CN101339184B - 自密实砂浆工作性测试仪器及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量仪器及测量方法，尤其涉及一种自密实砂浆工作性测试仪器及测试方法。为了测试自密实砂浆的工作性，提出了一种“沉球”试验方法，并通过试验优化了“沉球”的质量与砂浆容器的大小。通过对比分析25.9g钢球在不同自密实能力的新拌砂浆中下沉的时程曲线发现：曲线的时长能反映砂浆的流动性，曲线的斜率变化能够反映砂浆的均匀性，曲线的积分面积能够综合反映砂浆的自密实能力。本发明的试验仪器和测试方法操作简单，测试结果准确，能够灵敏反应砂浆的工作性，并且测试速度快。

Description

自密实砂浆工作性测试仪器及测试方法

技术领域

本发明涉及一种测量仪器及测量方法，尤其涉及一种自密实砂浆工作性测试仪器及测试方法。

背景技术

近年来，随着混凝土技术的不断进步，自密实混凝土在工程中的应用越来越广，国内外学者对自密实混凝土的各项性能开展了较为广泛的研究，如文献《免振捣高强膨胀混凝土的研究》(丁庆军，李悦，胡曙光等..武汉理工大学学报，2000，22(6)：1-4)、《膨胀剂WHU对自密实砼收缩及渗透性的影响》(朱洪波，马保国，李相国.武汉理工大学学报，2006，28(5)：48-52)、《Performance ofself-compacting concretecontaining fly ash》(KHATIB J M.Construction andBuilding Materials，2008，22(9)：1963-1971)。自密实混凝土主要应用于一些无法振捣的工程，其特殊施工方式决定了混凝土浇筑后很难进行事后修补，必须在浇筑前对新拌混凝土性能进行预先把关。因此，国内外学者针对自密实混凝土的工作性进行了大量试验研究，如文献《Rapid testing method for segregationresistance of self-compacting concrete》(BUIA V K，MONTGOMERYB D，HINCZAKCI，et al.Cement and Concrete Research，2002，32(9)：1489-1496.)，取得了一系列研究成果。目前，国际上现有的相关测试方法主要包括：坍落度与坍落扩展度试验、Orimet流速试验、L型流动仪试验、V型漏斗试验、U型仪试验、J环试验、湿筛离析试验(wet-sieving segregation test)和渗入试验(penetration test)等，如文献《自密实混凝土研究进展》(刘运华，谢友均，龙广成.硅酸盐学报，2007，35(5)：671-678)。自密实砂浆是一种特殊的自密实混凝土，主要应用于特别狭窄无法振捣的工程部位，由于骨料尺度不同，无法应用与自密实混凝土相同的方法评价其工作性。针对自密实砂浆工作性测试方法，多采用微缩的自密实混凝土工作性评价方法，如文献《Effects of steel fiber reinforcement on surfacewear resistance of self-compacting repair mortars》(Burak Selcuk Türkel，

itAltuntas.Cementand Concrete Composites，2007，29(5)：391-396)。由于两者之间在流动能力、抗离析能力等方面存在较大差异，这些测试方法带有明显的局限性。自密实砂浆的工作性主要包含高流动性、抗离析性和自密实性三个方面。这三方面内容是自密实砂浆流变特性的全面反映，缺一不可。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提出一种测试自密实砂浆工作性的新型试验仪器和沉球试验方法，测试一定质量钢球在新拌砂浆中下沉的时程曲线，通过曲线时长反映砂浆的流动性；曲线斜率变化反映砂浆的均匀性，曲线积分面积综合反映砂浆的自密实能力。

本发明的技术方案如下：

一种自密实砂浆工作性测试仪器，包括：盛放砂浆的容器、小钢球、细线、滑轮、多圈电位器、支架、导线、AD数据采集卡和微型计算机；多圈电位器设在支架上，多圈电位器通过轴与滑轮连接，细线一端绕在滑轮上，另一端与小钢球相连，多圈电位器通过导线连接到AD数据采集卡，AD数据采集卡安装在微型计算机的主板上；

