CN114384233B - 一种新拌混凝土的触变性能评价装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新拌混凝土的触变性能评价装置，包括固定在固定支架上的集料斗，集料斗通过第一不锈钢编织管与隔膜泵相连，隔膜泵还通过第二不锈钢编织管与水平输送钢管相连，水平输送钢管内设置有压力传感器，水平输送钢管通过不锈钢弯管连接出料嘴，出料嘴上设置有流量计，在出料嘴下方设置有不锈钢框架，不锈钢框架放置在玻璃板上。本发明还提供了一种新拌混凝土的触变性能评价方法。本发明通过模拟新拌混凝土泵送及施工过程，既能对新拌混凝土的可泵性进行评价，又能实时反映新拌混凝土的触变性能，本发明提供的评价方法与装置具有操作简便、高效，检测实时性好，适用范围广等优点。

Description

一种新拌混凝土的触变性能评价装置及方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土性能的评价装置及方法，具体涉及一种新拌混凝土的触变性能评价装置及方法，属于建筑用混凝土施工性能测试领域。

背景技术

新拌混凝土是指从各种胶凝材料开始拌和至现场灌浆浇筑阶段完成的这段时间内，仍然具备一定的可流动性与可塑性的混凝土。作为一种具有较高触变性的典型建筑材料，新拌混凝土的工作性能会随着拌和时间的推移而逐步发生变化，对于混凝土自身的可泵性及胶凝材料硬化后的各项性能均有着重要影响。触变性能作为混凝土泵送过程中流动行为最主要的表征特性，能直接地反应混凝土拌和后的工作性能。而目前施工现场普遍采用坍落度实验对新拌混凝土浇筑前的工作性能进行评价，且部分研究学者已证明混凝土的坍落度/扩展度仅与屈服强度有关，无法完整地评价新拌混凝土泵送过程中的流变性能，对混凝土工作性的评价方法尚未形成一套完整的体系。

目前大多数研究者将新拌混凝土视为一种宾汉姆流体，以塑性粘度和屈服程度间接表征新拌混凝土的触变性，但该方法仅适用于描述稳定状态下的流变行为，在新拌混凝土达到稳定流动之前会存在一段触变性介入期，导致新拌混凝土的宏观流动行为与理想状态有一定的差异，对新拌混凝土的施工质量改善带来一定的困难。

新拌混凝土的工作性能会随着时间推移而不断变化。从微观力学角度分析，当混凝土处于静止状态时，拌合物中微粒的受力处于平衡状态，此时微粒的势能达到最低。当外界给予微粒的能量足以使其突破低势区时，微粒发生位置偏移，此时混凝土表现出一定的流动性；若微粒获得的能量不足以支撑其离开低势区时，此时表现为混凝土受外界力量而不发生流动；随着时间推移，混凝土一直表现为不流动状态，则微粒的低势区会进一步降低，使得微粒突破低势区所需要的能量更多，导致在施加外力时混凝土的流动更加困难。从胶体化学的角度来看，新拌混凝土的触变性主要由水泥的水化作用以及范德华力、静电斥力和空间位阻共同引起絮凝，在拌合物微粒间形成了错综复杂的网状凝胶结构。在外力的施加过程中，结构网中键逐渐发生断裂，导致键的重新组合和排列，使其合力的方向与外力的方向一致，拌合物的微观结构发生改变，拌合物体系内进行着凝胶与溶胶的转变过程，混凝土表观粘度减小，具备流动性；外力减小或撤去外力一段时间后，由于布朗运动引起的颗粒无规则运动，颗粒之间形成各个方向的键，使得合力不再和外力方向一致，所以其表观粘度又会增加，由于键的断裂和重组使得触变性表现为可逆性。

