CN110595947A - 一种水泥砂浆振动流变性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，将变频振动设备与流变仪相结合测试水泥砂浆的流变性能，所述测试方法中对变频振动设备的组成、振动频率范围、振幅进行了限定，所述流变仪具有适于砂浆流变性能评价的转子转速、扭矩、分辨率、样品容积特征。本发明结合变频振动设备对振动密实过程的匹配模拟与流变仪在准确评价水泥砂浆流变性能方面的优势，基于水泥砂浆密实成型实践，准确评价振动状态下水泥砂浆的流变行为，为其工作性能的优化与调控提供重要依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种水泥砂浆流变性能测试方法与设备，属于水泥砂浆振动流变性能测试技术。
背景技术
混凝土作为现代工程建设的主要结构材料，是世界工业生产中用量仅次于水产品的第二大量工业产品。混凝土拌和物的工作性能直接影响着施工过程，进而对建设进度与建设成本，乃至整体结构的力学性能与长期耐久性能产生重要影响。伴随着建设需求的不断拓展，各类矿物掺合料与化学外加剂等广泛应用于混凝土中，混凝土拌和物的流动状态更为复杂，施工性能控制难度显著增加，而与此同时，现代工程对结构的造型、精度、表观质量等提出了更高的要求，这无疑对混凝土拌和物的填充密实性能提出了更大挑战。
现有的各类混凝土工作性测试设备与方法，包括U型箱、L型流动度仪、J型流动度仪，Orimet筒、J型环、改进的坍落度筒、V型槽、T500流动时间、压力泌水试验、振动沉降试验、分层导电率试验、Kelly球试验、倾斜管实验等等，用于混凝土拌和物的工作性能评价，取得了较好的效果，但也存在着样品用量较大、测试精度较低、与实际施工过程的匹配程度不高等方面的问题。新拌混凝土属于典型的粘弹塑性体，近年来，借助流变仪开展混凝土工作性研究，是实现混凝土科学设计与精细化调控的重要探索方向。
对于流动性良好的混凝土拌和物而言，粗骨料颗粒悬浮在砂浆中，相互搭接较少，故其流变特性在很大程度上取决于水泥砂浆的流变性能，研究水泥砂浆的流变特性是混凝土工作性能评价的重要基础。实用新型专利（公开号：CN206223596U）公开了一种测试水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力的装置，包括装料筒、支架、接料量筒和秒表及DV等，该方法的重复性好，测试结果不受砂浆中砂粒大小的影响，与现有漏斗法相比，测量精度高，省时省力。发明专利（公开号：CN108229003A）公开了一种基于流变学参数的混凝土工作性优化设计方法，将混凝土作为粗骨料悬浮在基础砂浆而形成的悬浮液体系，通过非线性回归确定混凝土的流变学参数与其基础砂浆的流变学参数以及粗骨料体积分数之间关系式，并进一步通过计算流体力学软件建立混凝土流变学参数与其坍落度/坍落扩展度数据表，实现了流变学参数、混凝土粗骨料体积分数、坍落度/坍落扩展度三者之间的关联。总体而言，目前公开的水泥砂浆流变性能测试方法与技术，大多聚焦于静态流变性能，然而，在实际的施工过程中，常需对拌和物进行振动成型，以更好地填充密实，缺乏对振动状态下水泥砂浆流变行为的探讨，便很难从本征上深度挖掘混凝土材料的流变性能特征，进而指导其工作性能调控实践。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种水泥砂浆振动流变性能测试方法。
本发明所述的一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，其特征在于采用变频振动设备与流变仪相结合测试水泥砂浆的流变性能。
所述变频振动设备由振动载物台、刚性支架、控制器组成，可实现对物料振动频率与振幅的调节。
所述变频振动设备的振动频率范围为20~100 Hz，振幅0.5~2 mm。
所述流变仪砂浆性能测试转子转速范围为0.01~50 rpm，最大扭矩100 mNm，扭矩分辨率0.15μNm，单次测试所需样品体积为70 ml。
包含以下步骤：1）设置流变仪测试程序与采样频率；2）设置变频振动设备的振动频率与振幅；3）制备水泥砂浆；4）依照流变仪测试要求将砂浆样品置于载物台；5）同时开启流变仪与振动设备开始测试，由流变仪记录测试结果；6）完成测试后，关闭振动设备，清理样品，导出流变测试结果，进行数据分析。
