CN108872483A - 一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明由检测系统及检测方法两部分组成，检测系统包括待测速凝剂储罐、水泥净浆储罐、速凝剂流量调节阀、压缩空气流量调节阀、混合喷射装置、相应的管道以及成型模具和直线移动模组，混合喷射装置上、下两端分别设有气液混合室和速凝剂喷嘴，待测速凝剂储罐、水泥净浆储罐分别通过管道与混合喷射装置上的气液混合室或净浆储料室连通，成型模具布置于混合喷射装置的正下方，可由直线移动模组驱动实现水平移动，水泥净浆储罐、待测速凝剂储罐以及气液混合室分别通过进气管与压缩空气连通。检测方法包括配制水泥净浆、准备待测速凝剂，调整被测速凝剂流量，调整喷射压力，调整喷射高度，在试模中射流密实成型和最后进行贯入阻力测试的过程和方法。

Description

一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及建筑施工材料测试装置技术领域，尤其涉及一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统及检测方法。

背景技术

喷射混凝土是隧道开挖初期对隧道进行支护的重要施工技术手段。在喷射混凝土施工工艺中，常常在混凝土中掺入速凝剂，速凝剂对于喷射混凝土施工质量、效率、成本以及喷射混凝土的耐久性方面均有很大影响。因此，采用相应的技术手段，对速凝剂的性能进行分析和评价具有重要的现实意义。在工程实践中，速凝剂的使用一般是将适量的速凝剂与混凝土相混合，速凝剂与混凝土之间产生化学反应，其生成的水化产物使混凝土中的水泥迅速失去流动性，从而达到迅速凝结的效果，并将混合物喷射至密闭的型腔内成型，在这个过程中，水化产物不断长大并相互缠绕从而联结成网状，并持续一定时间，达到一定的强度，水化产物生长的过程是逐步进行的，随时间而增强，按照凝结强度可将其分为初凝和终凝两个阶段。一定掺量的速凝剂对于标准水泥净浆达到初凝和终凝的时间，就是检测评定速凝剂性能的重要指标。

目前，国内外普遍采用速凝剂与拌合用水掺入水泥中强力搅拌形成掺速凝剂的水泥净浆，然后手工成型后检测其凝结性能的方法，现行速凝剂检测的标准JC477-2005以及2017年底最新颁布并将于2018 年11月实施的GB/T35159-2017国家标准中，也对这种检测方法进行了详细阐述。然而，这种检测方法却存在以下缺陷：其一是测试的基本原理上的错误。速凝剂的凝结性能是在一定的掺量下，达到规定的、用贯入阻力来表征的标准水泥净浆凝结强度指标。事实上，速凝剂与水泥浆体一经接触即发生化学反应，迅速生成水化产物。这些水化产物相互缠绕叠加迅速使水泥浆体失去流动性并使水泥浆体的贯入阻力增加。经过一定的时间后，这些水化产物相互缠绕、叠加到一定的程度，水泥浆体的贯入阻力也增加到一定的程度时，我们将其定义为初凝。随着水化反应的继续进行，贯入阻力进一步加大，当加大到一个较高的程度时，我们将其定义为终凝。在这个过程中，任何对于水泥浆体的扰动均会影响其贯入阻力增加到我们所定义的水泥浆体达到初凝和终凝的时间。而现行国家标准所规定和描述的对于速凝剂性能的检测方法，是在速凝剂加入到水泥浆体中以后，采用强力搅拌的方法进行混合，并人工手动成型。这种方法使水泥水化反应生成物相互之间的缠绕所结成的网受到了破坏，搅拌的强度和时间、以及人工成型的动作过程因人而异，并难以复现。这种方法破坏了水泥浆体的凝结性能从而影响了最终检测结果。

其二是测试方法与现场实际应用严重脱节。速凝剂的真实应用是在极短的时间内通过压缩空气喷射雾化混合和射流成型，之后并无外界的扰动。因此采用国家标准规定的检测方法与实际生产应用完全脱节，检测的结果并不能够指导现场施工，也不能够真实表征速凝剂的性能。而我国2017年新颁布的国家标准GB/T35159-2017中对速凝剂性能检测方法的规定，相比以往的行业标准J477-2005，仅仅是降低了搅拌的强度、缩短了搅拌的时间以及降低了检测时的水胶比，在成型上还是人工手动成型，速凝剂和水泥浆混合以后仍然存在强力的搅拌所带来的破坏性扰动，以及人工成型的人为因素，并没有从根本上解决这个问题。

