CN102590038B - 一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置，它涉及一种测量混凝土流变参数的装置，以解决采用现有技术测量新拌混凝土流变参数存在测量结果不准确和现有技术适应性受限制的问题。它包括筒状容器、第一套管、第二套管、立杆、轴杆、圆锥筒、第一计时开关、第二计时开关、拔杆、砝码、圆筒、圆盘、圆环、混凝土振动台和计时器，第一套管的一端的端面固定安装在筒状容器内的底部的端面上，圆筒的另一端的端面与圆环的一端的端面连接，轴杆的一端置于第一套管内且轴杆的一端的端面顶靠在筒状容器内的底部的端面上，圆盘的上端面上设置有砝码，筒状容器固定安装在混凝土振动台的台面上，本发明用于测量新拌混凝土流变参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量混凝土流变参数的装置。
背景技术
新拌混凝土属于宾汉姆体，符合流变方程：τ＝τ0+η(dγ/dt)，式中：τ为剪切应力，τ0为屈服应力，η为塑性粘度，(dγ/dt)为剪切速率，新拌混凝土的流变性能至少要用屈服应力τ0和塑性粘度η这两个参数来表征。当外作用力τ小于液固混合料颗粒间的摩擦力时，混合料做弹性伸长，颗粒未发生移动，宾汉姆体不发生流动；当τ等于液固混合料颗粒间的摩擦力时，混合料中的应力保持不变而颗粒做连续运动，这时，τ即为屈服应力τ0。如果没有粘性存在，这就是圣维南固体，但由于颗粒间有一定粘性，塑性变形必随应力的增加而增加，塑性粘度则是一常数。简言之，屈服应力是使材料发生变形所需的最小应力；塑性粘度是反映作用力与流动速率之间关系的参数。
国内外学者尝试许多试验方法，有的方法是单点的即仅测试一个参数，有的可以获得屈服应力和塑性粘度两个参数，有的方法仅限于实验室的使用，而有的则造价低、操作简单适合在施工现场使用。常见的如Kelly Ball试验、圆环沉入试验(Ring Penetration Test)、锥体沉入试验(Cone Penetration Test)以及动球粘度计(Moving Sphere Viscometer)等，前三种方法都是以一定重量的球、圆环、圆锥体沉入到新拌混凝土的深度来表征混凝土的工作性，而动球粘度计通过测定把钢球压入混凝土内或将钢球从混凝土内部拉出的力与混凝土粘度相关性来测定新拌混凝土的粘度。但是以上方法存在缺点：(1)是球、圆环、圆锥体的重量固定，对于大流动性的混凝土、砂浆、水泥浆沉入深度大，易沉入到容器底部；而对于低塑性的混凝土、砂浆、水泥浆易停滞在试样的表面，导致不能精确测量，即上述方法仅适用一定流动性范围内的混凝土，使该方法的使用范围受到限制；(2)是球或圆锥体受其下部混凝土中的粗骨料粒径影响较大；(3)是一个静态试验，未考虑实际工程中的新拌混凝土的振捣工艺。
还有学者为了测量混凝土流变参数，对已有的传统回转粘度计做了大量的改进工作，如GH.Tattersall和他的学生们早在20世纪70年代改进了流变仪的结构，设计了不同型式的搅拌桨。但是，至今各国学者有关混凝土流变参数的实验报告和相关曲线相差甚远，实验报告的结论很不一致，造成这一现象的主要原因是现有的流变仪的搅拌桨不能使混凝土形成稳定的均质的层流状态，剪切力矩的测量不很准确。
发明内容
