CN109085326B - 一种检测混凝土可泵性的压力滑管仪装置及评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种施加管壁压力测试混凝土可泵性的压力滑管仪装置及评价方法，装置包括底座，滑管，中心螺栓杆，活塞，空心千斤顶，垫板，高强螺母，底板，顶部和底部压力传感器，滑管侧面压力传感器，位移传感器和数据采集仪。测试时通过千斤顶施加压力，压缩管内混凝土，混凝土的压缩膨胀使管壁产生不同侧压力，使滑管的自由下落，通过数据采集仪采集数据，绘制压力‑流量曲线，计算混凝土润滑层屈服应力和塑性粘度来评价混凝土的可泵性。本发明能真实准确评价混凝土的可泵性。

Description

一种检测混凝土可泵性的压力滑管仪装置及评价方法
技术领域
本发明涉及混凝土工作性能测试领域，具体地说是涉及一种检测混凝土可泵性的装置及评价方法。
目前混凝土广泛采用商品混凝土，并且在实际工程中一般采用泵送施工方法，即，通过混凝土泵把混凝土从输送管道(泵管)中打到数百米的高度，尤其是超高层泵送中，混凝土在泵送管道中承受极大的泵送压力，通常可达15-20MPa，这就要求混凝土具有良好的可泵性，包括粘聚性好和流动性好等。因此评价混凝土可泵性好坏对现代混凝土施工非常重要。为此，提出了本发明，能更准确地预测出混凝土的可泵性。
背景技术
关于新拌混凝土可泵性的测试方法，长期以来，一直使用坍落度或坍落扩展度等定性的方式来表征，这些方法虽然简单实用，但对于超高层高强泵送混凝土，用这些方法评价其可泵性时往往存在较大偏差。要定量预测混凝土的可泵性，须以流变学为基础，建立混凝土流变性能与可泵性能之间的关系。混凝土在泵管中通过泵送压力输送到数百米远处，这就要求混凝土自身具有良好的粘聚性和流动性。研究表明，混凝土在泵管中高速流动时，混凝土会和钢管壁之间形成一层以水泥浆为主的润滑层，结合润滑层性能与混凝土自身的流变性，如果能够发明一套试验装置，在试验室条件下准确模拟测试混凝土在泵送过程中的压力-流动性的关系，便可以成功预测混凝土的可泵性。
发明内容
本发明采用了如下技术方案：
一种测试混凝土可泵性的压力滑管仪装置，包括底座，滑管，中心螺栓杆，活塞，空心千斤顶，垫板，高强螺母，底板，顶部和底部压力传感器，滑管侧面压力传感器，位移传感器和数据采集仪。通过千斤顶施加压力，压缩管内混凝土，使管壁产生不同侧压力，用顶部和底部压力传感器和滑管侧面压力传感器检测压力变化，达到指定侧压力后，施加不同配重使滑管自由下落，采用位移传感器采集滑管下落位移变化。绘制压力-流量曲线，来评价混凝土的可泵性。
所述滑管为圆筒形，直径150mm,高度900mm。
所述中心螺栓杆为圆柱形，直径20mm,高度600mm。
所述空心千斤顶为空心圆筒，内径20mm,外径80-140mm，高度200-300mm，采用外接手动油泵控制。
所述活塞为可移动空心活塞，内径20mm,外径150mm。
所述垫板为钢制空心垫板，厚度为10mm，内径20mm,外径120mm。
所述顶部和底部压力传感器分别布置于距离中心螺栓杆30-35mm位置处，传感器的测量范围为0.001-5kN，最小精确荷载为0.001kN；滑管侧面压力传感器分别布置于距离底板150mm,300mm和450mm处，传感器测量范围为0.001-3kN，最小精确荷载为0.001kN；位移传感器的量程为300-1200mm，最小精确距离为0.1mm。
所述数据采集仪测量点数为16通道；采样频率为0.1Hz～200KHz；测量类型为每通道可以任意选择输入类型，同时接入不同传感器，保证互不干扰。
