CN114166691A - 一种胶凝材料流变性能的测试方法及装置 - Google Patents

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CN114166691A CN202111446539.6A CN202111446539A CN114166691A CN 114166691 A CN114166691 A CN 114166691A CN 202111446539 A CN202111446539 A CN 202111446539A CN 114166691 A CN114166691 A CN 114166691A
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Abstract

本发明公开了一种胶凝材料流变性能的测试方法及装置，该测试方法包括以下步骤：在若干个测试位点测试所述胶凝材料的压强F0；对所述胶凝材料施加机械波，在相同位置再次测试所述胶凝材料的稳定压强Fts；并记录稳定时间ts；其中，所述流变性能包括屈服应力和触变性中的至少一种。本发明的测试方法简单，耗时短，且在实验室、生产预拌厂和施工现场等环境均可使用，环境适应性强，可大范围使用。利用本发明的测试原理来设计测试装置，制得的测试装置灵活性强，可针对不同类型的新拌水泥基材料设计不同尺度的装备，制造成本低和推广性强。

Description

一种胶凝材料流变性能的测试方法及装置
技术领域
本发明涉及胶凝材料技术领域，具体涉及一种胶凝材料流变性能的测试方法及装置。
背景技术
水泥基胶凝材料流体如新拌水泥净浆、新拌水泥砂浆及新拌混凝土等广泛应用在建筑领域，成为生产和使用量最大的人造建筑材料，对于水泥基胶凝材料而言，优异的性质和质量是保障建筑质量的前提，其中除了最受关注的强度、耐久性之外，水泥基胶凝材料的工作性能(即流动性能)也越来越收到工程人员的关注，但是目前关于水泥基胶凝材料尤其是混凝土材料的工作性能检测还处于较为简单的阶段，表现在检测和控制指标非常单一，即单一的使用坍落度来表征混凝土工作性能。随着混凝土矿物掺合料和骨料体系的日益变化以及外加剂技术的发展，坍落度这一经验参数并不能充分表征混凝土的流动性能。同时，水泥基胶凝材料属于非牛顿粘塑性流体，流变学中的屈服应力、塑性粘度和触变性等参数可以多维度、且准确地表征其流变性能，其中屈服应力可以准确的表征混凝土从静态到流动状态瞬时所需要克服的阻力，触变性也是水泥基材料流体的特性之一则可以描述混凝土内部微结构破坏、形成的速度以及强度的大小，可以很好的表征混凝土的稳定性，对控制混凝土泵送性能，使其稳定、高效地泵送施工具有非常重要的意义。
相关技术中主要依靠旋转或振荡元件在水泥基材料中以一定的速率产生剪切应力，最典型的就是旋转流变仪，其通过扭矩传感器元件测试的力和剪切速率之间的关系计算出屈服应力、粘度等参数。同时，用流变仪从低速到高速剪切再由高速到低速剪切流体，形成一个封闭的滞后圈，滞后圈面积的大小则可以表征触变性的大小。但是存在以下缺点：
1、由于流变仪设备元件高度敏感，测试受操作人员影响较大，且测试容积比较固定，对新拌混凝土样品的性能要求高，比如坍落度偏小或偏大(坍落度偏大往往伴随稍有离析或沉底)的混凝土无法测量等，而这部分混凝土是最应该被测试和调整的。
2、无论是屈服应力或触变性，都只能测量出一个整体的屈服应力和触变性，但实际上即使同一批混凝土，因为无法达到绝对的匀质性，尤其目前使用最多的大流态新拌水泥基材料，都不同程度的存在上下分层，而流变仪只能测试整体的屈服应力或触变性，无法分别测量不同竖向深度混凝土的屈服应力或触变性，对于匀质性本身较差的对象，测试结果准确度较差。
3、流变仪基本只能在实验室环境使用，而且流变仪价格昂贵，使得其无法服务于一般的预拌厂或施工现场。
综上，需要开发一种胶凝材料流变性能的测试方法，利用该测试方法能提高胶凝材料的流变性能测试的准确度。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种胶凝材料流变性能的测试方法，利用该测试方法能提高胶凝材料的流变性能测试的准确度。
本发明还提供了一种胶凝材料流变性能的测试装置。
本发明的第一方面提供了一种胶凝材料的流变性能的测试方法，包括以下步骤：
在若干个测试位点测试所述胶凝材料的压强F0；
对所述胶凝材料施加机械波，在相同位置再次测试所述胶凝材料的稳定压强Fts；并记录稳定时间ts；
其中，所述流变性能包括屈服应力和触变性中的至少一种。
根据本发明的至少一种实施方式，具备如下有益效果：