本发明的目的是为解决采用现有技术测量新拌混凝土流变参数存在测量结果不准确和现有技术适应性受限制的问题，进而提供一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置包括筒状容器、第一套管、第二套管、立杆、轴杆、圆锥筒、第一计时开关、第二计时开关、拔杆、砝码、圆筒、圆盘、圆环、混凝土振动台和计时器，所述的圆锥筒的小直径端和大直径端均为敞口端，所述的圆筒的两端均为敞口端，圆锥筒的小直径端和大直径端同轴设置，第一套管的一端的端面固定安装在筒状容器内的底部的端面上，第一套管与筒状容器同轴设置，圆锥筒的小直径端的端面上连接有一个圆盘，圆锥筒和圆盘同轴设置，圆筒的一端的端面与圆锥筒的大直径端的端面连接，圆筒的另一端的端面与圆环的一端的端面连接，圆环的下端面位于筒状容器的上端面处，与圆环相连接的圆筒的端部外壁上沿该圆筒的轴向至下而上标有刻度，圆锥筒的侧面上加工有一个排气孔，圆盘的端面中心处沿该圆盘的轴向设置有一个第一通孔，轴杆的一端置于第一套管内且轴杆的一端的端面顶靠在筒状容器内的底部的端面上，轴杆的另一端依次穿出圆环、圆筒、圆锥筒和圆盘，轴杆通过第一通孔与圆盘滑动配合，圆盘的上端面上设置有砝码，筒状容器固定安装在混凝土振动台的台面上，拔杆的一端与圆盘的外侧壁面可拆卸连接，筒状容器的外侧壁面上连接有一个第二套管，立杆的下端置于第二套管内并与第二套管可拆卸连接，立杆的上端正对拔杆的另一端处设置有一个第二计时开关，位于第二计时开关与筒状容器的上端面之间的立杆上设置有第一计时开关，计时器设置在立杆上。
本发明的有益效果是：本发明通过调整砝码的质量即可获得新拌混凝土的屈服应力；本发明通过调整砝码的质量可使圆环沉入各类新拌的混凝土中，通过测量圆环在混凝土中的沉降速率可获得混凝土的塑性粘度，显著地扩大了新拌混凝土的测量范围，同时，将本发明装置放在混凝土振动台上振动，还可以获得振动状态下新拌混凝土的流变参数，模拟了实际工程状况。本发明结构简单，造价低，设计合理，测量数据准确可靠，测量范围宽，应用范围广，适应性好，既适合实验室又适合施工现场的新拌混凝土流变参数的测量。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图，图2是本发明的主剖视结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置包括筒状容器1、第一套管2、第二套管3、立杆4、轴杆5、圆锥筒7、第一计时开关6、第二计时开关8、拔杆9、砝码10、圆筒11、圆盘12、圆环13、混凝土振动台14和计时器16，所述的圆锥筒7的小直径端和大直径端均为敞口端，所述的圆筒11的两端均为敞口端，圆锥筒7的小直径端和大直径端同轴设置，第一套管2的一端的端面固定安装在筒状容器1内的底部的端面上，第一套管2与筒状容器1同轴设置，圆锥筒7的小直径端的端面上连接有一个圆盘12，圆锥筒7和圆盘12同轴设置，圆筒11的一端的端面与圆锥筒7的大直径端的端面连接，圆筒11的另一端的端面与圆环13的一端的端面连接，圆环13的下端面位于筒状容器1的上端面处，与圆环13相连接的圆筒11的端部外壁上沿该圆筒11的轴向至下而上标有刻度H，圆锥筒7的侧面上加工有一个排气孔7-1，圆盘12的端面中心处沿该圆盘12的轴向设置有一个第一通孔12-1，轴杆5的一端置于第一套管2内且轴杆5的一端的端面顶靠在筒状容器1内的底部的端面上，轴杆5的另一端依次穿出圆环13、圆筒11、圆锥筒7和圆盘12，轴杆5通过第一通孔12-1与圆盘12滑动配合，圆盘12的上端面上设置有砝码10，筒状容器1固定安装在混凝土振动台14的台面上，拔杆9的一端与圆盘12的外侧壁面可拆卸连接，筒状容器1的外侧壁面上连接有一个第二套管3，立杆4的下端置于第二套管3内并与第二套管3可拆卸连接，立杆4的上端正对拔杆9的另一端处设置有一个第二计时开关8，位于第二计时开关8与筒状容器1的上端面之间的立杆4上设置有第一计时开关6，计时器16设置在立杆4上。
