CN108303056B - 透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法 - Google Patents

透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，包括如下步骤：第一步：制备浆体，然后测试浆体的密度ρ；第二步：测试骨料的总表面积S；第三步：测试骨料表面浆体最大包裹质量mP；第四步：计算出骨料表面浆体最大包裹层厚度本发明的测试方法包括浆体密度测试、骨料表面积测试和骨料表面浆体最大包裹质量测试，进而计算骨料表面实际浆体最大包裹层厚度。本发明提出的测试装置与方法能够科学地测定浆体的最大包裹层厚度，为透水混凝土配合比设计提供理论指导，具有重要的实际意义。

Description

透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法
技术领域
本发明属于建筑材料测试技术领域，具体涉及透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法。
背景技术
透水混凝土是由粗骨料、少量细骨料、水泥等胶凝材料、水以及外加剂拌制而成、采用振实或压实工艺成型的一种多孔轻质混凝土，其粗骨料通过包覆一层较薄的水泥浆体而相互粘结，形成孔隙连通且均匀分布的蜂窝状结构，从而赋予了混凝土透气、透水等良好的环境相容性，受到学者和工程领域的广泛关注。近年来，随着海绵城市建设的逐步推进，高强度、高透水混凝土的需求日益增大，设计并制备高性能透水混凝土成为当下研究的热点。
随着研究的不断深入，国内外学者普遍认为：在配合比设计过程中，浆体体积与骨料体积之间的比例对透水混凝土性能的影响十分显著。在理想情况下，浆体仅用于形成包裹层并将相邻的的骨料粘接在一起，不会堵塞骨料间的孔隙。如果浆体用量过多，过量的浆体在施工过程中会被挤压至骨料之间形成的孔隙中，不利于透水混凝土的透水性能；若浆体用量过少，则不利于骨料之间的相互粘接，影响透水混凝土的力学性能。因此，浆体包裹层厚度是影响透水混凝土力学与透水性能的直接因素，如何选择合适的包裹层是设计和制备高性能透水混凝土的关键。
对于特定组成的浆体，其在骨料表面所能包裹的最大厚度是有限的，即存在一个最大包裹厚度。在透水混凝土配合比设计过程中，若设计的浆体包裹层超过其最大包裹厚度，则新拌混凝土极易出现淌浆现象，导致成分不均、孔隙堵塞。目前，科学研究中通常采用浆体体积与骨料表面积之比，来表征骨料表面浆体包裹层厚度。该方法是以未发生淌浆、堵孔为前提的，计算包裹层厚度并不是骨料表面实际浆体层厚度，也无法预测或避免淌浆和堵孔。实际工程中通过调整目标孔隙率来间接调控浆体用量，采用经验观察法(是否淌浆、堵孔)评价浆体用量是否适宜、浆体是否全部包裹于骨料表面。该方法受操作者主观经验的影响较大，操作复杂且灵活性差，需要通过多次试错实验来确定配比。综上，亟需开发一种浆体最大包裹层厚度的测试方法，以精确、有效指导透水混凝土的配合比设计，为提高透水混凝土的性能及其在海绵城市建设中大规模推广应用奠定技术支撑。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明旨在提出透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，用以指导透水混凝土的配合比设计。
透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，包括如下步骤：
第一步：制备浆体，然后测试浆体的密度ρ；
第二步：测试骨料的总表面积S；
第三步：测试骨料表面浆体最大包裹质量mP；
第四步：计算出骨料表面浆体最大包裹层厚度
进一步的是：浆体密度ρ的测试步骤如下：按照GB/T 1346-2011标准制备浆体，然后将制备好的浆体分多次装入容积为VC、质量为mc1的同一个容器中，每次向容器装入浆体后均用混凝土振动台振实30s；最后一次使用混凝土振动台振实容器内的浆体后，再抹平容器的上表面，清理多余的浆体，然后称量容器与浆体的总质量mc2，计算浆体的密度