本发明的测试方法，利用机械波在胶凝材料中传播过程中，瞬间破坏了水泥基材料内部弱键连接的结构网(该结构网强度及其形成的快慢程度与屈服应力和触变性紧密相关)；将胶凝材料的内部势能释放，转化为对测试装置的压力；通过测试在机械波作用前后的压力值；计算压力值的变化程度及变化快慢即实现了对胶凝材料的屈服应力和/或触变性的测试。
根据本发明的一些实施方式，所述屈服应力τ0由以下公式计算：
τ0＝(Fts-F0)*γρgh/Fts；
其中，γ为常数；
ρ为所述胶凝材料的密度；
g为重力常数；
h为所述测试位点的深度。
根据本发明的一些实施方式，所述触变性S由以下公式计算：
S＝(Fts-F0)/ts。
根据本发明的一些实施方式，所述γ在测试前通过对标准样品测试得到。
根据本发明的一些实施方式，所述γ的测试方法，包括如下步骤：
在若干个测试位点测试所述标准样品的压强F0；
对所述标准样品施加机械波，在相同位置再次测试所述标准样品的稳定压强Fts；并记录稳定时间ts；
γ＝Ftsτ0/(Fts-F0)ρgh；
式中τ0为标准样品的屈服应力。
γ会根据仪器本身的特性而存在差异，因此在测试前需通过对标准样品进行测试后得到。
根据本发明的一些实施方式，所述γ的取值范围为0.8～0.85。
根据本发明的一些实施方式，所述γ的取值范围为0.8～0.83。
根据本发明的一些实施方式，所述胶凝材料包括固液混合型胶凝材料。
根据本发明的一些实施方式，所述固液混合型胶凝材料中固体颗粒的粒径大于1μm。
根据本发明的一些实施方式，所述固液混合型胶凝材料包括水泥基材料和泥浆中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述机械波的振动频率为50Hz～200Hz。
机械波的频率过低无法短时间有效破坏新拌水泥基材料内部的弱键网状结构，频率过高则导致振动元件附近小范围的新拌水泥基材料弱键网状结构破坏，形成独立的空包小区域，而无法继续传导机械波，导致其他区域材料保持基本性能不变，进而无法实现测量。
根据本发明的一些实施方式，当测试位点的数目在两个以上且测试位点分布在不同的深度时，所述测试方法还包括对均匀性系数Y进行测定，还包括对均匀性系数Y进行测定，所述均匀性系数Y的计算公式如下：
Figure BDA0003382838850000041
n代表测试位点的层数；
hn为第n层测试位点与所述胶凝材料上表面的垂直距离；
τ0n为hn处胶凝材料的屈服应力N/m2。
层数的命名规则如下：
第1层：与胶凝材料上表面的垂直距离最近的一层测试位点；随着n值的增大，测试位点与胶凝材料上表面的垂直距离越远。
根据本发明的一些实施方式，所述测试位点设置于所述胶凝材料上表面的下方，并与所述胶凝材料相接触。
根据本发明的一些实施方式，当测试位点的数目在两个以上且测试位点分布在不同的层数时；
处于相同深度测试位点的所述压强取平均值。
本发明第二方面提供了一种测试胶凝材料的流变性能的装置，刚性容器，所述刚性容器的上方设有开口；
传感器，所述传感器设于所述刚性容器的内壁上；
机械波发生器，所述机械波发生器设于所述刚性容器上方。
根据本发明的至少一种实施方式，具备如下有益效果：
本发明提供一种测试胶凝材料的流变性能的装置，刚性容器的内壁设有传感器，在刚性容器上方设置机械波元件；测试时，机械波元件启动，机械波在胶凝材料中传播，瞬间破坏胶凝材料内部弱键连接的结构网(该微观结构网强度及其形成的快慢程度是屈服应力和触变性的本质)，胶凝材料的内部势能被释放，对刚性容器侧压力增大(数据体现为压强)；通过机械波元件开启前后侧压强的变化程度及变化快慢表征出胶凝材料的流变性能(屈服应力和触变性)。该装置的适应性强，可以满足生产单位和施工现场检测要求，检测时间短，且可以检测所有流动度范围内的胶凝材料，检测范围广，适应性强，很好的解决了相关技术(设备)价格昂贵、操作要求高、测试时间长、测试范围窄、使用场景有限等问题。
根据本发明的一些实施方式，所述机械波发生器包括支撑杆和设有所述支撑杆一端的机械波元件，所述机械波元件通过所述支撑杆延伸至所述刚性容器中，产生机械波。
根据本发明的一些实施方式，所述传感器与所述机械波元件处于同一水平高度。
根据本发明的一些实施方式，所述传感器的数目≥1。
根据本发明的一些实施方式，所述传感器的层数≥1。
根据本发明的一些实施方式，当所述传感器的层数＞1时，所述机械波元件的层数≥1。
根据本发明的一些实施方式，当所述传感器的层数＞1时，所述机械波元件的层数为1时，离刚性容器的开口垂直距离最远的一层所述传感器与所述机械波元件设置于同一水平面。