传统建筑用水泥基胶材的施工方式大多为模板施工，浇筑完成后振捣均匀待其自然硬化即可，而触变性能的应用作为新时期建筑设计方针重点，符合建筑绿色发展要求，其特点在于施工过程的便捷高效、绿色环保、经济适用、节能增效，具有更加特殊的性能要求。新拌混凝土的触变特性表现为在混凝土拌和后的1h内，具有高可塑性、高粘聚性，以及一定程度的可泵送性。触变性混凝土首先需要具有一定的施压流动性，以保证其高可塑性。其次，混凝土需要满足浇筑塑形后，在静止状态下维持塑形形态，即高粘聚性。同时，还应具备一定的流动性，满足现场较远距离的施工要求。总结来说，触变性混凝土的触变性能评价方法设计与实际测试结果的准确性关乎触变性混凝土的实际生产应用，合适的触变性可以保证混凝土在具备高可塑性的前提条件下，满足现场施工的建造性与泵送要求，提高混凝土的建设适用性。

目前针对混凝土触变性能的国内外研究还处于起步阶段，相关方面的研究应用很少，参照普通混凝土，与触变特性相关的表征参数和评价手段常采用流变仪进行测试，但是混凝土作为一种多组分混合物，随着时间的推移，混凝土工作性能越来越差，导致实验的可重复性差。采用不同的流变仪所得的测试结果也存在较大的差异，测试指标也没有相应的国家标准或行业标准，缺乏针对触变性混凝土建造、塑性性能的测试及评价方法，同时使用流变仪的测试成本高昂，上述所有原因共同导致传统的流变性能测试方法不适用于混凝土触变性能测试，无法准确评价触变性混凝土的高可塑性、高粘聚性、可泵送性。当前针对混凝土触变性的测试手段由于存在各种各样的缺陷与不足，譬如检测参数缺失或测试方式繁琐等，尚不足以完整评价混凝土触变性能的高低，尤其是触变性混凝土可塑性的评价。因此，如何系统地设计及评价混凝土的触变性能，是实现混凝土触变性能建筑化利用的重点。

通过搜集多方文献资料了解到，目前国内有部分专利开发了触变性测试装置及方法，主要是针对混凝土可塑性能的研究，以流动性及密实性为出发点发明了可简便表征混凝土触变性能的测试手段及装置。如公开号为CN205691475U的中国实用新型专利公开了一种混凝土触变性能试验装置，其中公开了一种可以表征不同新拌混凝土的触变性能的装置，采用空心硬质塑料球代替气泡，通过模拟振动条件下，在相同时间内混凝土中气泡排出的难易程度，达到简便快捷评价新拌混凝土的触变性能。但该方法存在一定的局限性，无法表征新拌混凝土的粘聚性。再如公开号为CN211453625U的中国实用新型公开了一种混凝土触变性能试验装置，通过设置不同的搅拌速率，测试同等压力下挤出相同质量的水泥所需的时间，以水泥在不同转速条件下的粘度来表征水泥的触变指数，但该评价手段存在对挤出后混凝土的可塑性无法考量的问题。

发明内容

针对现有技术中新拌混凝土触变性能表征方法的缺陷或改进需求，本发明提供了一种既能够测试新拌混凝土挤出过程中的连续性，也能够定量表征新拌混凝土触变性的测试装置及方法，其目的在于，对新拌混凝土泵送装置进行简单化模拟，使之能够间接表征新拌混凝土的触变性能，同时结合一种定量表征新拌混凝土触变性的测试装置，形成一套完备的新拌混凝土触变性能测试方，为混凝土触变性在建筑施工中的现场应用提供研究基础。

本发明具体是这样实现的：

一种新拌混凝土的触变性能评价装置，包括固定在固定支架上的集料斗，集料斗通过第一不锈钢编织管与隔膜泵相连，隔膜泵还通过第二不锈钢编织管与水平输送钢管相连，水平输送钢管内设置有压力传感器，水平输送钢管通过不锈钢弯管连接出料嘴，出料嘴上设置有流量计，在出料嘴下方设置有不锈钢框架，不锈钢框架上设有用于辅助支撑出料嘴的小型支架，不锈钢框架放置在玻璃板上。

