CN113405939B - 一种骨料含水率的快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种骨料含水率的快速检测装置及检测方法，该装置包括圆筒、开设在圆筒一侧的过水孔、安装在过水孔处的弯头、设置在圆筒外壁且与弯头相连通的透明管以及用于对检测的数据进行储存和计算的终端设备，透明管上均布有刻度线，透明管的轴向与圆筒的轴向平行，圆筒与弯头之间、弯头与透明管之间均为密封连接：该方法够精确测出放入试样前、后水的体积变化，利用水排出骨料样品中骨料颗粒之间的空气，利用水的体积变化，测出骨料样品中纯骨料和所含水分的体积之和，以此计算出骨料的含水率，其操作简单，检测准确性高。

Description

一种骨料含水率的快速检测方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种骨料含水率的快速检测方法。

背景技术

混凝土是由砂石作为骨料、与水泥、水按一定比例混合而成的建筑基础材料。目前的混凝土搅拌站一般包括骨料配料机、搅拌主机、成品料输送机、成品料仓组成。其中，骨料含水率是影响混凝土质量的关键因素之一，骨料含水率过多将导致最终混凝土过稀，因此技术人员需要实时了解骨料的含水率情况，以便于配置符合标准的混凝土。工程现场砂石骨料的含水率不可避免的存在较大波动，该含水率直接关系到水灰比，因此将对混凝土成品质量产生较大影响。然而现有对骨料含水率检测，多数采用微波、电磁类等含水率间接测量法，其操作繁琐，耗时过久，检测误差大，同时在检测过程中，样品自身水分散失较大，导致检测准确率低，并不能提供可靠的参考当前市场上在线含水率检测方法精度有限，这些仪器的精度折算成对每方混凝土的用水量精度的影响，一般会超出规范规定的水称量误差≤1％的规定。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种骨料含水率的快速检测方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种骨料含水率的快速检测装置，包括圆筒、开设在圆筒侧面的过水孔、安装在过水孔处的弯头、设置在圆筒外壁且与弯头相连通的透明管以及用于对检测的数据进行储存和计算的终端设备，透明管上均布有刻度线，透明管的轴向与圆筒的轴向平行，圆筒与弯头之间、弯头与透明管之间均为密封连接。

进一步，圆筒的外壁设置有水准泡，水准泡与圆筒的轴向垂直。

进一步，圆筒的底端设置有多个调节螺栓，且多个调节螺栓均布在圆筒的底端。

进一步，圆筒与弯头均采用不锈钢材质制成，透明管上的刻度线的最小分度值为0.5mm。

本发明还提供了一种采用骨料含水率的快速检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1：安装检测装置，并对安装后的检测装置进行调平校验，控制实验室温度处于20±5℃；

S2：向检测装置的圆筒中注入清水，使水面达到透明管的0.0刻度线位置处，精确观察并记录水面刻度a₁；测量圆筒内水体温度，并查出该水体温度下的水体密度ρ_w；

S3：在原材料进场的例行抽样检验中，测量这批骨料的表观密度ρ和饱和面干吸水率α₁，在抽样骨料中选取骨料样品进行称重并密封，得到骨料样品的质量G；

S4：将称重后的骨料缓慢的放入至检测装置的圆筒中，并保证在放入过程中不得有水飞溅至圆筒外部；

S5：使用不锈钢棒伸入至圆筒中反复搅拌骨料，直至水中无气泡产生；搅拌过程中保证圆筒内的水不会溅至圆筒外部；当搅拌完成后，将附着在不锈钢棒上和圆筒内壁上的水流回到圆筒底部的水中；