根据本发明的一些实施方式，当所述传感器的层数与所述机械波元件的层数相同时，第n层所述传感器与第n层所述机械波元件设置于同一水平面。
根据本发明的一些实施方式，当所述传感器的层数与所述机械波元件的层数不同时，所述机械波元件从离刚性容器的开口垂直距离最远的一层依次设置，其中每层的所述机械波元件与相对设置的所述传感器设置于同一水平面。
根据本发明的一些实施方式，所述测试装置的测试过程包括如下步骤：
S1、将所述胶凝材料添加至所述刚性容器中，所述胶凝材料的装入深度须超过所述刚性容器内部深度的2/3，并需抹平所述胶凝材料的上表面；
S2、测量所述胶凝材料上表面与所述传感器的垂直距离，即为h；记录此时所述传感器的压强F0；
S3、开启所述机械波元件，实时记录所述传感器的压强数据；待压强稳定不变后；停止测量，记录此时的时间ts和压强Fts；
S4、计算胶凝材料的屈服应力τ0和/或触变性S：
τ0＝(Fts-F0)*γρgh/Fts；
γ为常数；ρ为胶凝材料的密度；g为重力常数；
S＝(Fts-F0)/ts。
其中，τ0的单位为N/m2；F0和Fts的单位为N/m2；F0的单位为N/m2；ρ的单位为kg/m3；g为重力常数，取9.8N/kg；h的单位为m；t0和ts的单位均为s。
其中，稳定不变判定标准为：即相邻的波峰时候和波谷时刻的压强相差小于2％。
例如：在测试波动的过程中，出现了若干个波峰和若干个波谷；若第1个波谷时刻和第1个波峰时刻的压强差小于2％，则说明测试已经达到稳定，依此类推，来判断稳定时刻。
根据本发明的一些实施方式，当所述传感器位于同一水平面时，所述F0取各传感器数据的平均值。
根据本发明的一些实施方式，当所述传感器位于同一水平面时，所述Fts取各传感器数据的平均值。
根据本发明的一些实施方式，当所述胶凝材料的上层密度与整体密度的差异≤2％时；所述传感器的数目≥1。
上层密度和整体密度存在差异的原因在于：胶凝材料在未受到外力作用，仅受自重作用下分层，导致上层密度固体含量降低，密度减小；从而导致上层密度和整体密度存在差异。
根据本发明的一些实施方式，当所述胶凝材料的上层密度与整体密度的差异在2％～10％时(不包括2％)；所述传感器的数目≥2；所述传感器与所述刚性容器底部的垂直距离相同或不同。
根据本发明的一些实施方式，当所述胶凝材料的上层密度与整体密度的差异＞10％是；所述传感器的数目≥2；且在所述刚性容器底部不同垂直距离的位置分布有若干个所述传感器。
上层密度是指：胶凝材料的上表面至胶凝材料整体深度的1/4处位置的平均密度。
根据本发明的一些实施方式，当所述刚性容器底部不同垂直距离的位置分布有若干个所述传感器时，屈服应力计算公式为：
τ0n＝γ*(Ftsn-F0n)/(Ftsn/ρghn)＝(Ftsn-F0n)γρghn/Ftsn；
其中，n表示不同层数的传感器；
hn为第n层传感器与胶凝材料上表面的垂直距离；
τ0n为hn处胶凝材料的屈服应力N/m2；
Ftsn为tsn时刻测得的hn处稳定压强；
F0n为机械波元件启动前测得hn处的初始压强；
tsn为高频机械波元件开启到压强稳定的用时长短。
根据本发明的一些实施方式，当所述刚性容器底部不同垂直距离的位置分布有若干个所述传感器时，触变性S计算公式为：
Figure BDA0003382838850000071
其中，n表示不同层数传感器，深度相同的传感器n相同；n越小代表传感器的离刚性容器底部的垂直距离越大；
Ftsn为tsn时刻测得的hn处稳定压强；
F0n为机械波元件启动前测得hn处的初始压强；
tsn为高频机械波元件开启到压强稳定的用时长短。
触变性是对于胶凝材料整体而言的，每一层的触变性参数S可能存在微小的差异，因此求和后需要取平均值(即除以n)。
不同深度胶凝材料的屈服应力差异的大小表征该胶凝材料的均匀性，定义Y为均匀性系数。
根据本发明的一些实施方式，当所述刚性容器底部不同垂直距离的位置分布有若干个所述传感器时，均匀性系数Y计算公式为：
Figure BDA0003382838850000072
n表示不同层数传感器；
hn为第n层传感器与胶凝材料上表面的垂直距离；
τ0n为hn处胶凝材料的屈服应力N/m2。
层数的命名规则如下：
第1层：与胶凝材料上表面的垂直距离最近的一层传感器；随着n值的增大，所述传感器与胶凝材料上表面的垂直距离越远。
根据本发明的一些实施方式，所述胶凝材料需没过所述传感器。
根据本发明的至少一种实施方式，具备如下有益效果：
本发明的测试方法可以测量流动度从低到高(包括流动度过小、过大、分层和离析等)几乎所有状态的新拌水泥基材料，测试范围广。本发明的测试方法简单，耗时短，且在实验室、生产预拌厂和施工现场等环境均可使用，环境适应性强，可大范围使用。利用本发明的测试原理来设计测试装置，制得的测试装置灵活性强，可针对不同类型的新拌水泥基材料设计不同尺度的装备，制造成本低和推广性强。