所述砂浆样品，自拌和完成到开始测试，其时间间隔宜控制在10min以内，当拌和物状态与出机状态明显不同时，应重新制样。
所述变频振动设备的振动频率与振幅每半年校准一次，如使用频次较高，可提高至三个月校准一次。
所述变频振动设备与流变仪砂浆匹配使用，同时开启以获得振动过程中砂浆的流变性能，测试范围较广，结果贴合混凝土施工实际。
本发明的积极效果是：
所选用的流变测试仪，在进行水泥砂浆流变性能测试方面，具有较好的重演性，且测试范围较广，适用于不同流态的砂浆拌和物；而所用变频振动设备的振动频率与幅度均可调整，操作简便并能与流变测试仪组合使用，两者结合，可在输出与实际振动过程相匹配的振动幅度与振动频率的条件下，准确采集水泥砂浆拌合物的流变曲线，模拟振动密实工艺中，拌和物的流变性能演变过程，对于科学评价拌和物流态以及合理选择振动作用制度，具有积极而重要的意义。
附图说明
变频振动设备示意图；
图示标号：1-减振垫圈；2-定位角钢；3-振动载物台（下置振动转子）；4-刚性支架；5-电源开关；6-振幅调节旋钮；7-频率调节旋钮；8-控制箱。
具体实施方式
为详细说明本发明的特征及所能达到的效果，下面结合实施例和对比例做详细说明。
实施例1：
表1 S-1#水泥砂浆振动流变测试参数
| 样品编号 | 测试时长（s） | 振动频率（Hz） | 振幅（mm） |
| S-1# | 30 | 70 | ±1 |
表2 S-1#水泥砂浆配合比
| 样品编号 | 水泥（g） | 粉煤灰（g） | 细骨料（g） | 水胶比 | 减水剂（g） |
| S-1# | 250 | / | 500 | 0.45 | / |
设置流变仪的测试程序以及变频振动设备的振幅与频率等振动工艺参数，具体如表1所示。按照表2配合比，制备水泥砂浆，其中水泥为P·II 52.5水泥，细骨料为0.16~5.0 mm粒径范围的连续级配天然河砂，水为自来水。将制备完成的水泥砂浆样品迅速装入测试筒中，安装好测试转子，同时开启流变仪与变频振动仪，采集水泥砂浆流变曲线，最后，选择Bingham模型对试验结果进行分析，从水泥砂浆制备完成到开始流变曲线测试，整个过程控制在10 min以内。此外，测试了水泥砂浆在非振动模式下的流变性能作为空白参照组，结果见表3。
表3 S-1#水泥砂浆流变性能测试结果
由表3可见，在振动作用下，水泥砂浆样品的屈服应力与塑性粘度均显著降低，其中，屈服应力下降79.5%，塑性粘度降低53.7%。
实施例2：
表4 S-2#水泥砂浆振动流变测试参数
| 样品编号 | 测试时长（s） | 振动频率（Hz） | 振幅（mm） |
| S-2# | 30 | 50 | ±1 |
表5 S-2#水泥砂浆配合比
| 样品编号 | 水泥（g） | 粉煤灰（g） | 河砂（g） | 水胶比 | 减水剂（g） |
| S-2# | 200 | 50 | 500 | 0.45 | / |
设置流变仪的测试程序以及变频振动设备的振幅与频率等振动工艺参数，具体如表4所示。按照表5配合比，制备水泥砂浆，其中水泥为P·II 52.5水泥，细骨料为0.16~5.0 mm粒径范围的连续级配天然河砂，粉煤灰为Ⅰ级灰，水为自来水。将制备完成的水泥砂浆样品迅速装入测试筒中，安装好测试转子，同时开启流变仪与变频振动仪，采集水泥砂浆流变曲线，最后，选择Bingham模型对试验结果进行分析，从水泥砂浆制备完成到开始流变曲线测试，整个过程控制在10 min以内。此外，测试了水泥砂浆在非振动模式下的流变性能作为空白参照组，结果见表6。
表6 S-2#水泥砂浆流变性能测试结果
由表6可见，加入Ⅰ级粉煤灰后，与纯水泥砂浆样品相比，屈服应力有所增加，但塑性粘度则略有降低，同样地，在振动作用下，水泥砂浆的屈服应力与塑性粘度下降明显。
实施例3：
表7 S-3#水泥砂浆振动流变测试参数
| 样品编号 | 测试时长（s） | 振动频率（Hz） | 振幅（mm） |
| S-3# | 20 | 50 | ±2 |
表8 S-3#水泥砂浆配合比
| 样品编号 | 水泥（g） | 粉煤灰（g） | 河砂（g） | 水胶比 | 减水剂（g） |
| S-3# | 250 | / | 500 | 0.35 | 2 |
