基于电阻率的水泥水化度动态监测系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及建筑材料检测技术领域，旨在提供一种基于电阻率的水泥水化度动态监测系统与方法。该系统包括非接触式电阻率仪、埋入式温度传感器与计算机，在计算机中内嵌了水泥水化度处理分析模块；计算机通过信号线连接至非接触式电阻率仪的交流电发生器，非接触式电阻率仪和埋入式温度传感器分别通过信号线接至计算机。本发明专利技术能够有效修正温度对电阻率的影响，考虑水泥基材料水化中的孔溶液电阻率变化、水化硅酸钙凝胶密度变化与饱和度变化，从而精确的预测水泥净浆的水化度，为全面描述并评价水泥基材料的特性提供依据。本发明专利技术操作简便，具有较高的精度。设备简单、成本低廉，便于实际工程中的使用和推广。

【技术实现步骤摘要】
基于电阻率的水泥水化度动态监测系统与方法
本专利技术属于建筑材料检测
，具体涉及一种基于电阻率的水泥水化度动态监测系统与方法。
技术介绍
水泥基材料是现代建筑工程中最常用的建筑材料之一。水泥基材料是由水、胶凝材料与骨料(砂、石)组成的复合材料，其主要强度来源于凝胶材料的水化过程。水泥基材料的性能具有明显的时变性，随着水化过程的不断进行，水泥基材料的强度、弹性模量等力学性能与抗渗性、抗氯离子渗透性等耐久性都不断增长。水泥基材料的水化过程是一个复杂的物理化学变化，因此测量早龄期水泥基材料的特性，对预测其长期性能具有重要意义。目前常用的水泥基材料水化度测量方法主要是化学结合水分析法与量热法。化学结合水分析法主要是通过测量不同龄期水泥水化产物中的化学结合水含量来计算水泥水化度。然而化学结合水分析法只能给出某几个时间点的水泥基材料水化度，而无法实现水泥水化度的动态监测。而且检测方法比较繁琐，制备样品与测量的过程中需要对样品做绝湿处理，否则测试过程中容易产生试验误差。而量热法是通过水泥水化过程中的累计放热量来计算水泥的水化度，量热法可以实现对水泥水化度的动态监测，是目前最常用也是普遍认可的水化度测量方法。但是量热法测量水泥水化度采用的专业检测仪器成本较高，而且水泥水化放热只能在给定的温度下进行检测。而在实际工程中，水泥基材料所处的温度条件非常复杂。因此量热法不能表征在变化或非标准温度条件下检测得到的水泥水化度，也存在一定的缺陷。非接触式电阻率测量仪是定量研究水泥水化过程的常用试验方法之一，通过对电阻率的连续测量，从而表征水泥基材料在水化过程中的传输特性变化。但是，目前尚未有文献公开通过电阻率测量直接获取水泥水化度的检测方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提出一种基于电阻率的水泥水化度动态监测系统与方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种基于电阻率的水泥水化度动态监测系统，包括非接触式电阻率仪、埋入式温度传感器与计算机，在计算机中内嵌了水泥水化度处理分析模块；计算机通过信号线连接至非接触式电阻率仪的交流电发生器，非接触式电阻率仪和埋入式温度传感器分别通过信号线接至计算机。本专利技术进一步提供了利用所述系统实现基于电阻率的水泥水化度动态监测方法，包括下述步骤：(1)检测电阻率数据与温度使用非接触式电阻率测量仪，对水化中的水泥净浆电阻率进行连续监测；使用埋入式温度传感器，对试件的实际温度进行连续监测；(2)利用实测的试件温度对电阻率监测结果和水化反应时间进行修正对电阻率监测结果的修正如公式(1)所示：式中：是参考温度Tref下的电阻率；ρT是实测温度T下的电阻率；Ea-cond是电导率活化能；R是气体常数，取8.31J/(K·mol)；T是试件温度；参考温度Tref取值为20℃；对水化反应时间的修正如公式(2)所示：式中：teq是等效反应时间；t是实际反应时间；Ea-hyd是水化反应活化能；T(t)是t时刻的试件温度；(3)水化度的计算A、计算孔溶液电阻率孔溶液电阻率由水化度和电阻率的线性方程公式(3)表示，其中水化度作为待求参数暂不求解；式中：ρcpor是孔溶液电阻率；α是水化度；w/c是水灰比；B、计算毛细孔溶液体积分数将水泥净浆电阻率和孔溶液电阻率带入公式(4)，计算毛细孔溶液体积分数；式中：是毛细孔溶液体积分数；ρcpor是孔溶液电阻率；ρ是水泥净浆电阻率；M是放大因子；φc是渗透阈值；m是临界指数；C、计算水化度将毛细孔溶液体积分数带入公式(5)，求解水化度；式中：αI-II是水化阶段I转变为水化阶段II的临界水化度；αII-III是水化阶段II转变为水化阶段III的临界水化度；αI-II和αII-III分别使用公式(6)计算；αI-II＝0.170w/c,αII-III＝2.022w/c(6)。本专利技术中，对于水灰比为0.35的水泥净浆，放大因子M的取值范围260.7～263.6，对于水灰比为0.45的水泥净浆，放大因子M的取值范围173.1～175.4。对于其他水灰比的水泥净浆，可以采用简单的线性插值的方法计算。本专利技术中，对于水灰比为0.35的水泥净浆，临界指数m取为2.18，对于水灰比为0.45的水泥净浆，临界指数m取为2.00(若无其他数据来源，临界指数m建议取理论值2.0)。