发明内容

为解决上述针对喷射混凝土用速凝剂的性能检测的技术问题，本发明提供了一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统及检测方法。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统及检测方法，所述检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统包括待测速凝剂储罐、泥净浆储罐、混合喷射装置、直线移动模组以及成型模具，所述混合喷射装置上端设有密闭的气液混合室，所述混合喷射装置下端设有喷嘴，所述待测速凝剂储罐通过速凝剂输入管与所述气液混合室连通，所述气液混合室通过空气流量调节阀和进气管与压缩空气连通，所述水泥净浆储罐通过水泥净浆输入管与所述混合喷射装置连通，所述成型模具布置于所述喷嘴正下方，并能够在直线移动模组的带动下沿直线移动，所述水泥净浆储罐、待测速凝剂储罐分别通过进气管与压缩空气连通。

所述检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统还包括直线移动模组，成型模具置于直线移动模组的滑块上。

所述速凝剂输入管沿着待测速凝剂储罐出口到混合喷射装置入口的方向依次安装有出料阀、流量传感器以及流量调节阀。

所述水泥净浆输入管之上安装有水泥净浆出料阀。

所述喷嘴相对于所述成型模具之间的高度是可调的。

此外，本发明还提供了一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测方法，包括以下步骤：

步骤一：配制水泥净浆：将适量的水泥和水投入净浆搅拌机内，使其均匀拌和配制而成符合检测需要的一定水胶比的水泥净浆，再将该水泥净浆投入密闭容器内储存，并向该密闭容器内通入适当压力的压缩空气，待密闭容器内压力稳定后，所述水泥净浆形成具有固定水胶比的标准水泥净浆；

步骤二：准备适量待测速凝剂：将所述待测速凝剂投入密闭容器内储存，并向该密闭容器内通入适当压力的压缩空气，待密闭容器内压力稳定后，获得恒压待测速凝剂；

步骤三：准备成型模具：所述成型模具内设有成型模腔；

步骤四：制取成型试验模：分别将步骤一所述标准水泥净浆、步骤二所述恒压待测速凝剂与适量压缩空气在密闭容器内混合雾化后喷射至步骤三所述成型模腔内，待其在成型模腔内喷满后，获得成型试验模。

步骤四中所述制取成型试验模还包括在所述成型模腔内物料凝固前，将所述成型模腔端口物料刮平，使所述成型试验模具有规则的外形。

所述检测喷射混凝土速凝剂性能的检测方法还包括在完成步骤四之后对所述成型试样模进行贯入阻力测试。

步骤三所述成型模具为长条形，所述成型模腔为上端小下端大的锥形。

本发明的有益效果在于：采用本发明提供的技术方案，相比现有技术，取消了在速凝剂加入水泥净浆中之后进行强力搅拌混合的工艺过程，分别对速凝剂和水泥净浆中通入压缩空气，使固定水胶比的标准水泥净浆在在稳定的压缩空气压力下以恒定流速流出，被测速凝剂流速和流量可通过带手动流量调节装置的精密液体流量计进行调整，待测速凝剂和水泥净浆在压缩空气的推动和引导下下从混合喷射装置内的喷嘴喷出并充分混合雾化，在锥形试模中射流密实成型。使速凝剂与水泥水化反应生成物在这个过程中所生成的缠绕结网免受破坏，并避免了人为的因素对于检测结果的影响，为提高检测结果的准确性奠定了基础。此外，采用本发明提供的检测装置，喷嘴的喷射高度可调节，满足了不同的试验检测需求，成型模具在水平移动装置的带动下相对于喷嘴同步移动，一方面为长条形试模的喷射射流成型创造了条件，也为为后期进行计算机控制下的贯入阻力测试奠定了良好的基础。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的管道连接示意图。

图1中：1-待测速凝剂储罐，2-水泥净浆储罐，3-混合喷射装置，4-速凝剂输入管，5-水泥净浆输入管，6-成型模具，7-水泥净浆储罐出料阀，8-直线移动模组，9-出料阀，10-流量传感器，11-流量调节阀，12-气液混合室压缩空气流量调节阀，16-玻璃罩，17-刮刀，18-推杆，19-贯入阻力传感器，20-贯入阻力测试针，21-通风过滤装置，22-不锈钢台面，23-空气流量调节阀，26-进气管，24-被测速凝剂储罐手动排气阀，25-水泥净浆储罐排气阀，26-进气管，27-进水管，28-被测速凝剂储罐进水阀，29-被测速凝剂储罐压缩空气进气阀，30-水泥净浆储罐进水阀，31-水泥净浆储罐压缩空气进气阀，32-压缩空气软管，33-被测速凝剂出料软管，301-气液混合室，302-喷嘴， 601-成型模腔。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

