CN102854091B - 一种流变试验用砂浆用水量调整方法 - Google Patents

Abstract

一种流变试验用砂浆用水量调整方法，它涉及一种砂浆用水量调整方法。本发明要解决现有流变试验用砂浆用水量调整不准确，导致试验不能进行或失败的问题，本发明的方法为：依据比表面积计算法，假设各分级砂的平均粒径为上下两筛孔宽的算术平均值；所有粒径均为理想球体，依次算出砂颗粒的直径，每颗砂粒的表面积、体积、质量及第i层砂的颗粒数，算出第i层砂的总表面积和砂的总表面积，再根据《建筑用砂GBT14684-2011》测出的正常级配砂的吸水率，求得粒径为0~0.15mm细砂试样的吸水率，最终使用此吸水率进行调整。本发明调整了砂浆用水量，从而保证砂浆流变试验的顺利进行。本发明应用于流变试验领域。

Description

一种流变试验用砂浆用水量调整方法

技术领域

本发明涉及一种砂浆用水量调整方法。

背景技术

随着科技的发展与进步，各种各样先进的测试仪器设备层出不穷。然而在使用这些仪器设备进行测试研究时，以往的一些试验条件、方法无法与仪器相匹配，有时甚至导致试验研究无法进行。例如在使用流变仪测试混凝土砂浆的流变性能时，考虑仪器夹具的合理间隙及其与材料最大粒径间的关系，砂浆拌合物中须采用粒径小于0.15mm的细砂。由于砂的粒径越小，其比表面积越大，吸水性也随之大幅增加。在试验中按配合比而加入的水分会被细砂大量吸收，致使砂浆流动性下降，流变试验测试无法开展。故应根据细砂的吸水量，对砂浆的用水量进行调整补偿。通常方法是根据《建筑用砂GBT14684-2011》测出所用砂吸水率，再根据其吸水率和用量对拌合物的用水量进行调整，然而以上方法适用于正常级配砂用水量的调整，流变试验中由于使用粒径小于0.15mm的细砂，其用水量调整不准确，会使得测试结果不够准确，导致试验不能进行或失败。因此亟须设计一种流变试验用砂浆用水量调整方法以便试验操作可行，提高精确性。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有流变试验用砂浆用水量调整不准确，导致试验不能进行或失败的问题，而提供了一种流变试验用砂浆用水量调整方法。

本发明的一种流变试验用砂浆用水量调整方法是按照以下步骤进行的：

一、将标准套筛按从筛孔宽度从大到小的顺序依次排列，其中筛孔宽度最小的分样筛的孔宽度为0.15mm，形成一组套筛，将正常级配砂干燥至绝干状态，对干燥后的砂用套筛分成不同粒径，得到7组砂；

二、计算筛分后第i组砂的平均粒径d_mi：

d_mi=(d_pi+d_ri)/2；

式中，d_pi为第i层砂上层筛孔的孔宽度，d_ri为第i层砂下层筛孔的孔宽度；

每颗砂粒的表面积为： $s=\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{mi}}^2$

第i组砂的颗粒数为： $n_i=6M_i/\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{mi}}^3\mathrm{\ρ}$

第i组砂的总表面积为： $S_i=\frac{6M_i}{{\mathrm{\πd}}_{\mathrm{mi}}^3\mathrm{\ρ}}\·\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{mi}}^2=\frac{6M_i}{d_{\mathrm{mi}}\·\mathrm{\ρ}};$

其中，所述的ρ表示第i组砂的密度，M_i表示第i组砂的质量；

三、计算正常级配砂的总表面积S和总质量M为：

$S=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\frac{6M_i}{d_{\mathrm{mi}}\·\mathrm{\ρ}};$

$M=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i;$

再计算出正常级配砂的比表面积S″：

四、依据《建筑用砂GBT14684-2011》测出正常级配砂的吸水率W；

五、计算正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂试样的比表面积S″_x；

其中，M₁为正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂的质量，S₁为按步骤二的方法计算的粒径为0~0.15mm砂的总表面积；

计算正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂的吸水率W_x，

六、计算流变试验用砂浆用水量M′_q：

M_q′=W_x×M_x+M_l，

其中，M′_q表示流变试验砂浆用水量，W_x表示正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂的吸水率，M_x表示流变试验用粒径为0~0.15mm砂试样的质量，M_l表示依流变试验用砂浆配合比计算砂浆的用水量。

