CN113804581B

CN113804581B - 一种利用排气法测试块片石堆积率的方法及系统

Info

Publication number: CN113804581B
Application number: CN202111133300.3A
Authority: CN
Inventors: 蒋正武; 何倍
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2021-09-27
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2023-06-02
Anticipated expiration: 2041-09-27
Also published as: CN113804581A

Abstract

本发明涉及一种利用排气法测试块片石堆积率的方法及系统，该方法包括以下步骤：S1：用模板搭建测试仓；S2：在测试仓中逐层堆积块片石，并密封测试仓顶部；S3：测定测试仓的体积V₀、测试仓的内部气压P₀和温度T₀；S4：向测试仓内通入气体，测定通入测试仓内的气体体积V₁、测试仓的内部气压P₁和温度T₁；S5：计算块片石的堆积率ρ_堆。该系统包括测试仓和位于测试仓外部的气体压缩装置，所述气体压缩装置与测试仓通过导气管连接，所述导气管上设有气体流量测量组件，所述测试仓的内部设有气压测量组件及温度测试组件。本发明通过压强差和体积差计算块片石的堆积率。与现有技术相比，本发明操作简单、结果准确、实用性强、测试时间短且便于推广。

Description

一种利用排气法测试块片石堆积率的方法及系统

技术领域

本发明属于混凝土工程测试技术领域，涉及一种利用排气法测试块片石堆积率的方法及系统。

背景技术

块石混凝土又称堆石混凝土、埋石混凝土、毛石混凝土或片石混凝土，是以粒径为300mm～150mm的块片石在逐层堆积为主体骨架结构，采用大掺量矿物掺合料、高效减水剂以及其它特种外加剂等原材料复配出满足设计要求的自密实混凝土作为填充料，快速、均匀并逐层充填块片石堆积结构内空隙而形成的一种大体积混凝土。该项技术将大大突破传统技术的片石掺量，使片石掺量从20％提高到60％，堆积率可高达45％～60％，不仅具有节约水泥、降低温升、提高强度、减少温度裂缝及减少混凝土拌和工作量等优点，还改变了传统的片石混凝土施工工艺、提高混凝土工程质量与施工效率、降低人工劳动成本等优点。该技术可被广泛应用于公路工程中挡土墙、基础、涵墙身及桥台等大体积块片石混凝土结构。

根据目前关于块片石混凝土的相关规范或文献资料均会提及块片石堆积率的具体要求，但也只是给出了块片石堆积率的指标要求而没有给出具体的测试方法以及如何对现场块片石堆积率的具体调控措施。因为块片石堆积率的测试标准与方法的缺乏，常导致工程现场施工人员对堆码后的块片石堆积率无法快速而准确测定，更无从将其调控至规定的指标要求范围。一方面，由于不能准确地计算出块片石的堆积率及空隙率，也就不能算出填充块片石结构所需的自密实混凝土的用量，最终常常导致混凝土的实际用量远低于计划用量，造成大量的混凝土材料浪费，极大增加了工程造价。另一方面，因不能准确计算块片石堆积率也会导致其值高于规定值，使得块片石间堆得太密实且空隙率太小，造成填充用的自密实混凝土不能完全密实填充整个施工仓结构(上部太密实而底部存在空隙)，严重影响块片石混凝土的外观质量、力学性能和耐久性能。

此外，由于块片石的粒径(300mm～1500mm)较传统混凝土所用的骨料粒径(4.75mm～31.5mm)差异较大，故目前相关的国家、行业或团体标准及文献针对传统骨料提出了测定方法，但由于块片石的粒径明显较大，用途也不同，故相关测试方法并不适用。因此，提出一种快速、准确、适用性强且针对性强的现场块片石堆积率测试方法和调控措施便显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种利用排水法测试块片石堆积率的方法及系统，以克服现有技术中不能快速准确计算块片石的堆积率或无法对块片石堆积率进行调控等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种利用排气法测试块片石堆积率的方法，该方法包括以下步骤：