S6：记录搅拌完成且水面平稳后水面的刻度a₂，并记录此时水体的温度；

S7：根据S2中水面刻度a₁和S6中水面刻度a₂计算圆筒内水面上升的体积V；

S8：根据骨料的表观密度ρ、骨料样品的质量G、骨料样品中纯砂的体积与所含水分的体积之和V以及水体的密度ρ_w，计算出骨料样品以干骨料为基准的含水率m₁；

S9：根据S8中以干骨料为基准的含水率m₁和饱和面干吸水率α₁，计算出以饱和面干骨料为基准的含水率m₂；

S10：根据干骨料为基准的饱和面干吸水率α₁，计算出以饱和面干骨料为基准的饱和面干吸水率α₂；

S11：根据饱和面干骨料为基准的含水率m₂和以饱和面干骨料为基准的饱和面干吸水率α₂，计算骨料表面含水率m_s；

S12：对检测后的骨料含水率进行误差分析。

进一步，在终端设备中预先设定计算程序，将上述各步骤中的检测数据输入至终端设备，通过终端设备自动计算出所需数据。

进一步，步骤S8中计算出骨料样品以干骨料为基准的含水率时m₁时，根据体积等量关系如下建立方程：

Gm₁/[ρ_w(1+m₁)]+G/[ρ(1+m₁)]＝V；

由此求得干骨料为基准的含水率为：

m₁＝(V-G/ρ)/(G/ρ_w-V)。

进一步，步骤S9中计算出以饱和面干骨料为基准的含水率m₂时，根据如下公式进行计算：

m₂＝m₁/(1+α₁)

进一步，步骤S10中计算以饱和面干骨料为基准的饱和面干吸水率α₂时，采用如下公式进行计算：

α₂＝α₁/(1+α₁)

进一步，步骤S11中计算骨料表面含水率m_s时，采用如下公式进行计算：

m_s＝m₂-α₂

即m_s＝m₁/(1+α₁)-α₁/(1+α₁)

m_s＝(m₁-α₁)/(1+α₁)

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明所提供的骨料含水率的快速检测装置及检测方法，该检测装置结构简单可靠，使用性能好，能准确的检测圆筒内水量的变化，形成的可靠的水量体积检测组件，进而为后续骨料含水率的检测提供可靠的基础；此外，该检测方法更加简单，更快捷，该方法基于体积置换法，对骨料含水率的直接测量，省去了对检测仪器的率定过程，也避免了在检测过程中的误差积累，同时在骨料取样到试验的过程中骨料样品自身水分的散失相对减少，有效的提高骨料含水率检测结果的准确度，检测可靠性高。

附图说明

图1为本发明中检测装置结构示意图；

图2为本发明中圆筒内注水及加入骨料样品后示意图；

图3为本发明中水体的温度和密度对照表；

图1至图3中所示附图标记分别表示为：1-圆筒，2-过水孔，3-弯头，4-透明管，5-刻度线，6-水准泡，7-调节螺栓。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图2所示，一种骨料含水率的快速检测装置，包括圆筒1、开设在圆筒1侧面的过水孔2、安装在过水孔2处的弯头3、设置在圆筒1外壁且与弯头3相连通的透明管4以及用于对检测的数据进行储存和计算的终端设备，透明管4上均布有刻度线5，圆筒1与弯头3之间、弯头3与透明管4之间均为密封连接。

通过该检测装置能够精确测出放入试样前、后水的体积变化；利用水排出骨料样品中骨料颗粒之间的空气；利用水的体积变化，测出骨料样品中纯骨料和所含水分的体积之和；以此计算出骨料的含水率。圆筒1用于水体的盛装，其内壁为光滑圆面，保证吸附在圆筒1内壁上的水液能流回至圆筒1内。圆筒1与所述弯头3均采用不锈钢材质制成，避免在长时间的检测过程中发生锈蚀而影响检测精度，延长使用寿命。圆筒1高为480mm筒，其内径为180mm，其壁厚为3mm。透明管4上的刻度线5用于检测水体的位置，使得工作人员能够准确的观察到圆筒1内的水量，该透明管4的内径为20mm，该刻度线5的最小分度值为0.5mm。

圆筒1的外壁设置有水准泡6，水准泡6与圆筒1的轴向垂直。通过水准泡6中水泡的位置可确定圆筒1是否处于调平状态，水准泡6居中的状态就是圆筒1轴线垂直的状态。

圆筒1的底端设置有多个调节螺栓7，且多个调节螺栓7均布在圆筒1的底端。优选地调节螺栓7为三个，通过旋转调平螺栓进而调节圆筒1的高度位置，使水准泡6处于居中状态，保证装置处于调平状态。