本发明包含以下有益效果：

本发明的方法在传统砂吸水率试验方法的基础上引入了理论推导，依据理论比表面积计算法，假设所有砂的粒径均为理想球体，且各分级砂的平均粒径为上下两筛孔宽的算术平均值，依次算出假想砂颗粒圆球的直径，每颗砂粒的表面积、体积、质量及第i层砂的颗粒数，算出第i层砂的总表面积和砂的总表面积。再根据砂吸水性随其比表面积的增大而增大的性质及由规范《建筑用砂GBT14684-2011》测出的正常级配砂试样的吸水率，求出在正常级配砂试样中经过筛选出的粒径为0~0.15mm细砂试样的吸水率。从而针对流变试验用砂浆试样用砂的吸水率测试方法进行修正，调整了砂浆用水量，保证了砂浆流变试验的顺利进行，并提高了试验的精确性，为流变试验用砂浆用水量调整提供了依据和参考方法。

由于在设计一般砂浆配合比的时候是将通过规范测出的正常级配砂试样的吸水率值引入计算的，而流变试验用粒径为0~0.15mm细砂试样的吸水率却因为其比表面积的增加而增加，如不作修正，仍采用原吸水率值计算出来的用水量试验将会使作为骨料不参加水泥水化反应的粒径为0~0.15mm细砂试样在水泥水化充分反应前吸收大量的水，从而减少了砂浆中用于参加反应的水的用量，最终导致实验失败。因此，本发明采用理论推导算出的砂比表面积值引入采用规范测出的砂吸水率的测试修正中，从而求出最终流变试验用粒径为0~0.15mm细砂试样的吸水率。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式的一种流变试验用砂浆用水量调整方法是按照以下步骤进行的：

一、将标准套筛按从筛孔宽度从大到小的顺序依次排列，其中筛孔宽度最小的分样筛的孔宽度为0.15mm，形成一组套筛，将正常级配砂干燥至绝干状态，对干燥后的砂用套筛分成不同粒径，得到7组砂；

二、计算筛分后第i组砂的平均粒径d_mi：

d_mi=(d_pi+d_ri)/2；

式中，d_pi为第i层砂上层筛孔的孔宽度，d_ri为第i层砂下层筛孔的孔宽度；

每颗砂粒的表面积为： $s=\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{mi}}^2$

第i组砂的颗粒数为： $n_i=6M_i/\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{mi}}^3\mathrm{\ρ}$

第i组砂的总表面积为： $S_i=\frac{6M_i}{{\mathrm{\πd}}_{\mathrm{mi}}^3\mathrm{\ρ}}\·\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{mi}}^2=\frac{6M_i}{d_{\mathrm{mi}}\·\mathrm{\ρ}};$

其中，所述的ρ表示第i组砂的密度，M_i表示第i组砂的质量；

三、计算正常级配砂的总表面积S和总质量M为：

$S=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\frac{6M_i}{d_{\mathrm{mi}}\·\mathrm{\ρ}};$

$M=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i;$

再计算出正常级配砂的比表面积S″：

四、依据《建筑用砂GBT14684-2011》测出正常级配砂的吸水率W；

五、计算正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂试样的比表面积S″_x；

其中，M₁为正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂的质量，S₁为按步骤二的方法计算的粒径为0~0.15mm砂的总表面积；

计算正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂的吸水率W_x，

六、计算流变试验用砂浆用水量M′_q：

M_q′=W_x×M_x+M_l，

其中，M′_q表示流变试验砂浆用水量，W_x表示正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂的吸水率，M_x表示流变试验用粒径为0~0.15mm砂试样的质量，M_l表示依流变试验用砂浆配合比计算砂浆的用水量。

本实施方式包含以下有益效果：

本实施方式的方法在传统砂吸水率试验方法的基础上引入了理论推导，依据理论比表面积计算法，假设所有砂的粒径均为理想球体，且各分级砂的平均粒径为上下两筛孔宽的算术平均值，依次算出假想砂颗粒圆球的直径，每颗砂粒的表面积、体积、质量及第i层砂的颗粒数，算出第i层砂的总表面积和砂的总表面积。再根据砂吸水性随其比表面积的增大而增大的性质及由规范《建筑用砂GBT14684-2011》测出的正常级配砂试样的吸水率，求出在正常级配砂试样中经过筛选出的粒径为0~0.15mm细砂试样的吸水率。从而针对流变试验用砂浆试样用砂的吸水率测试方法进行修正，调整了砂浆用水量，保证了砂浆流变试验的顺利进行，并提高了试验的精确性，为流变试验用砂浆用水量调整提供了依据和参考方法。