S1：按照设计要求在指定区域采用模板搭建测试仓；

S2：在测试仓中逐层堆积块片石，并密封测试仓的顶部；

S3：测定测试仓的体积V₀、测试仓的内部气压P₀、测试仓的内部温度T₀；

S4：向测试仓内通入气体，测定通入测试仓内的气体体积V₁、测试仓的内部气压P₁、测试仓的内部温度T₁；

S5：计算块片石的堆积率ρ_堆，计算公式如下：

式中：ρ为所通入气体的密度；M为所通入气体的摩尔质量。

进一步的，步骤S1中，所述模板为钢模板、木模板、钢木模板、塑料模板、铝合金模板及玻璃钢模板中的一种或几种，所述模板应具有充分抵抗混凝土自重作用和侧向压力对模板造成变形的能力。

进一步的，步骤S1中，测试仓搭建过程中，各搭接部位均进行密封处理。

更进一步的，密封处理所用密封材料为海绵条、密封胶条、高分子材料密封膏、沥青防水涂料或卷材中的一种或几种。

更进一步的，密封处理的具体工艺为：

首先清理测试仓模板的搭接位置的杂质，其次再用粘结处理剂在搭接位置进行预处理，待固化后再用密封材料对搭接缝进行密封，最后待密封材料完全固化后进行蓄水试验，蓄水试验合格后进行下一步工序。

进一步的，步骤S1中，所述模板经支撑架和紧固件牢固固定于地面，由此保证浇筑混凝土过程中不会发生移动。

进一步的，步骤S2中，所述块片石的饱水抗压强度大于30MPa，粒径为300mm～1500mm，且其表面干净且无剥落层和裂纹。

进一步的，步骤S2中，逐层堆积块片石的具体过程为：

采用机械将合格的块片石逐个吊装到测试仓内，从下至上逐层堆积块片石，并辅以人工的方式调整块片石的堆积结构。

进一步的，步骤S3中，先对测试仓进行气密性检验，检验合格后再测定测试仓的体积V₀、测试仓内部气压P₀、测试仓内部温度T₀。

进一步的，步骤S4中，通入的气体为空气或其它单一气体中的一种或几种。

进一步的，步骤S4中，通入气体并稳定1min后，再进行测定。

进一步的，步骤S5中，根据理想气体状态方程：PV＝nRT(其中：P为气体压强，V为气体体积，n为物质的量，R为普适气体常数(8.31J/[mol·K])，T为气体温度)计算块片石空隙率ρ_空和堆积率ρ_堆，计算公式分别如下：

式中：ρ为所通入气体的密度；M为所通入气体的摩尔质量；

式中：ρ为所通入气体的密度；M为所通入气体的摩尔质量。

本发明的技术方案之二提供了一种利用排气法测试块片石堆积率的系统，该系统包括密封的测试仓和位于所述测试仓外部的气体压缩装置，所述气体压缩装置与所述测试仓通过导气管连接，所述导气管上设有气体流量测量组件，所述测试仓的内部还设有气压测量组件以及温度测试组件。

进一步的，所述的测试仓上还设置有进气阀、出气阀以及显示器。

更进一步的，所述进气阀控制气体进入测试仓；所述的出气阀控制着测试仓的内外气压的平衡；可通过所述显示器实时显示并调整各组件的工作状态以及测试步骤、参数、结果。

进一步的，该系统还设有与所述气体压缩装置、所述气体流量测量组件、所述气压测量组件、所述温度测试组件、所述进气阀、所述出气阀以及所述显示器电性连接的控制组件。

更进一步的，所述控制组件为控制处理器。

更进一步的，所述气体流量测量组件用于实时监控测试仓内通入的压缩气体流量和体积。

本发明在试验前先测定测试仓内的体积、气压和温度，再向测试仓内逐层堆积块片石并密封该测试仓，测定测试仓内的体积、气压和温度，通过前后的压强差和体积差计算出块片石的体积，进而计算出块片石的堆积率。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明可用于快速测定块片石混凝土中块片石堆积结构的空隙率和堆积率，准确计算出填充块片石堆积结构所需混凝土的总用量，保证填充混凝土的密实度，提高块片石混凝土的施工质量。

(2)本发明不仅是一种测试或检测方法，还是一种高效的辅助施工方法，可基于实际测试得到的块片石堆积率结果提供调整依据使之满足设计要求，从而提高工程质量。

(3)本发明操作简单、结果准确、实用性强、测试时间短且便于推广。仅需通过简单的工具便能快速测试块片石堆积结构的堆积率及空隙率，避免了混凝土用量超方带来的材料浪费问题以及混凝土用量缺方造成的间隔时间较长等问题，适用于全国各地的各项大体积混凝土工程。

