CN111829922A - 一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置 - Google Patents

一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种泵送条件下的管动流变仪，本发明着重研究泵送过程中的混凝土拌合物的流变特性，模拟出混凝土在泵送过程中振动、角度倾斜以及压力的情况，使通过该流变仪测出的流变特性更能体现出泵送情况下真实情况。本发明具体包括振动调角模块、加压动力模块、测量模块。通过振动电机带动装置，模拟振动条件下的泵送情况；通过调节调角支架和底板间的角度，模拟倾斜条件下的泵送情况；通过螺旋加压的方式给予混凝土施加一定的压力，模拟压力条件下的泵送情况；并利用压力传感力和激光位移传感器测量混凝土流动过程中的压力和速度等信息，再通过宾汉姆模型处理数据，得到模拟实际泵送过程的混凝土流动特性参数。

Description

一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置
技术领域
本发明涉及流动性能参数检测技术领域，具体涉及一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置。
背景技术
混凝土是一种非常重要的建筑材料，泵送则是混凝土的一种最常用的高空运输方式。目前，关于混凝土的泵送性能和流变特性的研究和实验非常多，更多的关注点在于混凝土是否能够被泵送或者泵送前后混凝土性质的对比，实际上研究泵送过程中的混凝土拌合物的流变特性是非常具有意义的。因此，我们可以设计一款能够模拟出泵送环境(加压，震动，角度)的流变仪，从而测得泵送过程中混凝土的流变特性。
目前大多数的流变仪由于体积过大只能在实验室中使用，部分流变仪因为步骤复杂只能由专业人员操作，因此设计的流变仪要简单方便；且在大多数情况下，在泵送的时候混凝土并不是处于静态，更多的会受到泵送环境下的压力，出现角度倾斜，振动，压增等情况，因此，在设计流变仪时要尽可能的将这些环境模拟出来。
发明内容
本发明采用的技术方案是：包括振动调角模块、加压动力模块、测量模块；
振动调角模块包括底座(1)、弹簧(2)、台面(3)、振动电机(4)、调角支架(5)，所述底座(1)和台面(3)通过弹簧(2)连接，振动电机(4)安装于台面下方，利用振动电机使被弹簧撑起的台面发生振动，模拟振动的泵送环境；调角支架(5)的一端通过螺栓螺母固定在台面上，另一端通过螺栓螺母与底板实现类似铰链连接，实现角度调整，模拟泵车以一定角度输送混凝土的情况。
加压动力模块包括底板(6)、液压缸(7)、连接件(9)、法兰盘(10)、导向杆(11)、活塞(12)、O型密封圈(13)、缸筒(14)、圆盘(16)、长螺杆(17)、旋钮(18)，所述液压缸(7)的一端固接于底板(6)上，另一端通过连接件(9)与缸筒(14)连接；所述导向杆(11)的一端通过法兰盘(10)与底板固定，另一端与活塞(12)螺纹连接；缸筒套在活塞上，活塞和缸筒通过O型密封圈(13)轴向安装；长螺杆(17)的一端与旋钮(18)连接，另一端与圆盘(16)连接，圆盘套在缸筒内。
测量模块包括压力传感器(15)、激光位移传感器(8)，所述压力传感器(15)安装在圆盘的下表面，测量缸筒内部混凝土压力，激光位移传感器(8)安装在液压缸侧壁上，测量缸筒相对于活塞的位移变化，间接获得混凝土相对于缸筒的速度。
上述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：新拌混凝土装载在缸筒内的活塞上，在振动调角模块与加压动力模块作用下，混凝土处于一定的振动、倾斜、压力复合作用下，模拟实际泵送情况；工作过程中，液压缸通过连接件带动缸筒运动，与活塞和混凝土产生相对位移，通过激光位移传感器间接获得混凝土相对于缸筒的相对速度，同时通过压力传感器测量混凝土的压力，以此得到泵送过程的混凝土流动特性。
上述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：所述振动电机输出的转速范围为0-1440r/min，最大激振力不超过1500N。
上述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：所述调角支架通过螺栓与底板连接，当螺栓拧紧的时候，两者固定不能转动，当螺栓拧松时，两者间可以调节一定的角度，理论上可调节角度的范围为0-90°。
上述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：为了使液压缸能够带动缸筒实现双向运动，所述液压缸选用双作用液压缸，所述液压缸工作压力范围为0.3-14MPa，能实现的速度为8-300mm/s。