本实施方式中所述第二计时开关8用于控制计时器16启动计时，第二计时开关8为常闭触点；第一计时开关6用于控制计时器16停止计时，第一计时开关6为常开触点，此时，计时器16记录圆环13下降的时间。第一计时开关6在立杆4上的位置可依混凝土的类型做调整。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的筒状容器1、轴杆5、圆锥筒7和圆筒11均由钢板制成，圆盘12为钢制圆盘，圆环13为钢制圆环。如此设置，耐用性能高，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的筒状容器1的内径D为100mm～110mm，高度H1为80mm～90mm。如此设置，能满足测量需要。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图2说明本实施方式，本实施方式的装置还包括销钉15，圆盘12的外侧壁面上径向设置有一个与第一通孔12-1相交的第二通孔12-2，与圆盘12配合处的轴杆5的外侧壁面上设置有一个盲孔5-1，圆盘12通过穿过第二通孔12-2并置于盲孔5-1内的销钉15轴向限位。如此设置，便于调节圆环高度，以及实现圆盘和圆锥筒的轴向限位。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的刻度H的量程范围为0～100mm。如此设置，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式三相同。
工作原理：
本发明根据宾汉姆体流变方程可知，圆环刚好压入混凝土表面所需要的作用力与混凝土的屈服应力相一致，本发明通过调整所施加的砝码的质量，可使圆环刚好压入混凝土表面，此时用砝码、圆盘、圆锥筒、圆筒以及圆环的重量总和即可表征混凝土的屈服应力；通过测量一定时间内圆环的沉入混凝土的深度，可计算在恒定外力作用下圆环在混凝土中的沉入速率(单位时间内下沉的距离)，该速率与混凝土的塑性粘度密切相关(呈线性关系)，通过标准流体的标定，可建立圆环的沉入速率与塑性粘度之间的相关系数，从而获得混凝土的塑性粘度。将上述装置通过混凝土振动台振动可获得振动状态下新拌混凝土的流变参数。
具体工作过程：筒状容器1内装满新拌混凝土，插捣抹平，将圆盘12、圆锥筒7、圆筒11以及圆环13整体固定在轴杆5上，圆环13的下端面正好位于筒状容器11的上端面处，在圆盘12上放置一定质量的砝码10，释放圆盘12，圆盘12、圆锥筒7、圆筒11以及圆环13整体在各自重力以及砝码10的重力作用下，沿轴杆5下滑并逐渐伸入筒状容器1中的混凝土内，通过调整砝码，使圆环刚好进入混凝土，记录此时砝码10、圆盘12、圆锥筒7、圆筒11以及圆环13的质量总和，通过换算成砝码、圆盘12、圆锥筒7、圆筒11以及圆环13的重量总和即可表征新拌混凝土的屈服应力τ0；随后，提升圆锥筒7至原初始位置，增加砝码10的质量至某一值后，释放圆盘12，圆盘12、圆锥筒7、圆筒11以及圆环13整体在各自重力以及砝码10的重力作用下又开始下滑，下滑时拔杆9刚好拔动第二计时开关8，此时，计时器16开始计时，圆环13下降，并逐渐在筒状容器1中的混凝土内下沉，当拨杆9碰到第一计时开关6时，计时器16停止计时并记录圆环13整个下降时间，立即通过圆筒11外壁上的刻度测出圆环13在筒状容器1内下沉的距离，即可得到圆环13的下沉速率(单位时间内下沉的距离)。
塑性粘度的计算，根据公式η＝κ·υ，可算出新拌混凝土的塑性粘度，式中：η为塑性粘度，υ为圆环的下沉速率，κ为常数。其中，常数κ可通过如下方法标定：选用一系列具有不同粘度η0的标准流体如蓖麻油，利用本发明的流变参数测量装置，按照上述新拌混凝土塑性粘度的测量过程测量出圆环在蓖麻油中下沉速率ν0，以圆环的下沉速率ν0为横坐标，以标准流体的粘度η0为纵坐标作图，线性拟合后所得一元线性方程的斜率为常数κ(仪表常数)，将常数κ代入公式η＝κ·υ，即可算出新拌混凝土的塑性粘度。