本发明还提供了一种采用骨料含水率的快速检测装置的检测方法，包括以下步骤：

S1：安装检测装置，并对安装后的检测装置进行调平校验，控制实验室温度处于20±50C。对检测装置进行调平操作时，通过调整调节螺栓7的高度，使得水准泡6处于居中状态，完成调平操作。

S2：向检测装置的圆筒1中注入清水，使水面达到透明管4的0.0刻度线5位置处，精确观察并记录水面刻度a₁；测量圆筒1内水体温度，并根据图3所示的对照表查出该水体温度下的水体密度ρ_w。

S3：在原材料进场的例行抽样检验中，测量这批骨料的表观密度ρ和饱和面干吸水率α₁，在抽样骨料中选取骨料样品进行称重并密封，得到骨料样品的质量G。

S4：将称重后的骨料缓慢的放入至检测装置的圆筒1中，并保证在放入过程中不得有水飞溅至圆筒1外部。

S5：使用不锈钢棒伸入至圆筒1中反复搅拌骨料，直至水中无气泡产生；搅拌过程中保证圆筒1内的水不会溅至圆筒1外部；当搅拌完成后，将附着在不锈钢棒上和圆筒1内壁上的水流回到圆筒1底部的水中。

S6：记录搅拌完成且水面平稳后水面的刻度a₂，并记录此时水体的温度。

S7：根据S2中水面刻度a₁和S6中水面刻度a₂计算圆筒1内水面上升的体积V。该水面上升的体积V的计算公式为：V＝3.14159×(0.9²+0.1²)×(a₂-a₁)×10^-2＝0.025761(a₂-a₁)，该体积的单位的L。

S8：根据骨料的表观密度ρ、骨料样品的质量G、骨料样品中纯砂的体积与所含水分的体积之和V以及水体的密度ρ_w，计算出骨料样品以干骨料为基准的含水率m₁。

该步骤中计算出骨料样品以干骨料为基准的含水率时m₁时，根据体积等量关系如下建立方程：

Gm₁/[ρ_w(1+m₁)]+G/[ρ(1+m₁)]＝V；

由此求得干骨料为基准的含水率为：

m₁＝(V-G/ρ)/(G/ρ_w-V)。

S9：根据S8中以干骨料为基准的含水率m₁和饱和面干吸水率α₁，计算出以饱和面干骨料为基准的含水率m₂。

该步骤中计算出以饱和面干骨料为基准的含水率m₂时，根据如下公式进行计算：

m₂＝m₁/(1+α₁)。

S10：根据干骨料为基准的饱和面干吸水率α₁，计算出以饱和面干骨料为基准的饱和面干吸水率α₂。

该步骤中计算以饱和面干骨料为基准的饱和面干吸水率α₂时，采用如下公式进行计算：

α₂＝α₁/(1+α₁)

S11：根据饱和面干骨料为基准的含水率m₂和以饱和面干骨料为基准的饱和面干吸水率α₂，计算骨料表面含水率m_s。

该步骤中计算骨料表面含水率m_s时，采用如下公式进行计算：

m_s＝m₂-α₂

即m_s＝m₁/(1+α₁)-α₁/(1+α₁)

m_s＝(m₁-α₁)/(1+α₁)

S12：对检测后的骨料含水率进行误差分析。上述计算中均可在终端设备中完成。在终端设备中预先设定计算程序，将上述各步骤中的检测数据输入至终端设备，通过终端设备自动计算出所需数据。该终端设备采用计算机。

该步骤中对检测结果进行误差分析时，由于检测仪刻度的最小分度值为0.5mm，因此读数误差小于0.25mm，由此引起的纯砂的体积与所含水分的体积之和V误差小于：3.14159×0.25×(0.9²+0.1²)×10^-2＝6.44×10^-2(L)；拌制混凝土所用砂的含水率一般在3％左右，下面按真实含水率分别为2％、3％、4％三种情况，计算上述误差对含水率检测结果的影响。

