CN113138139A - 一种平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法。所述方法包括：在旋转流变仪的夹具中装入材料样品；使旋转流变仪按照设定的速度旋转，实时同步采集所述夹具的扭矩和转速，并记录数据采集时刻；根据所述扭矩、转速和数据采集时刻计算所述样品旋转过程产生的能耗；基于能耗评价所述样品的施工性能。相对现有技术基于流变参数剪切应力和剪切速率评价施工性能，本发明降低了数据处理的复杂程度；本发明基于一个能耗参数评价施工性能，相对现有技术基于两个流变参数评价施工性能，能更方便地对施工性能进行总体评价。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料性能评估技术领域，具体涉及一种平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法。
背景技术
半固体材料(如建筑腻子和砂浆)主要是施工者借助批刀和油灰刀通过批刮进行施工的。在开发或改进这些产品阶段，优化施工性能的配方和工艺调整，主要是依靠有经验的施工者模拟现场施工，然后逐项对多个施工性能指标进行评分，配方设计工程师根据评分结果对配方做出调整。在施工性能评分项目中，批刮手感是决定评分高低的最重要因素。施工者对批刮手感的评分结果受人为主观因素影响很大，这种因主观因素导致评分结果的不确定性在很大程度上影响产品配方的开发工作。
对于半固体装饰性材料批刮手感的定量化研究，主要是从材料流变特性出发，以材料固有的流变参数为指标评价其施工性能。可以借助旋转流变仪、旋转粘度计、稠度仪等获得样品流动性等方面的流变参数。公开号为CN109408835A、名称为“一种墙面腻子施工流变参数范围获取方法”的发明专利，就是利用旋转流变仪采集样品产生的扭矩和对应的转速信号，并据此分别计算剪切应力-剪切速率数据点；对指定剪切速率减小到零的剪切应力-剪切速率的有效数据点，利用Bingham模型进行线性拟合处理，得到的截距和斜率两个流变参数。将打分值高于设定值的各腻子样品的屈服应力和塑性粘度的参数范围作为所述的腻子施工性能达标的流变参数范围。其存在问题是：一是数据处理过程比较复杂，计算量大，需要基于原始采集的扭矩和转速数据计算剪切应力和剪切速率，并利用Bingham模型进行线性拟合处理，再通过求解截距和斜率才能得到两个流变参数；二是采用两个参数评价施工性能，当不同样品的两个参数的相对大小关系不一致时，不便于给出一个总体评价。比如，假设两个样品A、B的两个流变参数分别为A1、A2和B1、B2，如果A1>B1，A2<B2，则很难评价这两个样品施工性能的优劣。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法，包括：
步骤1，在旋转流变仪的夹具中装入材料样品；
步骤2，使旋转流变仪按照设定的速度旋转，实时同步采集所述夹具的扭矩和转速，并记录数据采集时刻；
步骤3，根据所述扭矩、转速和数据采集时刻计算所述样品旋转过程产生的能耗；
步骤4，基于能耗评价所述样品的施工性能：能耗越小，施工性能越好。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在旋转流变仪中夹具中装入材料样品，使旋转流变仪按照设定的速度旋转，实时同步采集所述夹具的扭矩和转速，并记录数据采集时刻，根据所述转速、扭矩和数据采集时刻计算材料所述样品旋转过程产生的能耗，实现了基于能耗对施工性能的评价。相对现有技术基于流变参数剪切应力和剪切速率评价施工性能，本发明降低了数据处理的复杂程度；本发明基于一个能耗参数评价施工性能，相对现有技术基于两个流变参数评价施工性能，能更方便地对施工性能进行总体评价。
附图说明
图1为根据表2中的数据绘制的样品#1、样品#2、样品#3的扭矩*转速—时间曲线，横轴为时间，单位为min(分)，纵轴为扭矩与转速的积，扭矩单位为mNm(10-3×牛米)，转速单位为r/min(转/分)；
图2为根据表2中的数据绘制的样品#1、样品#2、样品#3的能耗-时间曲线，横轴为时间，单位为min(分)，纵轴为能耗，单位为J(焦)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例一种平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法，包括以下步骤：