附图说明
图1为本发明实施方式中测试装置的结构示意图。
图2为本发明实施方式中测试装置的结构示意图。
图3为本发明实施方式中测试装置的结构示意图。
图4为本发明实施方式中测试装置的结构示意图。
图5为本发明实施方式中测试装置的结构示意图。
图6为本发明实施方式中测试装置的结构示意图。
图7为本发明实施方式中机械波元件振动前后新拌水泥基胶凝材料状态的变化示意图。
图8单层传感器测试过程中压强随机械波元件开启时间的变化图。
图9双层传感器测试过程中压强随机械波元件开启时间的变化图。
附图标记：
100、支撑杆；101、连接杆；102、机械波发生器；103、机械波元件；104、刚性容器；105、传感器。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
下面详细描述本发明的具体实施例。
其中，稳定不变判定标准为：即相邻的波峰时候和波谷时刻的压强相差小于2％。
例如：在测试波动的过程中，出现了若干个波峰和若干个波谷；若第1个波谷时刻和第1个波峰时刻的压强差小于2％，则说明测试已经达到稳定，依此类推，来判断稳定时刻。
本发明实施方式中提供了一种胶凝材料流变性能的测试装置，如图1所示，
刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105和机械波元件103的数目均为1。
机械波元件103与传感器105设置于同一水平高度。
进一步地，还提供了如图2所示的胶凝材料流变性能的测试装置，刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105的数目为2，机械波元件103的数目为1。
2个传感器105设置于同一水平高度；机械波元件103与传感器105设置于同一水平高度。
进一步地，还提供了如图3所示的胶凝材料流变性能的测试装置，
刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105的数目为4，机械波元件103的数目为1。
4个传感器105分为2层设置；每层传感器的数目相同；机械波元件103和第2层传感器105设置于同一水平高度；第1层传感器105离刚性容器104的开口距离近，第2层传感器105离刚性容器104的开口距离远。
进一步地，还提供了如图4所示的胶凝材料流变性能的测试装置，
刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105的数目为4，机械波元件103的数目为2。
4个传感器105分为2层设置；每层传感器的数目相同；2个机械波元件103分2层设置；第1层传感器105和第1层机械波元件设置于同一水平高度；第2层传感器105和第2层机械波元件设置于同一水平高度；第1层离刚性容器104的开口距离近，第2层离刚性容器104的开口距离远。
进一步地，还提供了如图5所示的胶凝材料流变性能的测试装置，刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105的数目为3，机械波元件103的数目为3。
3个传感器105分为3层设置；每层传感器的数目相同；3个机械波元件103分3层设置；第1层传感器105和第1层机械波元件设置于同一水平高度；第2层传感器105和第2层机械波元件设置于同一水平高度；第3层传感器105和第3层机械波元件设置于同一水平高度；第1层离刚性容器104的开口距离近，第2层离刚性容器104的开口距离较远；第3层离刚性容器104的开口距离最远。
进一步地，还提供了如图6所示的胶凝材料流变性能的测试装置，刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105的数目为6，机械波元件103的数目为3。
6个传感器105分为3层设置；每层传感器的数目相同；3个机械波元件103分3层设置；第1层传感器105和第1层机械波元件设置于同一水平高度；第2层传感器105和第2层机械波元件设置于同一水平高度；第3层传感器105和第3层机械波元件设置于同一水平高度；第1层离刚性容器104的开口距离近，第2层离刚性容器104的开口距离较远；第3层离刚性容器104的开口距离最远。