本发明提供一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统，如图1 所示，检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统包括待测速凝剂储罐1、泥净浆储罐2、混合喷射装置3、直线移动模组8以及成型模具6，混合喷射装置3上端设有密闭的气液混合室301，混合喷射装置3下端设有喷嘴302，待测速凝剂储罐1通过速凝剂输入管4与气液混合室301连通，气液混合室301通过空气流量调节阀23和进气管与压缩空气连通，水泥净浆储罐2通过水泥净浆输入管5与混合喷射装置3连通，成型模具6布置于喷嘴302正下方，并能够在直线移动模组8的带动下沿直线移动，水泥净浆储罐2、待测速凝剂储罐1分别通过进气管26与压缩空气连通。气液混合室301通过一个空气流量调节阀和进气管相通，从而连接到压缩空气。

采用本发明提供的技术方案，相比现有技术，取消了在速凝剂加入到水泥净浆后进行强力搅拌混合以及人工手动成型的工艺工序，分别对速凝剂和水泥净浆中通入压缩空气，使固定水胶比的标准水泥净浆在在稳定的压缩空气压力下流速稳定，被测速凝剂流速和流量的可调和稳定，待测速凝剂和水泥净浆在压缩空气的推动下从混合喷射装置3内的喷嘴喷出并充分混合雾化，并在试模中射流密实成型。使速凝剂与水泥水化反应生成物在这个过程中所生成的缠绕结网免受破坏，并避免了人为的因素对于检测结果的影响，为提高检测准确性奠定了基础。此外，采用本发明提供的检测装置，喷嘴的喷射高度可调节，满足了不同的试验检测需求，成型模具在水平移动装置的带动下相对于喷嘴同步移动，为后期进行贯入阻力测试奠定了良好的基础。

进一步地，检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统还包括直线移动模组8，成型模具6置于直线移动模组8的滑块8上。直线移动模组8 优选为步进电机驱动的直线滑动模组，速凝剂输入管4沿着待测速凝剂储罐出口到混合喷射装置3入口的方向依次安装有出料阀9、流量传感器10以及流量调节阀11。水泥净浆输入管5之上安装有水泥净浆出料阀9。出料阀9为采用电力控制、气源驱动的电控气动阀门。

进一步地，流量传感器为涡轮流量传感器，具有计算机数据接口。

进一步地，气液混合室空气流量调节阀23为带手动流量调节阀的转子流量计，用于调整随速凝剂喷出的空气流量。

进一步地，进气管7上安装有进气阀12。混合喷射装置3的喷嘴302 相对于成型模具6之间的高度是可调的。如图1所示，混合喷射装置3 安装于推杆上，通过推杆可以方便地对安装在混合喷射装置3上的喷嘴302相对于成型模具6之间的高度进行调节。

进一步地，待测速凝剂储罐1的材质为牌号为SUS304不锈钢。待测速凝剂储罐1外径为100毫米，高150毫米。

进一步地，待测速凝剂储罐1和水泥净浆储罐2还分别通过进水管 13接入清洗水，进水管13上安装有进水阀14。从而在系统停运时方便通过进水管13对待测速凝剂储罐1和水泥净浆储罐2以及进水管13进行清洗。

进一步地，待测速凝剂储罐1罐口处安装有快装式密封盖，快装式密封盖上安装有排气阀15。用于在需要时排掉罐内的压缩空气。

进一步地，水泥净浆储罐2的材质为牌号为SUS304不锈钢。其外径为200毫米，高300毫米。

此外，本发明的实施方法还提供了一种检测混凝土速凝剂性能的检测方法，包括以下步骤：

步骤一：配制水泥净浆：将适量的水泥和水投入净浆搅拌机内，使其均匀拌和配制而成水泥净浆，再将该水泥净浆投入密闭容器内储存，并向该密闭容器内通入适当压力的压缩空气，待密闭容器内压力稳定后，水泥净浆形成具有固定水胶比的水泥净浆；进一步地，制得的水泥净浆必须在10min以内使用完毕。进一步地，初次使用时，须测定在检测设定的压力和混合喷射装置3气液混合室设定的空气流量下，水泥净浆从喷嘴喷出的流量，作为系统的基本参数，用于设定速凝剂的流量换算成的掺量。

步骤二：准备适量待测速凝剂：将待测速凝剂投入密闭容器内储存，并向该密闭容器内通入适当压力的压缩空气，待密闭容器内压力稳定后，获得恒压待测速凝剂；进一步地，每次检测之前，须通过调整气液混合室空气流量调节阀来调整气液混合室空气流量到设定值，通过调节速凝剂流量调节阀来调整速凝剂的流量到设定的掺量。