对于水泥净浆，渗透阈值φc一般取0.18。专利技术原理描述：本专利技术中，水泥水化度处理分析系统是安装于计算机上的软件功能模块，通过温度数据对水泥电阻率数据进行修正，基于水泥微观结构理论对修正后的水泥电阻率数据进行处理分析，计算水泥水化度。本专利技术中基于电阻率的水泥水化度动态监测方法，包括电阻率数据采集与存储、电阻率数据修正和电阻率数据处理的标准流程，其主要的计算过程是基于水泥基材料的电阻率，计算毛细孔溶液体积分数，从而计算水化度。水泥水化度动态监测系统对水泥净浆的电阻率及内部温度进行动态监测、采集和存储；电阻率数据修正包括通过温度对电阻率数据的修正，以及基于温度对水泥水化过程影响的修正；水化度的计算方法是考虑水泥基材料水化中的孔溶液电阻率变化、水化硅酸钙凝胶密度变化与饱和度变化，基于水泥净浆微观结构模型预测的水泥水化度，定量描述电阻率、毛细孔溶液体积分数与水化度之间的关系。本专利技术利用实测的试件温度对电阻率测量结果以及水化反应时间的修正，进一步提高了非接触式电阻率测量仪的精度。在预测水化度的过程中，考虑了在水化过程中，水泥基材料内部的孔溶液电阻率变化、水化硅酸钙凝胶密度变化与饱和度变化。因此，本方法可以基于电阻率曲线精确的预测水化度曲线，拓展了非接触式电阻率测量仪的应用范围，使之成为量热法的一种替代方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提供了完整的电阻率数据采集、修正和处理的硬件与标准流程，能够有效修正温度对电阻率的影响，能够考虑水泥基材料水化中的孔溶液电阻率变化、水化硅酸钙凝胶密度变化与饱和度变化，从而精确的预测水泥净浆的水化度，为全面描述并评价水泥基材料的特性提供依据。(2)与目前普遍采用的水泥水化度检测方法相比，本专利技术提出的水泥水化度监测方法不限制监测过程中的温度环境，同时可以实现对水泥水化过程的动态监测，操作简便，具有较高的精度。(3)与传统的量热法相比，本专利技术的设备简单、成本低廉，便于实际工程中的使用和推广。附图说明图1非接触式电阻率测量仪与温度测量系统示意图；图2基于电阻率计算水化度流程图；图3不同环境温度下的试件温度；图4修正前和修正后的电阻率曲线；图5电阻率与水化度的预测曲线和实测数据点。图中附图标记为：1交流电发生器；2变压器；3次级线圈；4试件；5温度传感器。具体实施方式本专利技术提供了一套完整的电阻率数据采集、修正和处理的标准流程，包括电阻率和温度数据采集、电阻率的温度修正与水化度的计算；具体包括以下步骤：(1)检测电阻率数据与温度使用非接触式电阻率测量仪，对水化中的水泥净浆电阻率进行连续监测；使用埋入式温度传感器，对试件的实际温度进行连续监测；(2)利用实测的试件温度对电阻率监测结果和水化反应时间进行修正对电阻率监测结果的修正如公式(1)所示：式中：是参考温度Tref下的电阻率；ρT是实测温度T下的电阻率；Ea-cond是电导率活化能；R是气体常数，取8.31J/(K·本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电阻率的水泥水化度动态监测系统，其特征在于，包括非接触式电阻率仪、埋入式温度传感器与计算机，在计算机中内嵌了水泥水化度处理分析模块；计算机通过信号线连接至非接触式电阻率仪的交流电发生器，非接触式电阻率仪和埋入式温度传感器分别通过信号线接至计算机。

【技术特征摘要】
1.一种基于电阻率的水泥水化度动态监测系统，其特征在于，包括非接触式电阻率仪、埋入式温度传感器与计算机，在计算机中内嵌了水泥水化度处理分析模块；计算机通过信号线连接至非接触式电阻率仪的交流电发生器，非接触式电阻率仪和埋入式温度传感器分别通过信号线接至计算机。2.利用权利要求1所述系统实现基于电阻率的水泥水化度动态监测方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)检测电阻率数据与温度使用非接触式电阻率测量仪，对水化中的水泥净浆电阻率进行连续监测；使用埋入式温度传感器，对试件的实际温度进行连续监测；(2)利用实测的试件温度对电阻率监测结果和水化反应时间进行修正对电阻率监测结果的修正如公式(1)所示：式中：是参考温度Tref下的电阻率；ρT是实测温度T下的电阻率；Ea-cond是电导率活化能；R是气体常数，取8.31J/(K·mol)；T是试件温度；参考温度Tref取值为20℃；对水化反应时间的修正如公式(2)所示：式中：teq是等效反应时间；t是实际反应时间；Ea-hyd是水化反应活化能；T(t)是t时刻的试件温度；(3)水化度的计算A、计算孔溶液电阻率孔溶液电阻率由水化度和电阻率的线性方程公式(3)表示，其中水化度作为待求参数暂不求解；式中：ρc...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野，田卒士，金南国，金贤玉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33