新拌水泥基胶凝材料由于存在屈服应力，即内部存在弱键微结构，因此对容器壁侧压力小于同等条件下的牛顿流体静水侧压力，当置于新拌水泥基胶凝材料中的机械波振动元件103开启时，如图7所示，高频振动波作用在新拌水泥基胶凝材料上，其内部的弱键网状结构被快速破坏，弱键网状结构存储的势能转化为静水压强，此时新拌水泥基胶凝材料状态接近牛顿流体，屈服应力接近为0，对容器壁的压强增大，测量机械波振动元件103停止后容器壁的压强，对比前后压强的差值(如图8和图9所示)即可表征屈服应力大小，对比前后压强变化快慢程度可表征触变性大小。
图8为单层传感器105测试过程中压强随机械波元件103开启时间的变化图，其中ts为机械波元件103开启到压强稳定的用时长短，单位s。Fts为ts时刻测得的稳定压强，单位N/m2；F0为高频机械波元件启动前测得的初始压强。
图9为2层传感器105(即距离刚性容器104底部不同垂直距离的传感器有两组，第1层为与刚性容器104底部垂直距离远的传感器；第2层为与刚性容器104底部垂直距离仅的传感器)测试过程中压强随机械波元件103开启时间的变化图；其中ts1为机械波元件103开启到压强稳定的用时长短(第1层传感器记录)，单位s。Fts1为ts1时刻测得的稳定压强(第1层传感器记录)，单位N/m2；F01为高频机械波元件启动前测得的初始压强(第1层传感器记录)；ts2为机械波元件103开启到压强稳定的用时长短(第2层传感器记录)，单位s。Fts2为ts2时刻测得的稳定压强(第2层传感器记录)，单位N/m2；F02为高频机械波元件启动前测得的初始压强(第2层传感器记录)。
实施例1
本实施例为一种胶凝材料流变性能的测试方法及装置。
本实施例中胶凝材料流变性能的测试装置图见图1，
刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105和机械波元件103的数目均为1。
传感器105和机械波元件103设置于同一水平面。
本实施例中γ的校准过程如下：
S01、将屈服应力已知的标准样(密度为1720kg/m3的屈服应力等于10.0Pa的泥浆)添加至刚性容器104中，装入的深度须超过筒内部深度的2/3，抹平上表面。
S02、测量泥浆上表面至传感器105的垂直距离h＝0.4m；读取此时压强传感器105测试数据，记为初始压强F0＝6717N/m2。
S03、开启机械波元件103(频率为95Hz)，在振动期间，压强传感器105记录各时刻及其对应的压强数据，直到压强数据稳定不变，Fts＝6729N/m2。
S04、根据屈服应力计算公式：τ0＝(Fts-F0)*γρgh/Fts计算系数γ：
γ＝Ftsτ0/(Fts-F0)ρgh；
得到γ＝0.83。
本实施例测试装置的测试过程包括以下步骤：
S1、将新拌水泥基材料(某配合比C30混凝土材料)添加至刚性容器104中，装入的深度须超过筒内部深度的2/3，抹平上表面。
本实施例中C30混凝土单方配比：水泥230kg/m3、粉煤灰55kg/m3、矿粉75kg/m3、砂830kg/m3、石1020kg/m3、水150kg/m3和减水剂6.4kg/m3，水泥为株洲中材水泥有限公司P.O42.5水泥，粉煤灰为益阳电厂Ⅱ级粉煤灰，矿粉为华新牌S95矿粉，砂为普通建筑用II区河砂，石为普通建筑用5mm～20mm碎石，水为自来水，减水剂为中建西部建设新材料有限公司聚羧酸减水剂(型号为：ZJC-01)。
S2、测量新拌水泥基材料上表面至传感器105的垂直距离h＝0.4m；读取此时压强传感器105测试数据，记为初始压强F0＝9073N/m2。
S3、开启机械波元件103(频率为95Hz)，在振动期间，压强传感器105记录各时刻及其对应的压强数据，直到压强数据稳定不变；本实施例中达到稳定的时间为ts＝4s，该时刻的压强Fts＝9206N/m2。
S4、计算该新拌水泥基材料的屈服应力(γ经过标准样校准后取0.83)：
τ0＝(Fts-F0)*γρgh/Fts；
得到τ0＝110.9Pa。
S5、计算该新拌水泥基材料的触变性：
S＝(Fts-F0)/ts；
得到S＝33.3N/sm2。
实施例2
本实施例为一种胶凝材料流变性能的测试方法及装置。
本实施例中胶凝材料流变性能的测试装置图见图1，
刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105和机械波元件103的数目均为1。
传感器105和机械波元件103设置于同一水平面。
本实施例测试装置的测试过程包括以下步骤：
S1、将新拌水泥基材料(某配合比C30混凝土材料)添加至刚性容器104中，装入的深度须超过筒内部深度的2/3，抹平上表面。