更进一步的方案是：水平输送钢管通过第一固定支架和第二固定支架固定。

更进一步的方案是：所述集料斗内设置有旋转轴，旋转轴上设置有螺旋叶片。

更进一步的方案是：所述旋转轴通过电机驱动。

更进一步的方案是：所述水平输送钢管为粗细均匀的匀质性圆钢管，管径55mm，长度50cm。

更进一步的方案是：所述不锈钢弯管材质和管径与水平输送钢管相同。

更进一步的方案是：所述出料嘴上部管径与不锈钢弯管一致，下部出料口管径为36mm。

更进一步的方案是：所述玻璃板为钢化玻璃，厚度2cm，玻璃板上绘制有不同直径的同心圆，同心圆的圆心位于出料嘴的正下方。

为了便于说明本发明的新拌混凝土的触变性能评价方法，将新拌混凝土的触变性能评价装置分为混凝土入料区、混凝土输送区、混凝土出料区及混凝土触变性能测试区，其中混凝土入料区包括集料斗和旋转轴；混凝土输送区包括集料斗下端的不锈钢金属编织软管、气动隔膜泵和水平放置的不锈钢管道；混凝土出料区包括不锈钢弯管和出料嘴；混凝土触变性能测试区包括不锈钢框架和玻璃板。

本发明还提供了一种新拌混凝土的触变性能评价方法，包括以下步骤：

步骤一、将设备管道内壁先用水清洁，保持内壁湿润附有水膜；按照待测新拌混凝土的配比拌制一定量的同配比砂浆，砂浆的量应足够覆盖测试系统整个管道内壁，同时能够排尽管道内部的气体；随后将同配比砂浆灌入集料斗中，启动直流电机一定时间后，再启动气动隔膜泵；

步骤二、待集料斗内砂浆即将全部进入输送区时，灌入待测新拌混凝土样品，调整隔膜泵转速，待出料嘴出料速度恒定时，将玻璃板水平放置于出料嘴下，使出料嘴位于玻璃板圆心的正上方适当高度处；

步骤三、保持隔膜泵速度恒定，实时监测并记录混凝土输送区管道内压力传感器的反馈压力，取算术平均值作为新拌混凝土可泵性能指标参数值；

步骤四、一定时间后撤下玻璃板，待板上混凝土无明显流动后，利用钢直尺测量混凝土在玻璃板上的堆积高度，通过玻璃板上刻度粗略估计混凝土在玻璃板上的最大堆积面积，将两数据记录并结合作为新拌混凝土触变性能指标的参考值；

步骤五、重复上述步骤数次，取各项数据的平均值作为评价新拌混凝土触变性能的指标。

步骤六、在新拌混凝土恒定速度出料的过程中，观察出料嘴混凝土的状态，在混凝土料出现断裂时估算此时的出料长度，将该长度值作为新拌混凝土粘聚性的参考指标。

与现有技术相比，本申请至少具有如下技术效果：

(1)本发明通过模拟新拌混凝土泵送及施工过程，既能对新拌混凝土的可泵性进行评价，又能实时反映新拌混凝土的触变性能，本发明同时能兼顾对新拌混凝土粘聚性以及和易性的评价。

(2)本发明提供的评价方法与测试装置具有操作简便、高效，检测实时性好，适用范围广等优点，可用于不同类型的新拌混凝土触变性能的检测与研究。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的新拌混凝土的触变性能评价装置结构示意图。

其中，固定支架1，集料斗2，旋转轴3，第一不锈钢编织管4、第二不锈钢编织管5，隔膜泵6，水平输送钢管7，第一固定支架8、第二固定支架9，压力传感器10，不锈钢弯管11，出料嘴12，流量计13，不锈钢框架14，玻璃板15。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如附图1所示，一种新拌混凝土的触变性能评价装置，包括固定在固定支架1上的集料斗2，集料斗2通过第一不锈钢编织管4与隔膜泵6相连，隔膜泵6还通过第二不锈钢编织管5与水平输送钢管7相连，水平输送钢管7内设置有压力传感器10，水平输送钢管7通过不锈钢弯管11连接出料嘴12，出料嘴12上设置有流量计13，在出料嘴下方设置有不锈钢框架14，不锈钢框架14上设有用于辅助支撑出料嘴的小型支架，不锈钢框架14放置在玻璃板15上。

