确定材料硬化程度的方法技术

测定可硬化材料硬化程度的方法，尤其是针对由于水凝结而造成硬化的材料，如混凝土、石膏或水泥等，该方法可以测定各个时刻材料的介电常数，其特征为：以复数介电常数ε’－ｊε”（ｔ）的虚部在参考时刻ｔ＝０时刻的值ε”（ｔ＝０）与在ｔ时刻的值ε”（ｔ）之间的比值ε”（ｔ＝０）／ε”（ｔ）和／或以复数介电常数的实部在时间间隔ｔ＝０到ｔ内的最大值ε’ｍａｘ与在ｔ时刻的值ε’（ｔ）之间的比值ε’ｍａｘ／ε’（ｔ）作为衡量ｔ时刻材料强度的量值。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于确定可硬化的材料硬化程度的方法，尤其是针对由于水凝结而造成硬化的材料，如混凝土、石膏、水泥等，该方法可以测定所述材料在各个时刻的介电常数。用于测定硬度的方法很多。如测量硬化材料、凝固材料或固化材料尤其是由于水凝结而造成硬化的材料，诸如象石块一样硬的混凝土、水泥和石膏等材料的抗压强度变化，老化或水合程度。抗压强度变化、老化或水合程度是衡量材料硬化的量度。最著名的方法是监测硬化过程中的热量变化。热量变化似乎与水凝结或水合程度有关。然而，所述方法具有一些缺点。其中一个最严重缺点是热量变化必须在有条件的空间内进行跟踪以便对一个或多个测试样本作必要的测量从而根据所述测量结果预测实际构件的硬度。然而，实际构件的温度可能明显不同于实验室的温度。另外，由于对各种参数的依赖此热量变化测量不精确且容易产生误差。IEEE PROCEEDINGS-A PHYSICAL SCIENCE，MEASUREMENT & INSTRUMENTATION，MANAGEMENT & EDUCATION，第137部分，No.5，September 1990，STEVENAGEGB，第246-254页，XP000150889，J.G.WILSON等人著的“VARIATIONS IN THE ELECTRICAL PROPERTIESOF CONCRETE WITH CHANGE IN FREQUENCY(随频率变化的混凝土的电气性质的变化)”描述了混凝土在不多于一天时间硬化过程的介电常数(或电导率)的变化。但没有表明如何能从所得到的所述参数变化中可靠和准确测定混凝土的硬度。本专利技术的目的是提供一种测定材料硬化程度的更精确的方法。此外，本专利技术的主题是这种类型更可靠的方法。本专利技术的目的是还要提供一种能准确、可靠测量材料硬化程度的方法，这种方法不需要单独的测试样本，它可以直接对构件进行测定，特别简单和省时。为此目的，本专利技术方法的特征在于以复数介电常数ε’-jε”(t)的虚部在t＝0参考时刻的值ε”(t＝0)与在t时刻的值ε”(t)之间的比值ε”(t＝0)/ε”(t)和/或以复数介电常数的实部在时间间隔t＝0到t内的最大值ε’max与在t时刻的值ε’(t)之间的比值ε’max/ε’(t)作为衡量t时刻材料强度的量值。诸如混凝土材料的介电特性可以用复数介电常数来描述。复数介电常数ε可以表示为ε＝ε’-jε”在该等式中，介电常数的实部ε’是衡量各种材料成份(包括在某些情况下凝结在一起的水)的极化性的量值，介电常数的虚部ε”是衡量能量吸收的量值。离子的电导率对ε”有影响。介电常数中的这两部分ε’和ε”作为以可硬化材料为电极间的介质的电容器的电容C(单位为法拉)和电导G(单位为Sm-1)是可以分别测量的。可极化粒子(如水)在交流电场中的重定向需要一些时间。对于提高的频率来说，粒子或分子太慢了以至于跟不上交流电场的迅速变化。这种缓慢程度特别是受环境对粒子或分子的约束程度的影响。因而对较高频率的情况来说，ε’减小了。在较高频率的情况下，提供的能量被吸收，结果介质损耗，介质损耗用ε”来衡量。对于频率小于发生大量吸收能量的频率的情况来说，ε”由离子的电导率所决定。由于可硬化材料在老化期间使水分子凝聚到其环境的力有所增加，因此可以从复合介电常数的实部ε’或虚部ε”中测定出材料强度(牛顿/米2)。