本实施例中C30混凝土单方配比：水泥230kg/m3、粉煤灰55kg/m3、矿粉75kg/m3、砂850kg/m3、石1000kg/m3、水150kg/m3、减水剂6.4kg/m3，水泥为株洲中材水泥有限公司P.O42.5水泥，粉煤灰为益阳电厂Ⅱ级粉煤灰，矿粉为华新牌S95矿粉，砂为普通建筑用II区河砂，石为普通建筑用5mm～20mm碎石，水为自来水，减水剂为中建西部建设新材料有限公司聚羧酸减水剂(型号为：ZJC-01)。
S2、测量新拌水泥基材料上表面至传感器105的垂直距离h＝0.4m；读取此时压强传感器105测试数据，记为初始压强F0＝8965N/m2。
S3、开启机械波元件103(频率为95Hz)，在振动期间，压强传感器105记录各时刻及其对应的压强数据，直到压强数据稳定不变；本实施例中达到稳定的时间为ts＝5.8s，该时刻的压强Fts＝9248N/m2。
S4、计算该新拌水泥基材料的屈服应力(γ经过标准样校准(与实施例1相同)后取0.83)：
τ0＝(Fts-F0)*γρgh/Fts；
得到τ0＝235.0Pa。
S5、计算该新拌水泥基材料的触变性：
S＝(Fts-F0)/ts；
得到S＝48.8N/sm2。
实施例3
本实施例为一种胶凝材料流变性能的测试方法及装置。
本实施例中胶凝材料流变性能的测试装置图见图1，
刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105和机械波元件103的数目均为1。
传感器105和机械波元件103设置于同一水平面。
本实施例测试装置的测试过程包括以下步骤：
S1、将新拌水泥基材料(某配合比C30混凝土材料)添加至刚性容器104中，装入的深度须超过筒内部深度的2/3，抹平上表面。
本实施例中C30混凝土单方配比：水泥230kg/m3、粉煤灰55kg/m3、矿粉75kg/m3、砂855kg/m3、石990kg/m3、水155kg/m3和减水剂6.0kg/m3，水泥为株洲中材水泥有限公司P.O42.5水泥，粉煤灰为益阳电厂Ⅱ级粉煤灰，矿粉为华新牌S95矿粉，砂为普通建筑用II区河砂，石为普通建筑用5mm～20mm碎石，水为自来水，减水剂为中建西部建设新材料有限公司聚羧酸减水剂(型号为：ZJC-01)。
S2、测量新拌水泥基材料上表面至传感器105的垂直距离h＝0.4m；读取此时压强传感器105测试数据，记为初始压强F0＝8824N/m2。
S3、开启机械波元件103(频率为95Hz)，在振动期间，压强传感器105记录各时刻及其对应的压强数据，直到压强数据稳定不变；本实施例中达到稳定的时间为ts＝4.3s，该时刻的压强Fts＝9174N/m2。
S4、计算该新拌水泥基材料的屈服应力(γ经过标准样校准(与实施例1相同)后取0.83)：
τ0＝(Fts-F0)*γρgh/Fts；
得到τ0＝292.9Pa。
S5、计算该新拌水泥基材料的触变性：
S＝(Fts-F0)/ts；
得到S＝81.4N/sm2。
实施例4
本实施例为一种胶凝材料流变性能的测试方法及装置。
本实施例中胶凝材料流变性能的测试装置图见图1，
设置有刚性容器104，刚性容器104内壁上设置有一个传感器105，刚性容器104的上方设置有机械元件杆102；
机械波元件杆102上设置有机械波元件103，机械波元件103与传感器105设置于同一水平高度，即机械波元件103与传感器105的中心平齐；
机械波元件杆102通过连接杆101与支撑杆100相连接。
本实施例测试装置的测试过程包括以下步骤：
S1、将新拌水泥基材料(某配合比C30混凝土材料)添加至刚性容器104中，装入的深度须超过筒内部深度的2/3，抹平上表面。
本实施例中C30混凝土单方配比：水泥235kg/m3、粉煤灰60kg/m3、矿粉75kg/m3、砂790kg/m3、石1040kg/m3、水160kg/m3、减水剂6.8kg/m3，水泥为株洲中材水泥有限公司P.O42.5水泥，粉煤灰为益阳电厂Ⅱ级粉煤灰，矿粉为华新牌S95矿粉，砂为普通建筑用II区河砂，石为普通建筑用5～20mm碎石，水为自来水，减水剂为中建西部建设新材料有限公司聚羧酸减水剂(型号为：ZJC-01)。
S2、测量新拌水泥基材料上表面至传感器105的垂直距离h＝0.4m；读取此时压强传感器105测试数据，记为初始压强F0＝9187N/m2。
S3、开启机械波元件103(频率为95Hz)，在振动期间，压强传感器105记录各时刻及其对应的压强数据，直到压强数据稳定不变；本实施例中达到稳定的时间为ts＝3.4s，该时刻的压强Fts＝9247N/m2。
S4、计算该新拌水泥基材料的屈服应力(γ经过标准样校准(与实施例1相同)后取0.83)：
τ0＝(Fts-F0)*γρgh/Fts；
得到τ0＝47.7Pa。
S5、计算该新拌水泥基材料的触变性：