进一步的是：所述骨料的总表面积S测试步骤如下：清洗、干燥体积为V的骨料，采用分样筛将所有的骨料按照尺寸由小到大分成n级并放置在n个粒径区间内；
分级后，测定j粒径区间骨料的体积Vj；
然后在j粒径区间随机取Nj颗骨料，然后使用静水天平测试Nj颗骨料的总体积vj，再计算Nj颗骨料的平均体积和平均半径获得j粒径区间单位体积骨料的表面积其中，β为骨料球形度对比表面积的影响系数；
则n个粒径区间骨料的总表面积
进一步的是：分样筛有n+1个，n+1个分样筛由上往下依次设置，n+1个分样筛的孔径由上往下逐渐变小。
进一步的是：骨料表面浆体最大包裹质量mP的测试步骤如下：擦拭骨料至饱和面干状态，称得骨料的质量mA1；再称取体积为V的浆体，然后将浆体与骨料充分拌合2min，将浆体与骨料拌合成混凝土后，将混凝土单层均匀地铺在测试分样筛的筛网的中部，然后将测试分样筛固定在固定机构上，固定机构安装在水泥胶砂流动度测定仪上，然后启动水泥胶砂流动度测定仪，使包裹在骨料表面上的过量的浆体坠落于测试分样筛的筛底中，直至水泥胶砂流动度测定仪连续多次跳动后浆体不再坠落，则关闭水泥胶砂流动度测定仪；再用镊子夹取测试分样筛上被浆体包裹的骨料，称得其总质量mA2，则该浆体在骨料表面的最大包裹质量mP＝mA2-mA1。
进一步的是：测试分样筛包括方孔筛网、圆筒壁、底面盖；方孔筛网的孔径DP应满足：1.5+0.25DA≤DP≤1.5+0.35DA，DA为骨料的最小粒径。
进一步的是：混凝土振动台符合GB T 25650-2010标准要求；所述静水天平符合《透水性混凝土河川护堤施工手则》要求；水泥胶砂流动度测定仪符合GB/T 2419-2005标准要求。
进一步的是：固定机构包括上固定铁板、下固定铁板、螺杆、螺母；上固定铁板压着圆筒壁的上端，下固定铁板拖着底面盖，上固定铁板和下固定铁板通过螺杆和螺母拧紧在一起，下固定铁板安装在水泥胶砂流动度测定仪上。
进一步的是：多次重复第一步、第二步、第三步、第四步；取骨料表面浆体最大包裹层厚度eM的平均值。一般而言，重复做三次实验即可，且三次实验结果的偏差应小于5％，否则需重新测试。
本发明提出的透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，能够科学地测定浆体的最大包裹层厚度，合理地设计透水混凝土中浆体的用量。结合现有的配合比设计方法，本发明提出的方法为透水混凝土配合比设计提供了理论指导，具有重要的实际意义。
附图说明
图1为骨料表面浆体最大包裹质量的测试装置。
图2为透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度测试方法的流程图。
其中，1为跳桌，2为圆筒壁，3为方孔筛网，4为底面盖，5为螺母，6为螺杆，7为上固定铁板，8为下固定铁板。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。这些实例并不限制本发明的权利要求，任何在本发明的启示下得出的与本发明相同或相近似的方法，均在保护范围之内。
实施例1
结合图2所示，透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，包括如下步骤：
第一步：制备浆体，然后测试浆体的密度ρ；
第二步：测试骨料的总表面积S；
第三步：测试骨料表面浆体最大包裹质量mP；
第四步：计算出骨料表面浆体最大包裹层厚度
多次重复第一步、第二步、第三步、第四步；取骨料表面浆体最大包裹层厚度eM的平均值。
水泥净浆即浆体，浆体密度ρ的测试步骤如下：按照GB/T 1346-2011标准制备浆体，然后将制备好的浆体分多次装入容积为VC、质量为mc1的同一个容器中，每次向容器装入浆体后均用混凝土振动台振实30s；最后一次使用混凝土振动台振实容器内的浆体后，再抹平容器的上表面，清理多余的浆体，然后称量容器与浆体的总质量mc2，计算浆体的密度如：制备好浆体后，将浆体分两次装入容器中，第一次向容器装入浆体后，用混凝土振动台振实30s，以排除浆体中的气泡，然后再次(第二次)向该容器装入浆体，再用混凝土振动台振实30s，再次排除浆体中的气泡，若一次性倒入的浆体过多，则使用混凝土振动台振实时，浆体底部的气泡难以排出。最后一次使用混凝土振动台振实容器内的浆体后，浆体可能会突出容器的上表面，此时应当抹平容器的上表面，保证容器内的浆体体积为VC。