实施例一：对于真实含水率m₁为2％的砂而言，如果砂的表观密度按2.7g/cm³计，水的密度按20℃时的0.998g/cm³计，则纯砂的体积与所含水分体积之和V的真实值为：10/[2.7×(1+2％)]+10×2％[0.998×(1+2％)]＝3.8276(L)；如果读数误差为6.44×10^-3(L)，由此计算出的含水率值为：m₁′＝(v′-G/ρ)/(G/ρ_w-V)＝(3.8276+0.00644-10/2.7)/(10/0.998-3.8276-0.00644)＝0.021＝2％。m′-m₁＝2.1％-2％＝0.1％。因为读数误差的最大值不超过+6.44×10^-3(L)，所以由此计算出的含水率误差不会超过0.1％。

如果读数误差为-6.44×10^-3(L)，由此计算出的含水率值为：m₁′＝(v′-G/ρ)/(G/ρ_w-V)＝(3.8276-0.00644-10/2.7)/(10/0.998-3.8276+0.00644)＝0.019＝1.9％。m′-m₁＝1.9％-2％＝-0.1％，因为读数误差的最小值不超过-6.44×10^-3(L)，所以由此计算出的含水率误差的绝对值不会超过0.1％。

实施例二：对于真实含水率m₁为3％的砂而言，如果砂的表观密度按2.7g/cm³计，水的密度按20℃时的0.998g/cm³计，则纯砂的体积与所含水分体积之和V的真实值为：10/[2.7×(1+3％)]+10×3％[0.998×(1+3％)]＝3.8877(L)；

如果读数误差为+6.44×10^-3(L)，由此计算出的含水率值为：m₁′＝(v′-G/ρ)/(G/ρ_w-V)＝(3.8877+0.00644-10/2.7)/(10/0.998-3.8276-0.00644)＝0.031＝3.1％。m′-m₁＝3.1％-3％＝0.1％，因为读数误差的最大值不超过+6.44×10^-3(L)，所以由此计算出的含水率误差不会超过0.1％。

如果读数误差为-6.44×10^-3(L)，由此计算出的含水率值为：m₁′＝(v′-G/ρ)/(G/ρ_w-V)＝(3.8877-0.00644-10/2.7)/(10/0.998-3.8276+0.00644)＝0.029＝2.9％，m′-m₁＝2.9％-3％＝-0.1％。因为读数误差的最小值不超过-6.44×10^-3(L)，所以由此计算出的含水率误差的绝对值不会超过0.1％。

实施例三：对于真实含水率m₁为4％的砂而言，如果砂的表观密度按2.7g/cm³计，水的密度按20℃时的0.998g/cm³计，则纯砂的体积与所含水分体积之和V的真实值为：10/[2.7×(1+4％)]+10×4％[0.998×(1+4％)]＝3.9466(L)；

如果读数误差为+6.44×10^-3(L)，由此计算出的含水率值为：m₁′＝(v′-G/ρ)/(G/ρ_w-V)＝(3.9466+0.00644-10/2.7)/(10/0.998-3.9466-0.00644)＝0.041＝4.1％。m′-m₁＝4.1％-4％＝0.1％。因为读数误差的最大值不超过+6.44×cm³(L)，所以由此计算出的含水率误差不会超过0.1％。

如果读数误差为-6.44×10^-3(L)，由此计算出的含水率值为：m₁′＝(v′-G/ρ)/(G/ρ_w-V)＝(3.9466-0.00644-10/2.7)/(10/0.998-3.9466+0.00644)＝0.039＝3.9％。m′-m₁＝3.9％-4％＝-0.1％。因为读数误差的最小值不超过-6.44×10^-3(L)，所以由此计算出的含水率误差的绝对值不会超过0.1％。

通过上述实施例一至实施例三中的计算可以看出，在真实含水率分别为2％、3％、4％三种情况下，检测仪的读数误差对含水率检测结果的影响均在0.1％以内。使用该种方法检测的骨料含水率精确度高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种骨料含水率的快速检测方法，其特征在于，包括检测装置，该检测装置包括圆筒(1)、开设在所述圆筒(1)侧面的过水孔(2)、安装在所述过水孔(2)处的弯头(3)、设置在所述圆筒(1)外壁且与所述弯头(3)相连通的透明管(4)以及用于对检测的数据进行储存和计算的终端设备，所述透明管(4)上均布有刻度线(5)，所述透明管(4)的轴向与所述圆筒(1)的轴向平行，所述圆筒(1)与所述弯头(3)之间、所述弯头(3)与所述透明管(4)之间均为密封连接；