上述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：加压方式选择螺旋加压，加压范围在0-15MPa。
与现有技术相比，本发明的有益成果是：
上述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置能够模拟出混凝土在泵送环境下的压力，角度，以及发生震动的情况，这个时候通过该装置测量出的流变特性更能体现出在泵送情况下的真实状况。这样我们不仅可以通过多组对照实验获取不同的影响因素对各种混凝土的流变参数的影响，还可以对现实环境的复刻来更清楚地知道在真实输送过程中这个时刻混凝土的流变特性；这样在现实中对于选择混凝土泵车的类型可以作为一个参考，对混凝土发生的变化有一个更清楚的了解；即可以用于实验，也可以在施工现场提供一点帮助。
附图说明
附图1为本发明提出的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置示意图。
附图2为本发明测量装置中加压动力模块的截面图。
附图3为本发明测量装置中激光位移传感器的位置示意图。
附图4为本发明测量装置中压力传感器的位置示意图。
图中：1-底座、2-弹簧、3-台面、4-振动电机、5-调角支架、6-底板、7-液压缸、8-激光位移传感器、9-连接件、10-法兰盘、11-导向杆、12-活塞、13-O型密封圈、14-缸筒、15-压力传感器、16-圆盘、17-长螺杆、18-旋钮。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、工作原理有更加清楚的理解，下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明包括振动调角模块、加压动力模块、测量模块；振动调角模块包括底座(1)、弹簧(2)、台面(3)、振动电机(4)、调角支架(5)，所述底座(1)和台面(3)通过弹簧(2)连接，振动电机(4)安装于台面下方，利用振动电机使被弹簧撑起的台面发生振动，模拟振动的泵送环境；调角支架(5)的一端通过螺栓螺母固定在台面上，另一端通过螺栓螺母与底板实现类似铰链连接，实现角度调整，模拟泵车以一定角度输送混凝土的情况；加压动力模块包括底板(6)、液压缸(7)、连接件(9)、法兰盘(10)、导向杆(11)、活塞(12)、O型密封圈(13)、缸筒(14)、圆盘(16)、长螺杆(17)、旋钮(18)，所述液压缸(7)的一端固接于底板(6)上，另一端通过连接件(9)与缸筒(14)连接；所述导向杆(11)的一端通过法兰盘(10)与底板固定，另一端与活塞(12)螺纹连接；缸筒套在活塞上，活塞和缸筒通过O型密封圈(13)轴向安装；长螺杆(17)的一端与旋钮(18)连接，另一端与圆盘(16)连接，圆盘套在缸筒内；测量模块包括压力传感器(15)、激光位移传感器(8)，所述压力传感器安装在圆盘的下表面，测量缸筒内部混凝土压力，激光位移传感器安装在液压缸侧壁上，测量缸筒相对于活塞的位移变化，间接获得混凝土相对于缸筒的速度。
本发明工作原理是：初始时，将缸筒和活塞分开，将一定量的新拌混凝土放置于活塞上，再将缸筒套在活塞外并将加压圆盘与混凝土接触。通过拧松和拧紧螺栓，调节调角支架和底板成一定倾斜角度。然后，启动振动电机，有弹簧的支撑作用，形成一定振动效果。控制液压缸进出油，液压缸通过连接件带动缸筒运动。工作过程中，活塞与导向杆连接与底板固定，液压缸带动缸筒运动，与活塞和混凝土产生相对位移，通过激光位移传感器间接获得混凝土相对于缸筒的相对运动速度，通过压力传感器同时测量混凝土的压力，经过宾汉姆流体模型的公式的处理就可以得到混凝土拌合物的流变特性。
本发明的公式处理分析如下：
要测得混凝土的流变特性，由宾汉姆流体的公式τ＝τ0+ηpγ，(其中τ0是屈服应力，ηP为塑性粘度)，需测量的量为剪切应变τ和剪切速率γ。但这两个值并不能直接测得，要经过计算得到。
计算剪切应变的公式为：
Figure BDA0002636168700000051
其中F为混凝土受到的剪切力、r筒为缸筒的内径、h为混凝土的高度；其中F也需通过计算获得，由力传感器获得的数据F1包括混凝土造成的阻力以及缸筒的重力，F为测得值F1减去缸筒的重力(活塞的摩擦力过小忽略不计)。
计算剪切速率的公式为：
Figure BDA0002636168700000052
其中v为缸筒的移动速度，s为缸筒的移动距离；可由激光位移传感器测得。
在使用流变仪实验时要多测量几组F和V，，经过上面式子处理我们就可以得到几组剪切应变τ和剪切速率γ，在直角坐标系上绘出两者的关系曲线，由宾汉姆流体的公式，我们可以知道该直线与轴的交点就是屈服强度τo，斜率就是粘度ηp，这样就可以得到新拌混凝土的流变特性。