附图说明

图1为本发明利用排气法测试块片石堆积率的系统示意图。

图中标记说明：

1-气体压缩机、2-气体流量计、3-气压测量仪、4-温度计、5-进气阀、6-出气阀、7-导气管、8-控制处理器、9-显示器、10-测试仓、11-块片石。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或常规结构。

以下各实施方式或实施例中，所采用的原料及处理步骤，若无特别说明，则表明采用的现有常规市售产品及常规技术。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

为克服现有技术中不能快速准确计算块片石的堆积率或无法对块片石堆积率进行调控等问题，本发明提供了一种利用排水法测试块片石堆积率的系统，该系统的结构请参见图1，该系统包括密封的测试仓10和位于所述测试仓10外部的气体压缩机1，所述气体压缩机1与所述测试仓10通过导气管7连接，所述导气管7上设有气体流量计2，所述测试仓10的内部还设有气压测量仪3以及温度计2。

在一些具体的实施方式中，请参见图1，所述的测试仓10上还设置有出气阀6，所述的出气阀6控制着测试仓10的内外气压的平衡。

在一些具体的实施方式中，请参见图1，所述的测试仓10上还设有进气阀5，所述进气阀5控制气体进入测试仓10。

在一些具体的实施方式中，请参见图1，该系统还设有显示器9，可通过所述显示器9实时显示并调整各组件的工作状态以及测试步骤、参数、结果。

在一些具体的实施方式中，请参见图1，该系统还设有与所述气体压缩机1、所述气体流量计2、所述气压测量仪3、所述温度计2、所述进气阀5、所述出气阀6以及所述显示器9电性连接的控制处理器8。

在一些具体的实施方式中，所述气体流量计2用于实时监控测试仓10内通入的压缩气体流量和体积。

本发明还提供了一种利用排水法测试块片石堆积率的方法，该方法包括以下步骤：

(1)采用模板搭建测试仓；

(2)使用密封材料对测试仓模板的连接缝进行密封处理；

(3)在测试仓中逐层堆积块片石，并密封测试仓的顶部；

(4)对测试仓进行气密性检验，检验合格后测定测试仓的体积V₀、测试仓内部气压P₀、测试仓内部温度T₀；

(5)向测试仓内通入气体后，测定通入测试仓内的气体体积V₁、测试仓内部气压P₁、测试仓内部温度T₁；

(6)根据理想气体状态方程：PV＝nRT(其中：P为气体压强，V为气体体积，n为物质的量，R为普适气体常数(8.31J/[mol·K])，T为气体温度)计算块片石空隙率ρ_空和堆积率ρ_堆，计算公式分别如下：

式中：ρ为气体密度；M是气体摩尔质量；

式中：ρ为气体密度；M是气体摩尔质量。

实施例1：

一种利用排气法测试块片石11堆积率的系统，请参见图1，该系统主要包括：气体压缩机1、气体流量计2、气压测量仪3、温度计2、进气阀5、出气阀6、导气管7、控制处理器8、显示器9、密封的测试仓10。所述的气体压缩机1经导气管7与所述测试仓10连接，并经由进气阀5控制气体进入测试仓10；所述的气体流量计2设置于与所述的测试仓10相连接处的所述导气管7上，用于实时监控测试仓10内通入的压缩气体流量和体积；所述的测试仓10上还设置有出气阀6，所述的出气阀6控制着测试仓10内外气压的平衡；所述控制处理器8连接着所述的气体压缩机1、气体流量计2、气压测量仪3、温度计2、进气阀5、出气阀6和显示器9，可通过所述显示器9实时显示并调整各组件的工作状态以及测试步骤、参数、结果。本实施例中采用的气体可以为空气。

基于上述系统的一种利用排气法测试块片石11堆积率的方法，包括以下步骤：

(1)搭建测试仓10。根据设计图纸测量并确定块片石11混凝土测试仓10的大致位置，采用施工机械或人工的方式清理并平整施工场地。再根据工程设计图纸准确定位出具体位置，采用钢模板、木模板、钢木模板、塑料模板、铝合金模板及玻璃钢模板中的一种或几种搭建出测试仓10的形状，应保证其具有充分抵抗混凝土自重作用和侧向压力对模板造成变形的能力，模板经支撑架和紧固件牢固固定于地面，由此保证浇筑混凝土过程中不会发生移动。