由于在设计一般砂浆配合比的时候是将通过规范测出的正常级配砂试样的吸水率值引入计算的，而流变试验用粒径为0~0.15mm细砂试样的吸水率却因为其比表面积的增加而增加，如不作修正，仍采用原吸水率值计算出来的用水量试验将会使作为骨料不参加水泥水化反应的粒径为0~0.15mm细砂试样在水泥水化充分反应前吸收大量的水，从而减少了砂浆中用于参加反应的水的用量，最终导致实验失败。因此，本实施方式采用理论推导算出的砂比表面积值引入采用规范测出的砂吸水率的测试修正中，从而求出最终流变试验用粒径为0~0.15mm细砂试样的吸水率。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的绝干状态是指试样砂在100℃~110℃的烘干箱中烘干至恒重，并在干燥器内冷却至室温后的状态。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的正常级配砂是在《建筑用砂GBT14684-2011》中指出的第Ⅱ区级配的天然砂。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤六中所述的依流变试验用砂浆配合比计算砂浆用水量M_l是指：粒径为0~0.15mm的砂的质量M_x×砂浆配合比中单位用水量/砂浆配合比中单位用砂量。其它与具体实施方式一至三之一相同。

通过以下实验验证本发明的效果：

本实验一种流变试验用砂浆用水量调整方法是按照以下步骤进行的：

一、取500g的正常级配砂干燥至绝干状态，采用孔宽为9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm和0.15mm的套筛按孔宽从大到小的顺序依次排列，对干燥后的正常级配砂进行3次筛分，得到7组砂，假设所有砂的粒径均为理想球体，且各分级砂的平均粒径为上下两筛孔宽的算术平均值，则3次筛分得到的砂平均粒径（如表1所示）为：

d_mi=(d_pi+d_ri)/2；

式中，d_mi为砂的平均粒径，d_pi为第i层砂上层筛孔的孔宽度，d_ri为第i层砂筛孔的孔宽度；

每颗砂粒的表面积为： $s=\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{mi}}^2;$

第i组砂的颗粒数为： $n_i=6M_i/\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{mi}}^3\mathrm{\ρ};$

其中，所述的ρ表示第i组砂的密度，M_i表示第i组砂的质量；

第i组砂的总表面积为： $S_i=\frac{6M_i}{{\mathrm{\πd}}_{\mathrm{mi}}^3\mathrm{\ρ}}\·\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{mi}}^2=\frac{6M_i}{d_{\mathrm{mi}}\·\mathrm{\ρ}};$

三、依据正常级配砂的总表面积公式：

$S=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}\frac{6M_i}{d_{\mathrm{mi}}\·\mathrm{\ρ}};$

得出500g正常级配砂的总表面积为：

$S=\mathrm{\Σ}{S}_i=\mathrm{\Σ}\frac{6M_i}{d_{\mathrm{mi}}\·\mathrm{\ρ}}=\frac{6\×12}{0.7125\mathrm{\ρ}}+\frac{6\×28}{0.3555\mathrm{\ρ}}+\frac{6\×31}{0.177\mathrm{\ρ}}+\frac{6\×155}{0.089\mathrm{\ρ}}+\frac{6\×180}{0.045\mathrm{\ρ}}+\frac{6\×69}{0.0225\mathrm{\ρ}}+\frac{6\×25}{0.0075\mathrm{\ρ}}$

即： $S=\frac{74466}{\mathrm{\ρ}}$

式中，ρ表示砂的密度（g/cm³）；

依据正常级配砂总质量公式：

$M=\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i;$

得出正常级配砂的总质量为：M=500g；

再计算出正常级配砂的比表面积S″：

$S^{\′}=\frac{74466}{\mathrm{\ρ}*500}=\frac{148.9}{\mathrm{\ρ}};$

四、依据《建筑用砂GBT14684-2011》测出正常级配砂的吸水率W为3.06%；

五、依据正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂的比表面积公式：

其中，M₁为正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm的砂的质量，S₁为按步骤二的方法计算的粒径为0~0.15mm的砂的总表面积；

计算出粒径为0~0.15mm的砂的比表面积S″_x为：

$S_x^{\′}=\frac{20000}{\mathrm{\ρ}*25}=\frac{800}{\mathrm{\ρ}};$

式中，ρ表示砂的密度（g/cm³）；

计算正常级配砂中筛选出的粒径为0~0.15mm砂的吸水率W_x；

即： $W_x=\frac{S_x^{\′}}{S^{\′}}W=16.4\%;$

六、计算流变试验用砂浆用水量M′_q：

M_q′=W_x×M_x+M_l=202.26g

其中，M′_q表示流变试验砂浆用水量，W_x表示筛选出的粒径为0~0.15mm砂的吸水率，M_x表示流变试验用粒径为0~0.15mm砂试样的质量（本实验中M_x为500g），M_l表示依流变试验用砂浆配合比（表2）计算的砂浆用水量（M_l=粒径为0~0.15mm的砂的质量×砂浆配合比中单位用水量/砂浆配合比中单位用砂量=500×165/686=120.26g）；其中，M_l中所述的粒径为0~0.15mm的砂的质量数据见表1，砂浆配合比中单位用水量数据见表2，砂浆配合比中单位用砂量数据见表2。

