撑平面的高度低于托盘的最高储水高度；所述相机的拍摄区域覆盖所述支撑平面上方的水泥基材料试块放置区域；所述荧光灯的光照范围覆盖所述水泥基材料试块在相机中的成像区域。