优选地，所述小钢球直径20mm，质量为25.9g；

优选地，所述容器内径60mm，高为160mm；

测试时，将AD数据采集卡安装在微型计算机的主板上，安装驱动程序，AD卡的信号输入线与多圈电位器的输出线连接，启动数据采集程序，设定好采样频率，标定电压变化与位移的关系，使钢球的位移能够通过数据采集系统直接反映出来；将拌合好的自密实砂浆注入容器，用细线一端将小钢球固定，另外一端缠绕在多圈电位器的滑轮上，根据滑轮大小和容器高度调整细线的长短，以钢球能够下滑至容器底部，且滑轮转动2-5周为宜。将钢球调整至与砂浆表面刚刚接触，令钢球在砂浆中自由下滑，钢球下滑带动滑轮转动，滑轮转动引起电位器输出端电压的变化，标定后的数据采集系统可以直接得到各采样时刻的钢球位移。连接不同时刻的钢球位移即可得到钢球的时程曲线。

优选地，所述的采样频率为10-100Hz；

优选地，所述小钢球直径20mm，质量为25.9g；

优选地，容器内径60mm，高为160mm；

本发明的试验仪器和测试方法操作简单，测试结果准确，能够灵敏反应砂浆的工作性，并且测试速度快。

说明书附图

图1，自密实砂浆工作性测试仪器示意图；

图2，V型漏斗示意图；

图3，试验数据采集流程图；

图4A，桶内径95mm，高130mm试验曲线；

图4B，桶内径60mm，高160mm试验曲线；

图4C，桶内径40mm，高300mm试验曲线；

图5A，粉煤灰参量为20％时的试验曲线；

图5B，粉煤灰掺量为零时的试验曲线。

具体实施方式

以下，根据具体实施例说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，自密实砂浆工作性测试仪器，包括：盛放砂浆的容器7、一定质量的小钢球6、细线5、滑轮4、多圈电位器2、支架1、导线8、AD数据采集卡9和微型计算机10；多圈电位器设在支架上，多圈电位器通过轴3与滑轮连接，细线一端绕在滑轮上，另一端与一定质量的小钢球相连，多圈电位器通过导线连接到AD数据采集卡，AD数据采集卡安装在微型计算机的主板上；所述一定质量的小钢球直径20mm，质量为25.9g；容器内径60mm，高为160mm；AD数据采集卡型号：8112PG；多圈电位器型号：WXD3-13，10kΩ。

自密实砂浆工作性测试方法，包括以下步骤：将AD数据采集卡安装在微型计算机的主板上，安装驱动程序，AD卡的信号输入线与多圈电位器的输出线连接，启动数据采集程序，设定好采样频率，标定电压变化与位移的关系，使钢球的位移能够通过数据采集系统直接反映出来；将拌合好的自密实砂浆注入容器，用细线一端将小钢球固定，另外一端缠绕在多圈电位器的滑轮上，根据滑轮大小和容器高度调整细线的长短，以钢球能够下滑至容器底部，且滑轮转动2-5周为宜。将钢球调整至与砂浆表面刚刚接触，令钢球在砂浆中自由下滑，钢球下滑带动滑轮转动，滑轮转动引起电位器输出端电压的变化，标定后的数据采集系统可以直接得到各采样时刻的钢球位移。连接不同时刻的钢球位移即可得到钢球的时程曲线；所述的采样频率为10-100Hz；所述一定质量的小钢球直径20mm，质量为25.9g；容器内径60mm，高为160mm。

具体试验如下：

1原材料与试验方法

1.1原材料

采用秦皇岛浅野P.O42.5R型水泥，绥中热电厂I级粉煤灰，秦皇岛独楼外加剂厂UEA膨胀剂。细集料：绥中洁净河沙，细度模数为2.9。减水剂：沈阳汉拿外加剂厂生产的聚羧酸类高效减水剂，减水率为30％。

1.2自密实砂浆配合比

膨胀剂固定为胶凝材料的8.0％，减水剂分别为胶凝材料的1.2％、1.5％和1.8％，水胶比(W/B)固定为0.27，砂胶比(S/B)固定为1.4，配合比如表1所示。