所述骨料的总表面积S测试步骤如下：清洗、干燥体积为V的骨料，采用分样筛将所有的骨料按照尺寸由小到大分成n级并放置在n个粒径区间内；采用分样筛将所有的骨料分成n级后，第一个粒径区间内的骨料的尺寸最小，最后一个粒径区间内的骨料的尺寸最大。
分级后，测定j粒径区间骨料的体积Vj；骨料的体积Vj是使用静水天平测试出来的。j粒径区间的骨料可视为等径颗粒。
然后在j粒径区间随机取Nj颗骨料，然后使用静水天平测试Nj颗骨料的总体积vj，再计算Nj颗骨料的平均体积和平均半径通过平均半径rAj可以获得j粒径区间单位体积骨料的表面积其中，β为骨料球形度对比表面积的影响系数，将骨料假设为理想球型，则β＝1。即该段内容描述了如何获得j粒径区间单位体积骨料的表面积Sj。Nj颗骨料的总体积vj和j粒径区间骨料的体积Vj的字母符号是不一样的，应当注意区分。
获得了j粒径区间单位体积骨料的表面积Sj和j粒径区间骨料的体积Vj后，则n个粒径区间骨料的总表面积
分样筛有n+1个，n+1个分样筛由上往下依次设置，n+1个分样筛的孔径由上往下逐渐变小。这样可以将所有的骨料按照尺寸由小到大分成n级并放置在n个粒径区间内。
骨料表面浆体最大包裹质量mP的测试步骤如下：用毛巾擦拭骨料至饱和面干状态，称得骨料的质量mA1；再称取体积为V的浆体，然后将浆体与骨料充分拌合2min，将浆体与骨料拌合成混凝土后，将混凝土单层均匀地铺在测试分样筛的筛网的中部，结合图1所示，图1是测试分样筛、固定机构、跳桌的结构示意图。然后将测试分样筛固定在固定机构上，固定机构安装在水泥胶砂流动度测定仪(简称跳桌)上，然后启动水泥胶砂流动度测定仪，使包裹在骨料表面上的过量的浆体坠落于测试分样筛的筛底中，直至水泥胶砂流动度测定仪连续多次跳动(一般为3～5次)后浆体不再坠落，则关闭水泥胶砂流动度测定仪；再用镊子夹取测试分样筛上被浆体包裹的骨料，称得其总质量mA2，则该浆体在骨料表面的最大包裹质量mP＝mA2-mA1。在外力作用下，能存在于骨料表面的浆体，认为是骨料表面的浆体最大包裹质量。饱和面干状态即是骨料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥。当包裹在骨料表面上的浆体过多时，由于粘性不足，浆体会从测试分样筛掉落下去，而骨料并不会从测试分样筛掉落下去。
测试分样筛包括方孔筛网、圆筒壁、底面盖；测试分样筛呈圆筒状，具有方孔筛网和底面盖。方孔筛网的孔径DP应满足：1.5+0.25DA≤DP≤1.5+0.35DA，DA为骨料的最小粒径。
混凝土振动台符合GB T 25650-2010标准要求；所述静水天平符合《透水性混凝土河川护堤施工手则》要求；水泥胶砂流动度测定仪符合GB/T 2419-2005标准要求。GB/T1346-2011对应的国家标准是《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》。GB T25650-2010对应的国家标准是《混凝土振动台》。GB/T 2419-2005对应的国家标准是《水泥胶砂流动度测定方法》。
固定机构包括上固定铁板、下固定铁板、螺杆、螺母；上固定铁板压着圆筒壁，下固定铁板拖着底面盖，上固定铁板和下固定铁板通过螺杆和螺母拧紧在一起，下固定铁板安装在水泥胶砂流动度测定仪上。保证测试分样筛与跳桌同频率和振幅跳动且不发生相对滑移。
举例说明如下：将100份硅酸盐水泥、30份水充分混合，依照GB/T1346-2011制备水泥浆体。并分两次装入容积为100cm3、质量为300g的容器中，每次用混凝土振动台振实30s；抹面处理后，清理多余的浆体，称量容器与浆体的总质量为512.66g，计算浆体的密度为2.127g/cm3。清洗、干燥粒径为7.0～9.5mm的骨料后随机取100颗，使用静水天平测试其总体积38.4cm3，计算骨料的平均体积为0.384cm3；将骨料假设为理想球型，计算骨料的平均半径为4.51mm；获得单位体积骨料的表面积为6.652cm-1(β＝1)及骨料的总表面积255.4cm2。用毛巾擦拭骨料至饱和面干状态，称得其质量100.75g；称取质量为81.68g的净浆与骨料充分拌合2min。将新拌混凝土单层均匀地铺在孔径为3.5mm分样筛的筛网中部；固定分样筛于跳桌中心后启动跳桌，使过量的水泥浆体坠落于筛底中，直至连续跳动5次后浆体不再坠落。用镊子夹取测试分样筛上被浆体包裹的骨料，称得其总质量130.96g；该浆体在骨料表面的最大包裹层厚度为0.0556cm。