水平输送钢管通过第一固定支架8和第二固定支架9固定。集料斗2内设置有旋转轴3，旋转轴3上设置有螺旋叶片。旋转轴3通过电机驱动。水平输送钢管为粗细均匀的匀质性圆钢管，管径55mm，长度50cm。

不锈钢弯管材质和管径与水平输送钢管相同。出料嘴上部管径与不锈钢弯管一致，下部出料口管径为36mm。玻璃板为钢化玻璃，厚度2cm，玻璃板上绘制有不同直径的同心圆，同心圆的圆心位于出料嘴的正下方。

实施例2

本实施例提供了一种新拌混凝土的触变性能评价方法，为了便于说明本实施例的新拌混凝土的触变性能评价方法，将新拌混凝土的触变性能评价装置分为混凝土入料区、混凝土输送区、混凝土出料区及混凝土触变性能测试区，其中混凝土入料区包括集料斗和旋转轴；混凝土输送区包括集料斗下端的不锈钢金属编织软管、气动隔膜泵和水平放置的不锈钢管道；混凝土出料区包括不锈钢弯管和出料嘴；混凝土触变性能测试区包括不锈钢框架和玻璃板。

本实施例中，集料斗为小型不锈钢质倒锥形，集料斗用以承接预混后的新拌混凝土，旋转轴通过直流电机供电驱动，带动螺旋叶片顺时针转动，借由叶片的搅动向下推送集料斗内的新拌混凝土至输送区。

混凝土输送区进料动力来源采用气动双缸隔膜泵推进的方式，将新拌混凝土模拟挤压泵送至混凝土出料区；气动隔膜泵转动频率可控，不锈钢管道的特点在于管道中部设有一压力传感器，管道末端还附有流量计。

不锈钢弯管曲率为90°，出料嘴可拆卸，可根据待测新拌混凝土中骨料的最大颗粒直径选择相应规格的出料嘴。

玻璃板距离出料嘴有一定距离，具体距离根据实际需要设置。

本实施例提供的一种新拌混凝土的触变性能评价方法，包括如下步骤：

步骤一、测试之前将设备管道内壁先用水清洁，保持内壁湿润附有水膜；按照待测新拌混凝土的配比拌制约3L的同配比砂浆，随后将同配比砂浆灌入集料斗中，启动直流电机15秒后，再启动气动隔膜泵；

步骤二、待集料斗内砂浆即将全部进入输送区时，灌入待测新拌混凝土样品，调整隔膜泵转速至8～12，待出料嘴出料速度恒定时，将玻璃板水平放置于出料嘴下，使出料嘴位于玻璃板圆心的正上方30cm处；

需要说明的是，本实施例的方法是模拟混凝土泵送的过程，首先需要管道润滑，但是仅用水冲洗管道后，管道内壁附着的水在混凝土加入后会混入混凝土内，使混凝土水胶比发生变化，使混凝土的工作性以及触变性发生改变，所以步骤一中选用同配比砂浆达到管道润滑的目的。

出料口是否为新拌混凝土或砂浆的分界主要依靠观察出料口是否长时间有较多的粗石子出现，如果出料口长时间持续有粗石子的流出可以判断管道内砂浆大部分排出，此时可以开展下一步骤的监测工作。

步骤三、保持隔膜泵速度恒定，实时监测并记录混凝土输送区管道内压力传感器的反馈压力，取算术平均值作为新拌混凝土可泵性能指标参数值；

步骤四、45s后撤下玻璃板，停滞30s后，利用精度精确到毫米的钢直尺测量混凝土在玻璃板上的堆积高度，通过玻璃板上刻度粗略估计混凝土在玻璃板上的最大堆积面积，将两数据记录并结合作为新拌混凝土触变性能指标的参考值；

步骤五、重复上述步骤2次，取各项数据的平均值作为评价新拌混凝土触变性能的指标。当三组同类数据误差小于7％时可视为有效数据，当误差大于7％时应考虑补做测试并更新测试数据。

利用本实施例的方法，得到如下两个实测结果。

一、选择颗粒直径为5～10mm的细石混凝土作为待测样品，出料嘴直径选取19mm的圆孔出料口。

表1新拌混凝土触变性能相关指标的实际测试值

测试类别	测试1	测试2	测试3	平均值
					压力传感器示数/N	183	179	184	182
混凝土堆积高度/mm	210	216	211	212
					混凝土底部覆盖面积/cm2	960	955	958	957