S101、在旋转流变仪的夹具中装入材料样品；
S102、使旋转流变仪按照设定的速度旋转，实时同步采集所述夹具的扭矩和转速，并记录数据采集时刻；
S103、根据所述扭矩、转速和数据采集时刻计算所述样品旋转产生的能耗；
S104、基于能耗评价所述样品的施工性能：能耗越小，施工性能越好。
在本实施例中，步骤S101用于实验前准备，将材料样品装入旋转流变仪的夹具中。流变仪是测量流体流变性能的仪器。旋转流变仪是现代流变仪的重要组成部分，它依靠旋转运动使待测材料样品产生简单的剪切流动，通过测量样品反作用于夹具产生的扭矩和转速数据快速测量材料的流变性能。
在本实施例中，步骤S102主要用于采集数据。启动旋转流变仪，使旋转流变仪按照设定的速度旋转，带动样品跟着旋转。控制旋转速度尽量使样品产生的流变接近实际施工时材料在批刀作用下产生的流变。旋转流变仪工作后，利用扭矩传感器和转速传感器实时采集扭矩和转速数据，并记录每个数据点的采集时刻。由于后面的能耗计算需要时间数据，因此也要记录数据采集时刻。采集时刻可以是当时的时间，如8点11分20秒，也可以是相对规定的时间零点或第一个数据采集点的延时时间。当然，如果是等时间间隔采集，可以不必记录采集时刻。
在本实施例中，步骤S103主要用于计算所述样品旋转产生的能耗。所述能耗等于功率对时间的积分，而功率等于扭矩和转速的积，即通过计算扭矩和转速的积对时间的积分得到能耗。所述积分的计算方法很多，比如，可以基于采集数据先求解以扭矩和转速的积为因变量、以时间为自变量拟合函数，然后计算所述函数对时间的积分值(可利用积分函数计算，如MATLAB中的定积分函数int)；也可以先绘制扭矩*转速—时间曲线，然后计算曲线下的面积。
在本实施例中，步骤S104主要用于评价样品的施工性能。一般来说，在不影响材料与装饰底材附着力的前提下，样品的能耗越小(相当于借助批刀施工时比较省力)，施工性能越好；反之，能耗越大，施工性能越差。采用相同的实验方法，测量不同样品的能耗，能耗小的样品，施工性能相对较好。
本实施例基于能耗评价样品的施工性能，只需根据采集的扭矩、转速和数据采集时刻计算能耗；而现有技术基于流变参数剪切应力和剪切速率评价施工性能，需要先对原始采集数据进行数据处理得到剪切应力和剪切速率数据，然后利用Bingham模型进行线性拟合处理，再通过求解截距和斜率才能得到两个流变参数。因此，本实施例降低了数据处理的复杂程度。另外，本实施例只基于一个能耗参数评价施工性能，可以只根据这一个参数的大小评价不同材料样品的施工性能，非常方便；而现有技术基于两个流变参数评价施工性能，如果不对这两个参数通过加权求和得到一个综合得分，当不同样品的两个参数的相对大小关系不一致时，比如第一个样品的第一个参数大于第二个样品的第一个参数，但第一个样品的第二个参数小于第二个样品的第二个参数，很难对它们的施工性能进行综合评价；如果通过对这两个参数进行加权求和计算综合得分，由于合理确定每个参数的权重大小，因此也就很难得到一个合理的综合得分，最终影响施工性能评价的准确性。
作为一种可选实施例，所述步骤S102中，旋转流变仪的转速从零开始逐渐升高，升高到设定的最大值后再逐渐降低至零。
本实施例给出了一种旋转流变仪在测量过程中旋转速度变化的技术方案：从静止开始平缓提速，达到最高速度后再平缓降低速度，直至静止。最简单的情况是，线性提速线性降速；当然也可以非线性提速和降速。这种速度变化规律与施工中批刀移动速度的变化基本规律一致。
作为一种可选实施例，所述步骤S103根据下式计算所述样品的能耗：
式中，W为能耗，Mi、ωi分别为ti时刻的扭矩和转速，i＝1，2，…，n，n为数据(转速、扭矩或时间)个数。
本实施例给出了计算能耗的一种技术方案。本实施例通过计算扭矩*转速—时间曲线下面的面积得到能耗。图1是扭矩*转速—时间曲线(每条曲线对应一个样品)，过曲线上的每个数据点作垂直于横轴的线段，可以得到很多相邻的小直角梯形(近似)，根据梯形面积公式分别计算每个小梯形的面积并求和便得到曲线下的面积。计算公式如上式所示。
作为一种可选实施例，所述方法还包括：根据下式计算所述样品旋转至任一数据采集时刻时的能耗：
式中，W(ti)为样品旋转至ti时刻的能耗，i＝2，3，…，n，n为数据个数，Mj、ωj分别为tj时刻的扭矩和转速。