实施例2
除以下技术特征外，其余未提交技术特征同实施例1。
将100份硅酸盐水泥、25份水、1份减水剂按照实施例1采用的方法制备浆体，测得浆体的密度为2.211g/cm3。清洗、干燥粒径为4.75～9.5mm的骨料后随机取200颗，使用静水天平测试其总体积41.4cm3，计算骨料的平均体积为0.207cm3；将骨料假设为理想球型，计算骨料的平均半径为3.67mm；获得单位体积骨料的表面积为8.174cm-1(β＝1)及骨料的总表面积338.4cm2。用毛巾擦拭骨料至饱和面干状态，称得其质量106.62g；称取质量为91.54g的净浆与骨料充分拌合2min。将新拌混凝土单层均匀地铺在孔径为3.0mm分样筛的筛网中部；固定分样筛于跳桌中心后启动跳桌，使过量的水泥浆体坠落于筛底中，直至连续跳动5次后浆体不再坠落。用镊子夹取测试分样筛上被浆体包裹的骨料，称得其总质量129.16g；该浆体在骨料表面的最大包裹层厚度为0.0301cm。
实施例3
除以下技术特征外，其余未提交技术特征同实施例1。
将60份硅酸盐水泥、40份超细矿渣、25份水、1份减水剂按照实施例1采用的方法制备浆体，测得浆体的密度为2.158g/cm3。清洗、干燥体积为154.3cm3的骨料。采用分样筛将其分级为5～10mm、10～16mm两个粒径区间，使用静水天平测得其体积分别为27.0cm3和127.3cm3。随机取50颗5～10mm骨料，测得其体积11.6cm3，计算其平均体积为0.232cm3；将骨料假设为理想球型，计算骨料的平均半径为3.81mm，获得单位体积骨料的表面积为7.874cm-1(β＝1)；则27.0cm3的5～10mm骨料的总表面积212.6cm2。随机取50颗10～16mm骨料，测得其体积69.0cm3，计算其平均体积为1.380cm3、平均半径为6.91mm；获得单位体积骨料的表面积为4.342cm-1(β＝1)，则127.3cm3的10～16mm骨料的总表面积552.7cm2。用毛巾擦拭骨料至饱和面干状态，称得其质量405.38g；称取质量为332.98g的净浆与骨料充分拌合2min。将新拌混凝土单层均匀地铺在分样筛筛网中部；固定分样筛于跳桌中心后启动跳桌，使过量的水泥浆体坠落于筛底中，直至连续跳动5次后浆体不再坠落。用镊子夹取测试分样筛上被浆体包裹的骨料，称得其总质量431.90g；该浆体在骨料表面的最大包裹层厚度为0.0161cm。
实施例4
除以下技术特征外，其余未提交技术特征同实施例1。
将60份硅酸盐水泥、34份超细矿渣、6份硅灰、25份水、1份减水剂按照实施例1采用的方法制备浆体，测得浆体的密度为2.067g/cm3。清洗、干燥体积为130.8cm3的骨料。采用分样筛将其分级为4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2～16.0mm三个粒径区间，使用静水天平测得其体积分别为17.4cm3、48.5cm3和64.9cm3。随机取30颗4.75～9.5mm骨料，测得其体积6.1cm3，计算其平均体积为0.203cm3；将骨料假设为理想球型，计算骨料的平均半径为3.65mm，获得单位体积骨料的表面积为8.219cm-1(β＝1)；则17.4cm3的4.75～9.5mm骨料的总表面积143.0cm2。随机取30颗9.5～13.2mm骨料，测得其体积26.5cm3，计算其平均体积为0.883cm3、平均半径为5.95mm；获得单位体积骨料的表面积为5.042cm-1(β＝1)，则48.5cm3的9.5～13.2mm骨料的总表面积244.5cm2。随机取30颗13.2～16.0mm骨料，测得其体积51.2cm3，计算其平均体积为1.707cm3、平均半径为7.41mm；获得单位体积骨料的表面积为4.049cm-1(β＝1)，则64.9cm3的13.2～16.0mm骨料的总表面积262.8cm2。用毛巾擦拭骨料至饱和面干状态，称得其质量343.32g；称取质量为270.36g的净浆与骨料充分拌合2min。将新拌混凝土单层均匀地铺在分样筛筛网中部；固定分样筛于跳桌中心后启动跳桌，使过量的水泥浆体坠落于筛底中，直至连续跳动5次后浆体不再坠落。用镊子夹取分样筛上被浆体包裹的骨料，称得其总质量370.02g；该浆体在骨料表面的最大包裹层厚度为0.0199cm。