所述评价方法具体步骤如下：
步骤一：首先将待测新拌混凝土装进滑管内，将滑管上下移动5-10次，使滑管与混凝土之间形成润滑层。沿中心螺栓管套进活塞，然后将空心千斤顶套进中心螺栓杆放置在活塞上，放置垫板，最后拧紧螺帽。
步骤二：通过手动油泵使千斤顶对新拌混凝土施压。使滑管侧壁达到不同的侧压力(PS)。滑管侧壁压力通过滑管侧面三个压力传感器采集，取其平均值。
步骤三：施加不同配重使滑管以不同速度下落，通过压力传感器采集压力数据，通过位移传感器采集位移变化，绘制压力-流量关系图，来评价混凝土的可泵性。
流量Q计算方法如下所示：
Figure BDA0001744043360000021
式中：Q为流量；s为滑管下落的位移；t为滑管下落位移对应的时间；D为滑管内径。
混凝土润滑层屈服应力和塑性粘度计算公式如下：
PB-PT-PH＝K1+K2·Q
Figure BDA0001744043360000022
Figure BDA0001744043360000023
式中：PB为所述压力滑管仪底部压力传感器采集的压力；PH为所述压力滑管仪内部混凝土自重产生的压力；PT为所述压力滑管仪顶部压力传感器的压力；Q为流量；L为混凝土填充高度；R为滑管半径；k为填充系数；K1，K2为系数；τ0i为混凝土润滑层屈服应力；μi为混凝土润滑层塑性粘度。
通过上式可计算出混凝土润滑层的屈服应力τ0i和塑性粘度μi。
步骤四：评价指标
令F为评价混凝土可泵性指标：
Figure BDA0001744043360000031
当F<2时，混凝土可泵性较好；当2≤F≤4时，混凝土可泵性一般；当F>4时，混凝土可泵性较差。
本发明的有益效果为：
1.本发明在试验室条件下，模拟实际混凝土在泵管中的流动情况，测量出在加压条件下混凝土的流量-压力之间的关系，从而更准确地预测出混凝土的可泵性。
2.本发明可以测试在不同侧压力下混凝土润滑层的屈服应力和塑性粘度。
3.本发明结构简单，操作方便，适用于施工现场，技术要求低。
附图说明
图1为评价方法中的压力—流量曲线。
图2为本发明提出的一种检测混凝土可泵性的压力滑管仪装置的结构示意图。其中1底座；2.滑管；3.中心螺栓杆；4.空心千斤顶；5.活塞；6.垫板；7.螺母；8.底板；9.顶部和底部压力传感器；10.滑管侧面压力传感器；11.位移传感器；12.数据采集仪。
图3为C40混凝土在不同侧压下的压力—流量曲线。
图4为C40和C60混凝土在相同侧压下的压力—流量曲线。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。
本发明使用时，首先将待测新拌混凝土装进滑管2内，将滑管上下移动5-10次，使滑管与混凝土之间形成润滑层。沿中心螺栓管套进活塞5，然后将空心千斤顶4套进中心螺栓杆3放置在活塞上，放置垫板6，最后拧紧螺母。通过手动油泵使千斤顶对新拌混凝土施压。然后施加不同配重使滑管自由下落，通过压力传感器采集压力数据，通过位移传感器11采集位移变化，绘制压力-流量关系图。
为了更充分地解释本发明的实施，在工地现场进行多次试验，提供下述C40和C60两组实施实例。
实施实例中混凝土配合比如表1所示，单位kg/m3。
表1：混凝土配合比
Figure BDA0001744043360000032
Figure BDA0001744043360000041
测试计算结果如表2所示
表2：测试计算结果
Figure BDA0001744043360000042
由上表可知，C40混凝土侧压较低时，F＝1.7，可泵性较好；加上5MPa侧压后，F＝3.3，可泵性变成一般状态；C60混凝土在侧压5MPa情况下，F＝4.8，可泵性较差。