本实施例给出了一种计算样品旋转至任一时刻时的能耗的技术方案。上面的公式是计算样品旋转至任一数据采集时刻ti的能耗W(ti)的计算公式，因为起始采集时刻t1无法计算能耗，所以i的值大于等于2。根据上面的公式可以绘制能耗—时间曲线，如图2所示。根据所述曲线可以很方便地得到旋转至任一时刻的能耗值。通过对时间求微分或根据曲线不同时间段上升速率的快慢，可以方便地观察各个时间段能耗的大小。比如图2中，在起始和结束阶段曲线变化比较平缓，能耗较小；在中间阶段(如0.15～0.35min)曲线变化较陡，能耗较大。
作为一种可选实施例，所述方法还包括：测量多个样品的能耗，并对每个样品进行批刮手感打分，根据高于合格分数的样品的能耗值确定合格的能耗范围。
本实施例给出了一种确定合格能耗范围的一种技术方案。先按照步骤S101～S103的方法测量多个样品的能耗值，并对每个样品进行手感打分。为了提高打分的可靠性，可选择多个经验丰富的施工人员进行打分，然后以打分的平均值作为每个样品的最后打分。设置一个合格分数，根据高于合格分数的样品的能耗值确定合格的能耗范围。比如，如果打分值满分为10分，合格分数为6分，打分为6分的样品的能耗值为合格能耗的最大值，即合格材料的能耗应小于所述最大值。
为了更好地理解本发明的技术原理，下面给出一个具体应用实例。
制作#1、#2、#3三个腻子样品：兑水比例相同，水和腻子粉的质量比均为1：2.6。用手持式搅拌机，以770转/分转速搅拌120秒后制成膏状产品。在30分钟内，分别进行批刮手感打分和能耗测试。打分和数据采集结果分别如表1、2所示。表1中的A、B、C分别表示3个打分的施工人员，个人打分在1～3之间。表2中，各个时间值为各个数据采集时刻相对规定的0时刻延时的时间，单位为min(分)；扭矩单位为mNm(10-3×牛米)；转速单位为r/min(转/分)。
表1批刮手感打分结果
表2数据采集结果
根据表2中的数据分别绘制#1、#2、#3样品的扭矩*转速—时间曲线，如图1所示。根据前面的公式，分别计算#1、#2、#3样品旋转至任一数据采集时刻时的能耗，并绘制能耗—时间曲线，如图2所示。
根据图2，可以得到#1、#2、#3样品旋转过程的(总)耗能分别为2.32J、2.09J和1.97J。根据表1，#1、#2、#3样品的得分分别是2.17、2.27和2.33。如果合格分数为2.2分，则合格能耗范围为不超过2.09J。当然，这里只是举一个简单例子，旨在说明确定能耗范围的原理。为了保证能耗范围的精度，样品数量应足够大，样品数量一般不小于50。
Claims (5)
1.一种平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在旋转流变仪的夹具中装入材料样品；
步骤2，使旋转流变仪按照设定的速度旋转，实时同步采集所述夹具的扭矩和转速，并记录数据采集时刻；
步骤3，根据所述扭矩、转速和数据采集时刻计算所述样品旋转过程产生的能耗；
步骤4，基于能耗评价所述样品的施工性能：能耗越小，施工性能越好。
2.根据权利要求1所述的平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法，其特征在于，所述步骤2中，旋转流变仪的转速从零开始逐渐升高，升高到设定的最大值后再逐渐降低至零。
3.根据权利要求1所述的平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法，其特征在于，所述步骤3根据下式计算所述样品旋转过程产生的能耗：
式中，W为能耗，Mi、ωi分别为ti时刻的扭矩和转速，i＝1，2，…，n，n为数据个数。
4.根据权利要求1所述的平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法，其特征在于，所述方法还包括：根据下式计算所述样品旋转至任一数据采集时刻时的能耗：
式中，W(ti)为样品旋转至ti时刻的能耗，i＝2，3，…，n，n为数据个数，Mj、ωj分别为tj时刻的扭矩和转速。
5.根据权利要求1所述的平整装饰表面半固体材料施工性能评价方法，其特征在于，所述方法还包括：测量多个样品的能耗，并对每个样品进行批刮手感打分，根据高于合格分数的样品的能耗值确定合格的能耗范围。
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