上述试验中的新拌混凝土是静态的，所获得参数是新拌混凝土静态时的流变参数；将本发明装置通过混凝土振动台14的振动，同样工作原理和工作过程，可获得振动状态下新拌混凝土的流变参数。
Claims (5)
1.一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置，它包括筒状容器(1)、立杆(4)、轴杆(5)、第一计时开关(6)、第二计时开关(8)、拔杆(9)、圆筒(11)、混凝土振动台(14)和计时器(16)，筒状容器(1)固定安装在混凝土振动台(14)的台面上，计时器(16)设置在立杆(4)上，其特征在于：它还包括第一套管(2)、第二套管(3)、圆锥筒(7)、砝码(10)、圆盘(12)和圆环(13)，所述的圆锥筒(7)的小直径端和大直径端均为敞口端，所述的圆筒(11)的两端均为敞口端，第一套管(2)的一端的端面固定安装在筒状容器(1)内的底部的端面上，第一套管(2)与筒状容器(1)同轴设置，圆锥筒(7)的小直径端的端面上连接有一个圆盘(12)，圆锥筒(7)和圆盘(12)同轴设置，圆筒(11)的一端的端面与圆锥筒(7)的大直径端的端面连接，圆筒(11)的另一端的端面与圆环(13)的一端的端面连接，圆环(13)的下端面位于筒状容器(1)的上端面处，与圆环(13)相连接的圆筒(11)的端部外壁上沿该圆筒(11)的轴向至下而上标有刻度(H)，圆锥筒(7)的侧面上加工有一个排气孔(7-1)，圆盘(12)的端面中心处沿该圆盘(12)的轴向设置有一个第一通孔(12-1)，轴杆(5)的一端置于第一套管(2)内且轴杆(5)的一端的端面顶靠在筒状容器(1)内的底部的端面上，轴杆(5)的另一端依次穿出圆环(13)、圆筒(11)、圆锥筒(7)和圆盘(12)，轴杆(5)通过第一通孔(12-1)与圆盘(12)滑动配合，圆盘(12)的上端面上设置有砝码(10)，拔杆(9)的一端与圆盘(12)的外侧壁面可拆卸连接，筒状容器(1)的外侧壁面上连接有一个第二套管(3)，立杆(4)的下端置于第二套管(3)内并与第二套管(3)可拆卸连接，立杆(4)的上端正对拔杆(9)的另一端处设置有一个第二计时开关(8)，位于第二计时开关(8)与筒状容器(1)的上端面之间的立杆(4)上设置有第一计时开关(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置，其特征在于：所述的筒状容器(1)、轴杆(5)、圆锥筒(7)和圆筒(11)均由钢板制成，圆盘(12)为钢制圆盘，圆环(13)为钢制圆环。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置，其特征在于：所述的筒状容器(1)的内径(D)为100mm～110mm，高度(H1)为80mm～90mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置，其特征在于：该装置还包括销钉(15)，圆盘(12)的外侧壁面上径向设置有一个与第一通孔(12-1)相交的第二通孔(12-2)，与圆盘(12)配合处的轴杆(5)的外侧壁面上设置有一个盲孔(5-1)，圆盘(12)通过穿过第二通孔(12-2)并置于盲孔(5-1)内的销钉(15)轴向限位。
5.根据权利要求3所述的一种用于测量新拌混凝土流变参数的装置，其特征在于：所述的刻度(H)的量程范围为0～100mm。
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