令人惊奇的是已经发现ε”(t＝0)/ε”(t)对时间t的关系曲线的形状与可硬化材料的抗压强度(以牛顿/米2为单位)曲线的形状极其相似，除了比例系数以外。因此通过定期(例如几天或几周)测定ε”(t＝0)/ε”(t)能够可靠观察可硬化材料的硬化过程。在测量期间该比值受电极/介质组干扰的影响很小。还意外发现了在经过大约一天时间的硬化以后ε’max/ε’(t)的比值与可硬化材料的强度之间相关性很大。通过在可硬化材料内或其附近至少放置两个电极能方便地测定复数介质常数的虚部ε”(t)，使交流电流流过两个电极，然后测量两个电极间的交流电压，从而确定复数阻抗Z*＝1/(G+jωC)，其中G表示可硬化材料的电导(单位为S/m)，C表示可硬化材料的电容(单位为F)，然后通过关系式G(t)＝Kε”(t)εo·ω确定ε”(t)和/或通过关系式C(t)＝K·ε’(t)εo确定ε’(t)，这里K代表一个常数。通过在可硬化材料中放置两个圆柱形的长为3cm直径为1cm相互间间隔为2cm的电极就可以构成一个以电极作为电容器板和以可硬化材料作为介质的电容器。通过测量交流电压就可以测定复数阻抗。所述复数阻抗由用于测定复数介电常数的虚部ε”(t)的电导G(单位为Sm-1，S＝Q-1)和用于测定复数介电常数的实部ε’(t)的电容C组成。在这种连接方式中，常数K是一个取决于电极的形状以及其相互位置的几何系数。由于设置电极并用电极来测量复数阻抗因此不需要复杂设备就能够非常简单和可靠地就地测量可硬化材料的强度。最好，在持续时间为1天到100天的范围内测量材料的强度，尤其是在1天到30天的范围内。所用的频率可以在0到17HGZ之间，最好在15到50MHZ之间。已经发现，当频率低于20MHZ时，会因为电极极化的缘故而产生干扰影响。虽然已经发现了在较高频率(例如100MHZ以上)情况下复数介电常数与抗压强度之间的关系，但它的敏感度很低难以测量。最好测定作为衡量可硬化材料强度的量度的r·ε”(t＝0)/ε”(t)这里r是一个取决于可硬化材料的成份的比例系数。为了测定r，在测量之前应先做校准测量。还可以通过测定复数介电常数的实部最大值ε’max来测定r，ε’max大约在可硬化材料开始硬化后的一天内出现。然后根据ε’max与ε’(t)的比值计算出强度。用该被算出的强度可以计算出比例系数r。然后用关系式r·ε”(t＝0)/ε”(t)能够进一步确定强度曲线。此外从对于ε’max(t)，抗压强度表现为10.5N/m这一事实也可以确定比例系数r。用于执行本专利技术方法的设备包括一个通过电线向电极的电源端子提供交流电流的交流电流源。通过分支线路，电流源的交流电流还经过开关提供给相位旋转元件(如电容)或提供给无相位旋转元件(如电阻)。测量装置的两个电极(其间以可硬化材料为介质)之间所产生的电压与分支线路上的相位旋转元件或无相位旋转元件所产生的电压在乘法器中相乘。乘法器的输出电压包括交流电压分量和直流电压分量。交流电压被低通滤波器滤掉。如果分支线路上的电流经无相位旋转元件输入到乘法器，那么该直流电流就是衡量电容C的量度，如果发生相位旋转，那么该直流电流就是衡量电导G的量度。这些值通过模/数转换器输入到计算机中，在计算机中根据电导和电容来确定复数介电常数的实部和/或复数部分从而算出强度。借助于时间控制单元可以在几天内(比如七天)做许多次测量，比如每小时测量一次。根据本专利技术的测定可硬化材料强度的方法能够方便地用于由可硬化材料(如混凝土)制造构件。在这种情况下，呈软性状态的材料被放置在盒子内(如模子内)。通过在固化材料中安装电极和按照本专利技术方法测定强度可以确定材料强度达到预定强度将盒子移开的时刻。有关测量介质特性的更详细的信息可在下列文章中查明H asted，J.B.，“A queous 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西姆斯·安德列亚斯·希尔浩斯特，威廉·赫尔曼·斯腾弗特·克勒泽，
申请(专利权)人：环境及农业技术研究所，
类型：发明
国别省市：