Claims (1)

1.一种检测混凝土可泵性的压力滑管仪装置，其特征在于：包括底座(1)，滑管(2)，中心螺栓杆(3)，活塞(5)，空心千斤顶(4)，垫板(6)，高强螺母(7)，底板(8)，顶部和底部压力传感器(9)，滑管侧面压力传感器(10)，位移传感器(11)和数据采集仪(12)；
混凝土装进滑管内，沿中心螺栓杆套进活塞，然后将空心千斤顶套进中心螺栓杆放置在活塞上，空心千斤顶上放置垫板，拧紧螺帽；
混凝土顶部和底部设有顶部和底部压力传感器；滑管侧面设有侧面压力传感器，并且滑管设有位移传感器；
所述滑管(2)为圆筒形，内壁直径150mm,高度900mm；
所述中心螺栓杆(3)为圆柱形，直径20mm,高度600mm；
所述空心千斤顶(4)为空心圆筒，内径20mm,外径80-140mm，高度为200-300mm，采用外接手动油泵控制；
所述活塞(5)为可移动空心活塞，内径20mm,外径150mm，所述垫板(6)为钢制空心垫板，厚度为10mm，内径20mm,外径120mm；
所述高强螺母(7)内径20mm,外径40mm；
所述顶部和底部压力传感器(9)分别布置于距离中心螺栓杆(3)30-35mm位置处，传感器的测量范围为0.001-5kN，最小精确荷载为0.001kN；滑管侧面压力传感器(10)分别布置于距离底板(8)150mm,300mm和450mm处，传感器测量范围为0.001-3kN，最小精确荷载为0.001kN；位移传感器(11)的量程为300-1200mm，最小精确距离为0.1mm；
所述数据采集仪测量点数为16通道；采样频率为0.1Hz～200KHz；测量类型为每通道可以任意选择输入类型，同时接入不同传感器，保证互不干扰；
且应用该装置的方法具体步骤如下：
步骤一：首先将待测新拌混凝土装进滑管内，将滑管上下移动5-10次，使滑管与混凝土之间形成润滑层；沿中心螺栓管套进活塞(5)，然后将空心千斤顶(4)套进中心螺栓杆放置在活塞上，放置垫板(6)，拧紧高强螺母(7)；
步骤二：通过手动油泵使千斤顶对新拌混凝土施压；使滑管侧壁达到不同的侧压力PS；滑管侧壁压力通过滑管侧面三个压力传感器采集，取其平均值；
步骤三：施加不同配重使滑管以不同速度下落，通过压力传感器采集压力数据，通过位移传感器采集位移变化，绘制压力-流量关系图，来评价混凝土的可泵性；
流量Q计算方法如下所示：
Figure FDA0003258682510000021
式中：Q为流量；s为滑管下落的位移；t为滑管下落位移对应的时间；D为滑管内径；
混凝土润滑层屈服应力和塑性粘度计算公式如下：
PB-PT-PH＝K1+K2·Q
Figure FDA0003258682510000022
Figure FDA0003258682510000023
式中：PB为所述压力滑管仪底部压力传感器采集的压力；PH为所述压力滑管仪内部混凝土自重产生的压力；PT为所述压力滑管仪顶部压力传感器的压力；Q为流量；L为混凝土填充高度；R为滑管半径；k为填充系数；K1，K2为系数；τ0i为混凝土润滑层屈服应力；μi为混凝土润滑层塑性粘度；
通过上式计算出混凝土润滑层的屈服应力τ0i和塑性粘度μi；
步骤四：评价指标
令F为评价混凝土可泵性指标：
Figure FDA0003258682510000024
当F<2时，混凝土可泵性较好；当2≤F≤4时，混凝土可泵性一般；当F>4时，混凝土可泵性较差。
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