步骤三：准备成型模具6：成型模具6内设有成型模腔601；进一步地，成型模具6为长条形，成型模腔601为上端小下端大的锥形。

步骤四：制取成型试验模：分别将步骤一水泥净浆、步骤二恒压待测速凝剂与适量压缩空气在密闭容器内混合雾化后喷射至步骤三成型模腔601内，待其在成型模腔601内喷满后，获得成型试验模。进一步地，制取成型试验模还包括在成型模腔601内物料凝固前，将成型模腔601端口刮平，使成型试验模具有规则的外形。

进一步地，检测喷射混凝土速凝剂性能的检测方法还包括在完成步骤四之后对成型试样模进行贯入阻力测试。进行贯入阻力测试时，首先将混合浆料喷射至成型模具内的成型模腔内，随后再在喷射成型室出口处使用刮刀17一刀刮平，进入贯入阻力测试。延时一定的时间后，贯入阻力测试传感器的电动推杆推动测试针进入锥形试模。通过相应的控制装置例如PLC读取贯入阻力数值，再根据所读取的数值大小与标准初凝的贯入阻力数值进行对比，从而确定下一次测试的延时时间。推杆回位后，PLC控制步进电机驱动的直线滑动模组移动一个测试位，等待下一次贯入阻力测试。直到达到终凝的贯入阻力后，发出声光报警。结束本次试验检测。试验完成以后，须对装置进行及时清洗和吹干，以备下次使用。

Claims (9)

1.一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统，其特征在于：包括待测速凝剂储罐(1)、泥净浆储罐(2)、混合喷射装置(3)、直线移动模组(8)以及成型模具(6)，所述混合喷射装置(3)上端设有密闭的气液混合室(301)，所述混合喷射装置(3)下端设有喷嘴(302)，所述待测速凝剂储罐(1)通过速凝剂输入管(4)与所述气液混合室(301)连通，所述气液混合室301通过空气流量调节阀(23)和进气管与压缩空气连通，所述水泥净浆储罐(2)通过水泥净浆输入管(5)与所述混合喷射装置(3)连通，所述成型模具(6)布置于所述喷嘴(302)正下方，并能够在直线移动模组(8)的带动下沿直线移动，所述水泥净浆储罐(2)、待测速凝剂储罐(1)分别通过进气管(26)与压缩空气连通。

2.根据权利要求1所述的一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统，其特征在于：所述检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统还包括直线移动模组(8)，成型模具(6)置于直线移动模组(8)的滑块(8)上。

3.根据权利要求1所述的一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统，其特征在于：所述速凝剂输入管(4)沿着待测速凝剂储罐出口到混合喷射装置(3)入口的方向依次安装有出料阀(9)、流量传感器(10)以及流量调节阀(11)。

4.根据权利要求1所述的一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统，其特征在于：所述水泥净浆输入管(5)之上安装有水泥净浆出料阀(13)。

5.根据权利要求1所述的一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统，其特征在于：所述喷嘴(302)相对于所述成型模具(6)之间的高度是可调的。

6.一种检测喷射混凝土速凝剂性能的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：配制水泥净浆：将适量的水泥和水投入净浆搅拌机内，使其均匀拌和配制而成符合检测需要的一定水胶比的水泥净浆，再将该水泥净浆投入密闭容器内储存，并向该密闭容器内通入适当压力的压缩空气，待密闭容器内压力稳定后，所述水泥净浆形成具有固定水胶比的标准水泥净浆；

步骤二：准备适量待测速凝剂：将所述待测速凝剂投入密闭容器内储存，并向该密闭容器内通入适当压力的压缩空气，待密闭容器内压力稳定后，获得恒压待测速凝剂；

步骤三：准备成型模具(6)：所述成型模具(6)内设有成型模腔(601)；

步骤四：制取成型试验模：分别将步骤一所述标准水泥净浆、步骤二所述恒压待测速凝剂与适量压缩空气在密闭容器内混合雾化后喷射至步骤三所述成型模腔(601)内，待其在成型模腔(601)内喷满后，获得成型试验模。

7.根据权利要求6所述的检测喷射混凝土速凝剂性能的检测方法，其特征在于：步骤四中所述制取成型试验模还包括在所述成型模腔(601)内物料凝固前，将所述成型模腔(601)端口物料刮平，使所述成型试验模具有规则的外形。

8.根据权利要求6所述的检测喷射混凝土速凝剂性能的检测方法，其特征在于：所述检测喷射混凝土速凝剂性能的检测系统还包括在完成步骤四之后对所述成型试样模进行贯入阻力测试。

9.根据权利要求6所述的检测喷射混凝土速凝剂性能的检测方法，其特征在于：步骤三所述成型模具(6)为长条形，所述成型模腔(601)为上端小下端大的锥形。