本实验步骤六中计算流变试验用砂浆用水量M′_q是指粒径为0~0.16mm的砂浆用水量。

本实验中的绝干状态是指试样在100℃~110℃的烘干箱中烘干至恒重，并在干燥器内冷却至室温后的状态。

本实验正常级配砂是在《建筑用砂GBT14684-2011》中指出的第Ⅱ区级配的天然砂。

本实验通过对砂浆用水量的计算调整，保证了砂浆流变试验的顺利实施。

如果按照常规砂浆用水量调整方式，即依据《建筑用砂GBT14684-2011》测出正常级配砂的吸水率W为3.06%来调整砂浆用水量，则调整后用水量为：

M′=W*M_x+M_l=135.56g

其中，M′为调整前流变试验用砂浆用水量（g），W为正常级配砂试样的吸水率3.06%，M_x表示流变试验用粒径为0~0.15mm砂试样的质量（本实验中M_x为500g），M_l为依配合比计算砂浆用水量（表2）计算的砂浆用水量（M_l=粒径为0~0.15mm的砂的质量×砂浆配合比中单位用水量/砂浆配合比中单位用砂量=500×165/686=120.26g）；其中，M_l中所述的粒径为0~0.15mm的砂的质量数据见表1，砂浆配合比中单位用水量数据见表2，砂浆配合比中单位用砂量数据见表2。

按此量加入水后，由于砂浆和易性低导致后续流变试验无法进行。

由此可知，采用本发明方法可以更精确的调整用水量，从而保证砂浆流变试验的顺利实施。

表1砂筛分试验结果（三次试验平均值）

表2砂浆的配合比

Claims (3)

1.一种流变试验用砂浆用水量调整方法，其特征在于流变试验用砂浆用水量调整方法是按照以下步骤进行的： 

一、将标准套筛按从筛孔宽度从大到小的顺序依次排列，其中筛孔宽度最小的分样筛的孔宽度为0.15mm，形成一组套筛，将正常级配砂干燥至绝干状态，对干燥后的砂用套筛分成不同粒径，得到7组砂； 

二、计算筛分后第i组砂的平均粒径d_mi： 

d_mi＝(d_pi+d_ri)/2； 

式中，d_pi为第i层砂上层筛孔的孔宽度，d_ri为第i层砂下层筛孔的孔宽度； 

每颗砂粒的表面积为：

第i组砂的颗粒数为：

第i组砂的总表面积为：

其中，所述的ρ表示第i组砂的密度，M_i表示第i组砂的质量； 

三、计算正常级配砂的总表面积S和总质量M为： 

再计算出正常级配砂的比表面积S′：

四、依据《建筑用砂GBT14684-2011》测出正常级配砂的吸水率W； 

五、计算正常级配砂中筛选出的粒径为0～0.15mm砂试样的比表面积S′_x；

其中，M₁为正常级配砂中筛选出的粒径为0～0.15mm砂的质量，S₁为按步骤二的方法计算的粒径为0～0.15mm砂的总表面积； 

计算正常级配砂中筛选出的粒径为0～0.15mm砂的吸水率W_x，

六、计算流变试验用砂浆用水量M_q′： 

M_q′＝W_x×M_x+M₀， 

其中，M_q′表示流变试验砂浆用水量，W_x表示正常级配砂中筛选出的粒径为0～0.15mm砂的吸水率，M_x表示流变试验用粒径为0～0.15mm砂试样的质量，M₀表示依流变试验用砂浆配合比计算砂浆的用水量；其中，步骤一中所述的正常级配砂是在《建筑用砂GBT14684-2011》中指出的第Ⅱ区级配的天然砂。 

2.根据权利要求1所述的一种流变试验用砂浆用水量调整方法，其特征在于步骤一中所述的绝干状态是指试样砂在100℃～110℃的烘干箱中烘干至恒重，并在干燥器内冷却至室温后的状态。 

3.根据权利要求1所述的一种流变试验用砂浆用水量调整方法，其特征在于步骤六中所述的依流变试验用砂浆配合比计算砂浆用水量M₀是指：粒径为0～0.15mm砂的质量M_x×砂浆配合比中单位用水量/砂浆配合比中单位用砂量。