表1实验配合比

1.3试验方法与原理

沉球试验仪器如图1所示，它是由多圈电位器、AD数据采集卡、计算机、直径20mm，质量为25.9g的小钢球和内径60mm，高为160mm的容器等组成。试验步骤如下：

1.按照图1组装仪器并将多圈电位器的信号输出线连接在计算机上。

2.将新拌自密实砂浆填满容器，放到指定位置。

3.放开小球使其慢慢沉入砂浆并应用计算机采集数据。

4.试验数据分析，将采集的数据绘制成曲线，通过曲线参数分析自密实砂浆的工作性。

数据采集原理：用一根光滑的细线固定在小球上，并将细线缠绕在多圈电位器的滑轮上，小球下沉带动滑轮转动，引起多圈电位器输出端电压的变化，通过AD数据采集卡将电压的改变转换成位移信号，绘出小球下沉的时程曲线图，并通过曲线的形状等参数反映砂浆的工作性能。试验流程图如图2所示。

为验证“沉球试验”的优越性，与自密实混凝土工作性测试方法中的V型漏斗试验进行对比，实验中对V型漏斗按照最大骨料粒径进行了微缩处理，如图3所示。

2试验结果与分析

2.1沉球质量优选

沉球的质量直接影响实验效果。质量太大对任何配比的砂浆都可以沉入，难以反映各配合比工作性的差异；质量太小则可能难以下沉导致实验失败。试验首先选取了直径分别为15、20和30mm的小钢球进行对比，研究结果表明：直径为20mm，质量为25.9g的小钢球在砂浆中下沉速度适宜，其时程曲线能够较好的反映砂浆的工作性能。

2.2砂浆容器优选

实验中，除小球质量外，砂浆容器的大小同样对测试结果产生较大影响。容器直径太大，钢球对砂浆整体均匀性变化不敏感，很难测试出砂浆的离析情况；反之，如容器直径太小，容器的边壁效应对测试影响较大。在此，选择了三个容器，其内径和高度分别为：95mm、130mm；60mm、160mm；40mm、300mm。为增加试验的对比度，选用1.2％、1.5％和1.8％三种减水剂掺量(1、2、3号)的配合比进行沉球试验，减水剂掺量为1.2％的工作性较差，钢球几乎不下沉，掺量为1.5％和1.8％的沉球时程曲线如图4所示。

图4A(内径95mm、高130mm)、图4B(内径60mm、高160mm)和图4C(内径40mm、高300mm)中曲线A代表减水剂掺量为1.5％，曲线B代表减水剂掺量为1.8％。对比不同直径容器的沉球时程曲线发现：容器内径为95mm时，由于钢球较小，很难感知体系流变性能的微小变化；容器内径为40mm时，由于边壁效应非常明显，使得钢球感知到体系变化时存在较大误差；容器内径为60mm时，容器与钢球尺寸匹配，能够较真实的反映材料流变性能的微弱变化。通过对比，选定直径60mm、高160mm的容器盛放砂浆。

2.3沉球试验可行性研究

粉煤灰颗粒呈球形，同时比表面积较大，在体系中一方面起到填充的作用，另一方面起到保水抗离析的作用，是自密实砂浆最常用的掺合料。为了研究评价自密实砂浆工作性的沉球试验参数，进行1.2％、1.5％和1.8％三种减水剂掺量的配合比进行掺(1、2、3号)与不掺(4、5、6号)粉煤灰的对比试验，各时程曲线如图5A(掺加20％粉煤灰)和图5B(不掺加粉煤灰)所示。