S＝(Fts-F0)/ts；
得到S＝17.6N/sm2。
实施例5
本实施例为一种胶凝材料流变性能的测试方法及装置。
本实施例中胶凝材料流变性能的测试装置图见图5，
刚性容器104，刚性容器104的上方设有开口；
传感器105，传感器105设于刚性容器104的内壁上；
机械波发生器102，机械波发生器设于刚性容器104上方。
机械波发生器102包括元件杆和设有元件杆一端的机械波元件103，机械波元件103通过所述元件杆延伸至刚性容器104中，产生机械波。
连接杆101，连接杆101的一端与元件杆的另一端相连接；
支撑杆100，支撑杆100与连接杆101的另一端相连接。
传感器105的数目为3，机械波元件103的数目为3。
3个传感器105分为3层设置；每层传感器的数目相同；3个机械波元件103分3层设置；第1层传感器105和第1层机械波元件设置于同一水平高度；第2层传感器105和第2层机械波元件设置于同一水平高度；第3层传感器105和第3层机械波元件设置于同一水平高度；第1层离刚性容器104的开口距离近，第2层离刚性容器104的开口距离较远；第3层离刚性容器104的开口距离最远。
本实施例中γ的确定过程包括如下步骤：
S1、将屈服应力已知的标准样(密度为1720kg/m3的屈服应力等于10.0Pa的泥浆)添加至刚性容器104中，装入的深度须超过筒内部深度的2/3，抹平上表面。
S2、测量泥浆上表面至第二层传感器105的垂直距离h2＝0.4m；读取此时压强传感器105测试数据，记为初始压强F0＝6725.5N/m2。
S3、开启机械波元件103(频率为105Hz)，在振动期间，压强传感器105记录各时刻及其对应的压强数据，直到压强数据稳定不变，Fts＝6738.0N/m2。
S4、根据屈服应力计算公式：τ0＝(Fts-F0)*γρgh/Fts计算系数γ：
γ＝Ftsτ0/(Fts-F0)ρgh；
得到γ＝0.80。
本实施例测试装置的测试过程包括以下步骤：
S1、将新拌水泥基材料(某配合比C60混凝土材料)添加至刚性容器104中，装入的深度须超过筒内部深度的2/3，抹平上表面。
本实施例中C60混凝土单方配比：水泥420kg/m3、粉煤灰75kg/m3、矿粉75kg/m3、砂740kg/m3、石962kg/m3、水148kg/m3、减水剂9.5kg/m3，水泥为株洲中材水泥有限公司P.O42.5水泥，粉煤灰为益阳电厂Ⅱ级粉煤灰，矿粉为华新牌S95矿粉，砂为普通建筑用II区河砂，石为普通建筑用5mm～20mm碎石，水为自来水，减水剂为中建西部建设新材料有限公司高性能聚羧酸减水剂(型号为ZJC-02)。
S2、测量新拌水泥基材料上表面至第1层的传感器105的垂直距离h1＝0.2m；读取此时压强传感器105测试数据，记为初始压强F01＝4212N/m2；
测量新拌水泥基材料上表面至第2层的传感器105的垂直距离h2＝0.4m；读取此时压强传感器105测试数据，记为初始压强F02＝9165N/m2；
测量新拌水泥基材料上表面至第3层的传感器105的垂直距离h3＝0.6m；读取此时压强传感器105测试数据，记为初始压强F03＝14245N/m2。
S3、开启机械波元件103(频率为105Hz)，在振动期间，第1层的传感器105记录各时刻及其对应的压强数据，直到压强数据稳定不变；本实施例中第1层的传感器105达到稳定的时间为ts1＝1.3s，该时刻的压强Fts1＝4215N/m2；
本实施例中第2层的传感器105达到稳定的时间为ts2＝3.5s，该时刻的压强Fts2＝9592N/m2。
本实施例中第3层的传感器105达到稳定的时间为ts3＝6.7s，该时刻的压强Fts3＝15836N/m2。
S4、计算该新拌水泥基材料的屈服应力(γ经过标准样校准后取0.80)：
τ0n＝(Ftsn-F0n)*γρghn/Ftsn；
得到τ01＝110.9Pa；τ02＝110.9Pa；τ03＝110.9Pa。
S5、计算该新拌水泥基材料的触变性：
S＝(Ftsn-F0n)/tsn；
得到S1＝2.31N/sm2；S2＝122.00N/sm2；S3＝237.46N/sm2。
S6、计算该新拌水泥基材料的均匀性系数Y：
Figure BDA0003382838850000201
得到Y＝2852Pa/m。
本发明实施例1～4的测试数据及计算结果见表1和表2，实施例5的测试数据及计算结果见表3和表4。
表1本发明实施例1～4中的屈服应力相关测试数据及计算结果
Figure BDA0003382838850000202
表2本发明实施例1～4中的流变性相关测试数据及计算结果