Claims (6)

1.一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：包括振动调角模块、加压动力模块、测量模块；
所述振动调角模块包括底座(1)、弹簧(2)、台面(3)、振动电机(4)、调角支架(5)，所述底座(1)和台面(3)通过弹簧(2)连接，振动电机(4)安装于台面下方，利用振动电机使被弹簧撑起的台面发生振动，模拟振动的泵送环境；调角支架(5)的一端通过螺栓螺母固定在台面上，另一端通过螺栓螺母与底板实现类似铰链连接，实现角度调整，模拟泵车以一定角度输送混凝土的情况；
所述加压动力模块包括底板(6)、液压缸(7)、连接件(9)、法兰盘(10)、导向杆(11)、活塞(12)、O型密封圈(13)、缸筒(14)、圆盘(16)、长螺杆(17)、旋钮(18)，所述液压缸(7)的一端固接于底板(6)上，另一端通过连接件(9)与缸筒(14)连接；所述导向杆(11)的一端通过法兰盘(10)与底板固定，另一端与活塞(12)螺纹连接；缸筒套在活塞上，活塞和缸筒通过O型密封圈(13)轴向安装；长螺杆(17)的一端与旋钮(18)连接，另一端与圆盘(16)连接，圆盘套在缸筒内；
所述测量模块包括压力传感器(15)、激光位移传感器(8)，所述压力传感器安装在圆盘的下表面，测量缸筒内部混凝土压力，激光位移传感器安装在液压缸侧壁上，测量缸筒相对于活塞的位移变化，间接获得混凝土相对于缸筒的速度。
2.根据权利要求1所述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：新拌混凝土装载在缸筒内的活塞上，在振动调角模块与加压动力模块作用下，混凝土处于一定的振动、倾斜、压力复合作用下，模拟实际泵送情况；工作过程中，液压缸通过连接件带动缸筒运动，与活塞和混凝土产生相对位移，通过激光位移传感器间接获得混凝土相对于缸筒的相对速度，同时通过压力传感器测量混凝土的压力，以此得到泵送过程的混凝土流动特性。
3.根据权利要求1所述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：所述振动电机输出的转速范围为0-1440r/min，最大激振力不超过1500N。
4.根据权利要求1所述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：所述调角支架通过螺栓与底板连接，当螺栓拧紧的时候，两者固定不能转动，当螺栓拧松时，两者间可以调节一定的角度，理论上可调节角度的范围为0-90°。
5.根据权利要求1所述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：为了使液压缸能够带动缸筒实现双向运动，所述液压缸选用双作用液压缸，所述液压缸工作压力范围为0.3-14MPa，能实现的速度为8-300mm/s。
6.根据权利要求1所述的一种模拟混凝土实际泵送过程的流动特性测量装置，其特征在于：加压方式选择螺旋加压，加压范围在0-15MPa。
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