图5A和图5B中曲线A代表减水剂掺量为1.5％，曲线B代表减水剂掺量为1.8％，曲线C代表减水剂掺量为1.2％。对比掺与不掺粉煤灰的沉球时程曲线发现：沉球试验能够较好的反映体系的流动性、粘度、均匀性和自密实特征，掺加粉煤灰的A砂浆流动性好，粘度适宜，均匀性较好，曲线中表现为斜率适中且没有发生较大的突变；掺加粉煤灰的B砂浆流动性好，粘度稍低，存在离析现象，曲线中表现为斜率增大且发生较大的突变；掺加粉煤灰的C砂浆流动性差，粘度高，均匀性好，曲线中表现为几乎无法下沉；不掺粉煤灰的A砂浆流动性好，粘度低，离析明显，曲线中表现为斜率大且发生较大的突变；不掺粉煤灰的B砂浆流动性好，粘度低，离析明显，曲线中表现为斜率大且发生较大的突变；不掺粉煤灰的C砂浆流动性差，粘度高，均匀性好，曲线中表现为钢球下沉速度明显减慢并在距离底部较大距离时停止。综合以上分析，沉球试验能够很好的评价自密实砂浆的工作性，应用钢球沉入时间或速度反映砂浆的流动性，用曲线斜率是否存在较大的突变描述砂浆的均匀性(抗离析能力)，用曲线的积分面积来综合评价砂浆的自密实能力。

2.4沉球试验有效性研究

为了证明沉球试验的有效性，在进行沉球试验的同时，还对同样的新拌砂浆进行了V型漏斗试验，其示意图如图3所示，漏斗尺寸：

B1×L1×H1＝165mm×20mm×150mm；

B2×L2×H2＝15mm×20mm×50mm；

试验结果如表2所示。

表2V型漏斗试验结果

根据2.3的描述，2号配合比砂浆的工作性最好，自密实能力最强。但从V型漏斗的试验结果无法确定哪个配合比为最佳配合比，因为明显离析的6号配合比的V型漏斗试验参数与2号非常接近。对比两种试验方法不难发现，沉球试验在评价自密实砂浆工作性方面具有明显的优越性。

3结论

为了测试自密实砂浆的工作性，提出了一种新的沉球试验方法，通过试验优选了钢球直径20mm、质量25.9g，砂浆容器直径为60mm、高160mm。“沉球”试验方法能有效反映自密实砂浆的工作性，应用曲线时长反映砂浆流动性；应用曲线斜率变化反映砂浆均匀性；应用曲线积分面积反映砂浆的自密实能力。与现有的一些试验方法相比，该新方法具有明显的优越性。根据本文的试验条件，钢球下沉到容器底部所用时间在15-20s之间，曲线无明显突变，曲线的积分面积在1000-1500mm.s之间，自密实砂浆的工作性能优异。

Claims (4)

1.一种自密实砂浆工作性测试仪器，包括：盛放砂浆的容器、小钢球、细线、滑轮、多圈电位器、支架、导线、AD数据采集卡和微型计算机；多圈电位器设在支架上，多圈电位器通过轴与滑轮连接，细线一端绕在滑轮上，另一端与小钢球相连，多圈电位器通过导线连接到AD数据采集卡，AD数据采集卡安装在微型计算机的主板上；测试时，将AD数据采集卡安装在微型计算机的主板上，安装驱动程序，AD卡的信号输入线与多圈电位器的输出线连接，启动数据采集程序，设定好采样频率，标定电压变化与位移的关系，使钢球的位移能够通过数据采集系统直接反映出来；将拌合好的自密实砂浆注入容器，用细线一端将小钢球固定，另外一端缠绕在多圈电位器的滑轮上，根据滑轮大小和容器高度调整细线的长短，使钢球能够下滑至容器底部，且滑轮转动2-5周；将钢球调整至与砂浆表面刚刚接触，令钢球在砂浆中自由下滑，钢球下滑带动滑轮转动，滑轮转动引起电位器输出端电压的变化，标定后的数据采集系统可以直接得到各采样时刻的钢球位移；连接不同时刻的钢球位移即可得到钢球的时程曲线。

2.根据权利要求1所述的自密实砂浆工作性测试仪器，其特征在于：所述小钢球直径20mm，质量为25.9g。

3.根据权利要求1或2所述的自密实砂浆工作性测试仪器，其特征在于：容器内径60mm，高为160mm。

4.根据权利要求1所述的自密实砂浆工作性测试仪器，其特征在于：所述的采样频率为10-100Hz。

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