编号 F<sub>0</sub>(N/m<sup>2</sup>) F<sub>ts</sub>(N/m<sup>2</sup>) t<sub>s</sub>(s) S(N/sm<sup>2</sup>)
实例1 9073 9206 4 33.3
实例2 8965 9248 5.8 48.8
实例3 8824 9174 4.3 81.4
实例4 9187 9247 3.4 17.6
表3本发明实施例5中的屈服应力相关测试数据及计算结果
Figure BDA0003382838850000203
表4本发明实施例5中的屈服应力相关测试数据及计算结果
Figure BDA0003382838850000204
从表1和表2中测试数据得知：本发明实施例1～4中的测试方法与相关技术中的测试方法测得的屈服应力的偏差小于10％，准确度较高。
可以看到，对于均匀性较差的材料，流变仪只能测得1个屈服应力值，该方法则可以根据分层数量测出对应个数的屈服应力及触变性，更加准确的描述了材料的流变性能。
本发明的测试方法测试原理清晰，通过1次测试即可获取屈服应力、触变性以及必要条件下的均匀性系数；
本发明的测试方法可以测量流动度从低到高(包括流动度过小、过大、分层、离析等)几乎所有状态的新拌水泥基材料，测试范围广。
本发明的测试方法简单，耗时短，且在实验室、生产预拌厂和施工现场等环境均可使用，环境适应性强，可大范围使用。
利用本发明的测试原理来设计测试装置，制得的测试装置灵活性强，可针对不同类型的新拌水泥基材料设计不同尺度的装备，制造成本低和推广性强。
上面结合具体实施方式对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种胶凝材料流变性能的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
在若干个测试位点测试所述胶凝材料的压强F0；
对所述胶凝材料施加机械波，在相同位置再次测试所述胶凝材料的稳定压强Fts；并记录稳定时间ts；
其中，所述胶凝材料流变性能包括屈服应力和触变性中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的胶凝材料流变性能的测试方法，其特征在于：
所述屈服应力τ0由以下公式计算：
τ0＝(Fts-F0)*γρgh/Fts；
其中，γ为常数；
ρ为所述胶凝材料的密度；
g为重力常数；
h为所述测试位点的深度；
优选地，所述触变性S由以下公式计算：
S＝(Fts-F0)/ts。
3.根据权利要求1所述的胶凝材料流变性能的测试方法，其特征在于：所述胶凝材料包括固液混合型胶凝材料；优选地，所述固液混合型胶凝材料中固体颗粒的粒径大于1μm；优选地，
所述固液混合型胶凝材料包括水泥基材料和泥浆中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的胶凝材料流变性能的测试方法，其特征在于：所述机械波的振动频率为50Hz～200Hz。
5.根据权利要求1所述的胶凝材料流变性能的测试方法，其特征在于：当测试位点的数目在两个以上且测试位点分布在不同的深度时，所述测试方法还包括对均匀性系数Y进行测定，
所述均匀性系数Y的计算公式如下：
Figure FDA0003382838840000011
n代表测试位点的层数；
hn为第n层测试位点的与所述胶凝材料上表面的垂直距离；
τ0n为hn处胶凝材料的屈服应力N/m2。
6.根据权利要求1所述的胶凝材料流变性能的测试方法，其特征在于：所述机械波通过机械波元件(103)提供。
7.一种测试胶凝材料流变性能的装置，其特征在于：包括
刚性容器(104)，所述刚性容器(104)的上方设有开口；
传感器(105)，所述传感器(105)设于所述刚性容器(104)的内壁上；
机械波发生器(102)，所述机械波发生器(102)设于所述刚性容器(104)上方。
8.根据权利要求7所述的测试胶凝材料流变性能的装置，其特征在于：
所述机械波发生器(102)包括元件杆和设有所述元件杆一端的机械波元件(103)，所述机械波元件(103)通过所述元件杆延伸至所述刚性容器(104)中，产生机械波。
9.根据权利要求7或8所述的测试胶凝材料流变性能的装置，其特征在于：所述传感器(105)与所述机械波元件(103)处于同一水平高度。
10.根据权利要求7所述的测试胶凝材料流变性能的装置，其特征在于：所述传感器(105)的数目≥1；优选地，所述传感器(105)的层数≥1。
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