实施例1～4实验参数如下表所示：
表1实施例实验参数

Claims (7)

1.透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步：制备浆体，然后测试浆体的密度ρ；
第二步：测试骨料的总表面积S；
第三步：测试骨料表面浆体最大包裹质量mP；
第四步：计算出骨料表面浆体最大包裹层厚度
浆体密度ρ的测试步骤如下：按照GB/T 1346-2011标准制备浆体，然后将制备好的浆体分多次装入容积为VC、质量为mc1的同一个容器中，每次向容器装入浆体后均用混凝土振动台振实30s；最后一次使用混凝土振动台振实容器内的浆体后，再抹平容器的上表面，清理多余的浆体，然后称量容器与浆体的总质量mc2，计算浆体的密度
所述骨料的总表面积S测试步骤如下：清洗、干燥体积为V的骨料，采用分样筛将所有的骨料按照尺寸由小到大分成n级并放置在n个粒径区间内；
分级后，测定j粒径区间骨料的体积Vj；
然后在j粒径区间随机取Nj颗骨料，然后使用静水天平测试Nj颗骨料的总体积vj，再计算Nj颗骨料的平均体积和平均半径获得j粒径区间单位体积骨料的表面积其中，β为骨料球形度对比表面积的影响系数；
则n个粒径区间骨料的总表面积
2.根据权利要求1所述的透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，其特征在于：分样筛有n+1个，n+1个分样筛由上往下依次设置，n+1个分样筛的孔径由上往下逐渐变小。
3.根据权利要求1所述的透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，其特征在于：骨料表面浆体最大包裹质量mP的测试步骤如下：擦拭骨料至饱和面干状态，称得骨料的质量mA1；再称取体积为V的浆体，然后将浆体与骨料充分拌合2min，将浆体与骨料拌合成混凝土后，将混凝土单层均匀地铺在测试分样筛的筛网的中部，然后将测试分样筛固定在固定机构上，固定机构安装在水泥胶砂流动度测定仪上，然后启动水泥胶砂流动度测定仪，使包裹在骨料表面上的过量的浆体坠落于测试分样筛的筛底中，直至水泥胶砂流动度测定仪连续多次跳动后浆体不再坠落，则关闭水泥胶砂流动度测定仪；再用镊子夹取测试分样筛上被浆体包裹的骨料，称得其总质量mA2，则该浆体在骨料表面的最大包裹质量mP＝mA2-mA1。
4.根据权利要求3所述的透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，其特征在于：测试分样筛包括方孔筛网、圆筒壁、底面盖；方孔筛网的孔径DP应满足：1.5+0.25DA≤DP≤1.5+0.35DA，DA为骨料的最小粒径。
5.根据权利要求3所述的透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，其特征在于：混凝土振动台符合GB T 25650-2010标准要求；所述静水天平符合《透水性混凝土河川护堤施工手则》要求；水泥胶砂流动度测定仪符合GB/T 2419-2005标准要求。
6.根据权利要求4所述的透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，其特征在于：固定机构包括上固定铁板、下固定铁板、螺杆、螺母；上固定铁板压着圆筒壁的上端，下固定铁板拖着底面盖，上固定铁板和下固定铁板通过螺杆和螺母拧紧在一起，下固定铁板安装在水泥胶砂流动度测定仪上。
7.根据权利要求1所述的透水混凝土中骨料表面浆体最大包裹层厚度的测试方法，其特征在于：多次重复第一步、第二步、第三步、第四步；取骨料表面浆体最大包裹层厚度eM的平均值。
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