设置流变仪的测试程序以及变频振动设备的振幅与频率等振动工艺参数，具体如表7所示。按照表8配合比，制备水泥砂浆，其中水泥为P·II 52.5水泥，细骨料为0.16~5.0 mm粒径范围的连续级配天然河砂，水为自来水，减水剂为聚羧酸高效减水剂，固含量40%。将制备完成的水泥样品迅速装入测试筒中，安装好测试转子，同时开启流变仪与变频振动仪，采集水泥砂浆流变曲线，最后，选择Bingham模型对试验结果进行分析，从水泥砂浆制备完成到开始流变曲线测试，整个过程控制在10 min以内。此外，测试了水泥砂浆在非振动模式下的流变性能作为空白参照组，结果见表9。
表9 S-3#水泥砂浆流变性能测试结果
由表9可见，加入聚羧酸减水剂后，水泥砂浆的屈服应力与塑性粘度显著降低，且在振动作用下，两者均进一步下降。振动流变测试方法可实现对不同体系的有效评价，适用性强。
对比例：
表10 D#水泥砂浆振动流变测试参数
| 样品编号 | 测试时长（s） | 振动频率（Hz） | 振幅（mm） |
| D# | 30 | 70 | ±1 |
表11 D#水泥砂浆配合比
| 样品编号 | 水泥（g） | 粉煤灰（g） | 细骨料（g） | 水胶比 | 减水剂（g） |
| D# | 250 | / | 500 | 0.45 | / |
设置流变仪的测试程序以及变频振动设备的振幅与频率等参数，具体如表10所示。按照表11配合比，制备水泥砂浆，其中水泥为P·II 52.5水泥，细骨料为0.16~5.0 mm粒径范围的连续级配天然河砂，水为自来水。样品制备完成后，静置20min再装入测试筒中，安装好测试转子，同时开启流变仪与变频振动设备，采集水泥砂浆流变曲线，最后，选择Bingham模型对试验结果进行分析。此外，测试了水泥砂浆在非振动模式下的流变性能作为空白参照组，结果见表12。
表12 D#水泥砂浆流变性能测试结果
由表12可见，对比组水泥砂浆样品的屈服应力与塑性粘度显著增大，对比表12与表3可见，当静置时间过长时，尽管振动作用仍能显著改善水泥砂浆的流变性能，但工作性能损失明显，应在样品制备完成后及时开展振动流变性能测试，以获得更加契合实际的测试结果。
Claims (8)
1.一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，其特征在于采用变频振动设备与流变仪相结合测试水泥砂浆的流变性能。
2.根据权利要求1所述的一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，其特征在于所述变频振动设备由振动载物台、刚性支架、控制器组成，可实现对物料振动频率与振幅的调节。
3.根据权利要求1所述的一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，其特征在于所述变频振动设备的振动频率范围为20~100 Hz，振幅0.5~2 mm。
4.根据权利要求1所述的一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，其特征在于所述流变仪砂浆性能测试转子转速范围为0.01~50 rpm，最大扭矩100 mNm，扭矩分辨率0.15μNm，单次测试所需样品体积为70 ml。
5.根据权利要求1所述的一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，其特征在于包含以下步骤：1）设置流变仪测试程序与采样频率；2）设置变频振动设备的振动频率与振幅；3）制备水泥砂浆；4）依照流变仪测试要求将砂浆样品置于载物台；5）同时开启流变仪与振动设备开始测试，由流变仪记录测试结果；6）完成测试后，关闭振动设备，清理样品，导出流变测试结果，作为分析依据。
6.根据权利要求1所述的一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，其特征在于所述砂浆样品，自拌和完成到开始测试，其时间间隔宜控制在10 min以内，当拌和物状态与出机状态明显不同时，应重新制样。
7.根据权利要求1所述的一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，其特征在于所述变频振动设备的振动频率与振幅每半年校准一次，如使用频次较高，可提高至三个月校准一次。
8.根据权利要求1所述的一种水泥砂浆振动流变性能测试方法，其特征在于所述变频振动设备与流变仪砂浆匹配使用，同时开启以获得振动过程中砂浆的流变性能，测试范围较广，结果贴合混凝土施工实际。
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