(2)密封处理模板连接缝。清理测试仓10内侧模板搭接处的杂质或灰尘，其次再用粘结处理剂在两块所述模板搭接处进行预处理，待常温4h～6h干燥并固化后再用海绵条、密封胶条、高分子材料密封膏、沥青防水涂料或卷材中的一种或几种作为模板密封处理材料对搭接缝进行密封铺设处理，确保测试仓10完全不漏气。最后待密封处理材料完全固化后，方可进行下一步。

(3)逐层堆码块片石11并密封测试仓10顶部。将符合工程要求的岩石经过开采和加工生产得到的合格块石或片石料用运输汽车运输至工地现场，并将其卸在已提前铺设好油纸或防污布的地面上。施工前采用冲水的方式将其表面泥土或杂质冲洗干净并晾干，采用机械的方式将合格的块片石11逐个吊装到测试仓10内，并辅以人工的方式调整块片石11的堆积结构，块片石11的堆积方式应为从下至上逐层堆码。块片石11饱水抗压强度大于30MPa，粒径为300mm～1500mm，表面干净且无剥落层和裂纹。待所有块片石11全部堆码结束后，密封测试仓10的顶部。

(4)进行气密性检验。待测试仓10顶部完全密封后，需进行气密性试验，结果合格后方可进行下一步工序。若气密性试验不合格则需再次仔细检查并确定漏气位置，再用上述密封方法进行进一步的密封处理，直至气密性试验合格为止。气密性试验合格后，立即测定测试仓10的体积V₀、仓内气压P₀、仓内温度T₀。

(5)向测试仓10内通入气体并稳定1min后，测定测试仓10内的通入的气体体积V₁、仓内气压P₁、仓内温度T₁；

(6)根据理想气体状态方程：PV＝nRT(其中：P为气体压强，V为气体体积，n为物质的量，R为普适气体常数(8.31J/[mol·K])，T为气体温度)计算块片石11空隙率ρ_空和堆积率ρ_堆：计算公式分别如下：

式中：ρ为气体密度；M是气体摩尔质量；

式中：ρ为气体密度；M是气体摩尔质量。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种利用排气法测试块片石堆积率的方法，其特征在于，该方法基于堆积率测试系统实施，所述堆积率测试系统包括密封的测试仓和位于所述测试仓外部的气体压缩装置，所述气体压缩装置与所述测试仓通过导气管连接，所述导气管上设有测定通入气体体积量的气体流量测量组件，所述测试仓的内部还设有分别用于测定其内部气压与温度的气压测量组件和温度测试组件；

该方法包括以下步骤：

S1：按照设计要求在指定区域采用模板搭建测试仓；

S2：在测试仓中逐层堆积块片石，并密封测试仓的顶部；

S4：向测试仓内通入气体，然后测定通入测试仓内的气体体积V₁、测试仓的内部气压P₁、测试仓的内部温度T₁；

S5：计算块片石的堆积率ρ_堆，计算公式如下：

式中：ρ为所通入气体的密度；M为所通入气体的摩尔质量；

步骤S1中，测试仓搭建过程中，各搭接位置均进行密封处理；

步骤S2中，所述块片石的饱水抗压强度大于30MPa，粒径为300mm～1500mm；

密封处理的具体工艺为：

首先清理测试仓模板的搭接位置的杂质，其次再用粘结处理剂在搭接位置进行预处理，待固化后再用密封材料对搭接缝进行密封，最后待密封材料完全固化后进行蓄水试验，蓄水试验合格后进行下一步工序；

步骤S4中，通入的气体为空气。

2.根据权利要求1所述的一种利用排气法测试块片石堆积率的方法，其特征在于，步骤S1中，所述模板为钢模板、木模板、钢木模板、塑料模板、铝合金模板及玻璃钢模板中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种利用排气法测试块片石堆积率的方法，其特征在于，密封处理所用密封材料为海绵条、密封胶条、高分子材料密封膏、沥青防水涂料或卷材中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种利用排气法测试块片石堆积率的方法，其特征在于，所述的测试仓上还设置有进气阀、出气阀以及显示器。

5.根据权利要求4所述的一种利用排气法测试块片石堆积率的方法，其特征在于，该系统还设有与所述气体压缩装置、所述气体流量测量组件、所述气压测量组件、所述温度测试组件、所述进气阀、所述出气阀以及所述显示器分别电性连接的控制组件。