对骨料含水率进行检测时，包括以下步骤：

S1：安装检测装置，并对安装后的检测装置进行调平校验，控制实验室温度处于20±50C；

S2：向检测装置的圆筒(1)中注入清水，使水面达到透明管(4)的0.0刻度线(5)位置处，精确观察并记录水面刻度a₁；测量圆筒(1)内水体温度，并查出该水体温度下的水体密度ρ_w；

S3：在原材料进场的例行抽样检验中，测量这批骨料的表观密度ρ和饱和面干吸水率α₁，在抽样骨料中选取骨料样品进行称重并密封，得到骨料样品的质量G；

S4：将称重后的骨料缓慢的放入至检测装置的圆筒(1)中，并保证在放入过程中不得有水飞溅至圆筒(1)外部；

S5：使用不锈钢棒伸入至圆筒(1)中反复搅拌骨料，直至水中无气泡产生；搅拌过程中保证圆筒(1)内的水不会溅至圆筒(1)外部；当搅拌完成后，将附着在不锈钢棒上和圆筒(1)内壁上的水流回到圆筒(1)底部的水中；

S6：记录搅拌完成且水面平稳后水面的刻度a₂，并记录此时水体的温度；

S7：根据S2中水面刻度a₁和S6中水面刻度a₂计算圆筒(1)内水面上升的体积V；

S8：根据骨料的表观密度ρ、骨料样品的质量G、骨料样品中纯砂的体积与所含水分的体积之和V以及水体的密度ρ_w，计算出骨料样品以干骨料为基准的含水率m₁；

S9：根据S8中以干骨料为基准的含水率m₁和饱和面干吸水率α₁，计算出以饱和面干骨料为基准的含水率m₂；

S10：根据干骨料为基准的饱和面干吸水率α₁，计算出以饱和面干骨料为基准的饱和面干吸水率α₂；

S11：根据饱和面干骨料为基准的含水率m₂和以饱和面干骨料为基准的饱和面干吸水率α₂，计算骨料表面含水率m_s；

S12：对检测后的骨料含水率进行误差分析。

2.根据权利要求1所述的骨料含水率的快速检测方法，其特征在于，所述圆筒(1)的外壁设置有水准泡(6)，所述水准泡(6)与所述圆筒(1)的轴向垂直。

3.根据权利要求2所述的骨料含水率的快速检测方法，其特征在于，所述圆筒(1)的底端设置有多个调节螺栓(7)，且多个所述调节螺栓(7)均布在所述圆筒(1)的底端。

4.根据权利要求1所述的骨料含水率的快速检测方法，其特征在于，所述圆筒(1)与所述弯头(3)均采用不锈钢材质制成，所述透明管(4)上的刻度线(5)的最小分度值为0.5mm。

5.根据权利要求1所述的骨料含水率的快速检测方法，其特征在于，在终端设备中预先设定计算程序，将上述各步骤中的检测数据输入至终端设备，通过终端设备自动计算出所需数据。

6.根据权利要求1所述的骨料含水率的快速检测方法，其特征在于，步骤S8中计算出骨料样品以干骨料为基准的含水率m₁时，根据体积等量关系如下建立方程：

Gm₁/[ρ_w(1+m₁)]+G/[ρ(1+m₁)]＝V；

由此求得干骨料为基准的含水率为：

m₁＝(V-G/ρ)/(G/ρ_w-V)。

7.根据权利要求1所述的骨料含水率的快速检测方法，其特征在于，步骤S9中计算出以饱和面干骨料为基准的含水率m₂时，根据如下公式进行计算：

m₂＝m₁/(1+α₁)。

8.根据权利要求1所述的骨料含水率的快速检测方法，其特征在于，步骤S10中计算以饱和面干骨料为基准的饱和面干吸水率α₂时，采用如下公式进行计算：

α₂＝α₁/(1+α₁)。

9.根据权利要求1所述的骨料含水率的快速检测方法，其特征在于，步骤S11中计算骨料表面含水率m_s时，采用如下公式进行计算：

m_s＝m₂-α₂

即m_s＝m₁/(1+α₁)-α₁/(1+α₁)

m_s＝(m₁-α₁)/(1+α₁)。

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