二、选择颗粒直径为5～15mm的碎石混凝土作为待测样品，出料嘴直径选取32mm的圆孔出料口。

表2新拌混凝土触变性能相关指标的实际测试值

测试类别	测试1	测试2	测试3	平均值
					压力传感器示数/N	203	207	201	203
混凝土堆积高度/mm	218	221	214	217
					混凝土底部覆盖面积/cm2	941	930	945	938

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (10)

1.一种新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于：包括固定在固定支架上的集料斗，集料斗通过第一不锈钢编织管与隔膜泵相连，隔膜泵还通过第二不锈钢编织管与水平输送钢管相连，水平输送钢管内设置有压力传感器，水平输送钢管通过不锈钢弯管连接出料嘴，出料嘴上设置有流量计，在出料嘴下方设置有不锈钢框架，不锈钢框架上设有用于辅助支撑出料嘴的小型支架，不锈钢框架放置在玻璃板上；所述玻璃板上绘制有不同直径的同心圆，同心圆的圆心位于出料嘴的正下方。

2.根据权利要求1所述新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于：

水平输送钢管通过第一固定支架和第二固定支架固定。

3.根据权利要求1所述新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于：

所述集料斗内设置有旋转轴，旋转轴上设置有螺旋叶片。

4.根据权利要求3所述新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于：

所述旋转轴通过电机驱动。

5.根据权利要求1所述新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于：

所述水平输送钢管为粗细均匀的匀质性圆钢管，管径55mm，长度50cm。

6.根据权利要求5所述新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于：

所述不锈钢弯管材质和管径与水平输送钢管相同。

7.根据权利要求6所述新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于：

所述出料嘴上部管径与不锈钢弯管一致，下部出料口管径为36mm。

8.根据权利要求1所述新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于：

所述玻璃板为钢化玻璃，厚度2cm。

9.根据权利要求1至8任一权利要求所述新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于：

将新拌混凝土的触变性能评价装置分为混凝土入料区、混凝土输送区、混凝土出料区及混凝土触变性能测试区，其中混凝土入料区包括集料斗和旋转轴；混凝土输送区包括集料斗下端的不锈钢金属编织软管、气动隔膜泵和水平放置的不锈钢管道；混凝土出料区包括不锈钢弯管和出料嘴；混凝土触变性能测试区包括不锈钢框架和玻璃板。

10.一种新拌混凝土的触变性能评价方法，采用了权利要求9所述新拌混凝土的触变性能评价装置，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将设备管道内壁先用水清洁，保持内壁湿润附有水膜；按照待测新拌混凝土的配比拌制一定量的同配比砂浆，砂浆的量应足够覆盖测试系统整个管道内壁，同时能够排尽管道内部的气体；随后将同配比砂浆灌入集料斗中，启动直流电机一定时间后，再启动气动隔膜泵；

步骤二、待集料斗内砂浆即将全部进入输送区时，灌入待测新拌混凝土样品，调整隔膜泵转速，待出料嘴出料速度恒定时，将玻璃板水平放置于出料嘴下，使出料嘴位于玻璃板圆心的正上方适当高度处；

步骤三、保持隔膜泵速度恒定，实时监测并记录混凝土输送区管道内压力传感器的反馈压力，取算术平均值作为新拌混凝土可泵性能指标参数值；

步骤四、一定时间后撤下玻璃板，待板上混凝土无明显流动后，利用钢直尺测量混凝土在玻璃板上的堆积高度，通过玻璃板上刻度粗略估计混凝土在玻璃板上的最大堆积面积，将两数据记录并结合作为新拌混凝土触变性能指标的参考值；

步骤五、重复上述步骤数次，取各项数据的平均值作为评价新拌混凝土触变性能的指标；

步骤六、在新拌混凝土恒定速度出料的过程中，观察出料嘴混凝土的状态，在混凝土料出现断裂时估算此时的出料长度，将该长度值作为新拌混凝土粘聚性的参考指标。