CN114800780A - 水泥基材料压密成型压滤装置及压滤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水泥基材料压密成型压滤装置及压滤方法，所述装置包括反力架，反力架由反力架上端板、反力架下端板和两端带螺纹的钢管支撑柱形成框架结构，上下端板之间设有压滤单元。本发明具有以下优点：(1)所述装置及方法简单便捷，可在实验室、施工现场创建加压环境，压制水泥基材料拌合物；(2)所述装置构造简单，所有部件均可采用市售商品，且组装拆卸简单；(3)所述装置适用于各种状态的水泥基材料拌合物，从而压制出不同材料的试件；(4)所述装置可以根据实际使用需求调整钢管钢塞套组的数量，即一次可以压制多个试件；(5)所述方法采用逐级加压方式，能够对试件施加不同等级的压力，最大限度的排出拌合物中的自由水。

Description

水泥基材料压密成型压滤装置及压滤方法

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及一种压滤方法，具体为水泥基材料压密成型压滤装置及压滤方法。

背景技术

受技术手段的限制，目前对水泥基材料水灰比和孔隙率的研究通常着眼于降低初始拌合水量、填充孔隙等。由于强度是水泥基材料最基本的力学性能，控制水灰比和孔隙率对强度的影响具有重要意义。

影响水泥基材料强度的因素涉及很多方面，水灰比作为关键参数之一影响着水泥基材料的强度和微观结构致密度。水泥基材料因为施工需要往往采用较大水灰比，采用的拌合水量远超过胶凝材料水化的理论需水量，未参与胶凝材料水化的拌合水所占空间易形成孔隙，因而影响材料的孔隙结构从而降低抗压强度。

对于水泥基材料本身，硬化后的浆体结石属于多孔介质材料，孔隙分布错综复杂，孔形态各异，孔径尺寸跨越微观尺度与宏观尺度之间。孔隙结构也是影响水泥砂浆和混凝土强度的主要因素，根据不同孔径对混凝土性能的影响分为：小于20nm的无害孔级，20nm-50nm的少害孔级，50nm-200nm的有害孔级和大于200nm的多害孔级。因此需要减少100nm以上的孔以改善混凝土性能。具体原因在于：首先，水泥基材料的孔隙对混凝土的抗压强度和抗拉强度均有很大影响，而弹性模量与强度也存在一定相关性，受组成相孔隙率及组成相占体积的影响。其次，水泥基材料各组相的孔隙内含水量会影响混凝土干缩性能。此外，材料的抗冻性能与内部孔隙率也有很大关联，因此改善孔隙也将影响材料的耐久性能。

现有技术中根据水泥基材料的配合比原理和各因素影响孔隙的机理，解决水泥基材料强度低的方法有以下几种：(1)在水泥基材料配合比方面，增加胶凝材料用量，减小水灰比，提高水泥基材料强度。(2)在原材料方面，通过填充较细的小骨料减小各相之间的孔隙，提高材料强度。(3)在优先施工方面，严格控制水泥基材料的振捣时间，均匀排出较大的气孔，避免过振，保证材料的强度。(4)在养护方面，控制养护的温度和湿度，保证浆体水化充分。(5)通过外加剂改善水泥基材料的强度。

目前，为了解决水泥基材料因水灰比大和孔隙率高而引起的强度低的难题，通常采用以下几种方案来控制材料的强度，但下述方案都存在一定的缺陷：

九十年代时期采用热压和高压两种压力方式对水泥浆体进行加压，通过持压不同时间从而获得孔隙率接近为零的水泥浆材料，但是该技术没有具体阐述，并且试验中约束了水泥基材料的试件尺寸，在技术手段中没有排除多余的水，解决水灰比高的问题。

还有采用联合极低水灰比的水泥基材料与高压压力相结合的技术手段研究水泥基材料强度的问题。该技术手段主要是为了解决极低水灰比材料在现场施工困难的问题，在基于极低水灰比的条件下压实压密水泥基材料，但该技术手段没有考虑到常规水灰比材料强度低的问题，并且没有公开设备装置。

发明内容

解决的技术问题：为了克服现有技术的不足，开发一种便捷可行的装置以解决水灰比高等各种状态的水泥基材料的压滤问题，从而压出水泥基材料中的自由水；鉴于此，本发明提供了水泥基材料压密成型压滤装置及压滤方法。

技术方案：水泥基材料压密成型压滤装置，所述装置包括反力架，反力架由反力架上端板、反力架下端板和两端带螺纹的钢管支撑柱形成框架结构，上下端板之间设有压滤单元；所述压滤单元呈垂直结构，且自上而下包括千斤顶、传感器和至少1个钢管钢塞套组，套组由钢管和钢塞组成。

优选的，所述反力架上端板和反力架下端板上均开设钢管柱螺纹孔，两端带螺纹的钢管支撑柱穿过螺纹孔并通过螺母与上下端板固定连接。可以通过两端带螺纹的钢管支撑柱、螺母及反力架上端板旋紧的位置来调整反力架的高度。

优选的，螺母与上下端板之间设有垫片。

优选的，千斤顶和反力架上端板之间采用法兰连接。

优选的，法兰上开设螺栓孔，且在反力架上端板相应位置开设法兰连接螺栓孔。

优选的，钢塞是实心圆柱，其竖直截面为工字形，其两端底面的直径略小于钢管的内径。

优选的，钢管和钢塞之间设有过滤层。

优选的，所述过滤层包括过滤材料和滤片，其中滤片上均匀分布滤水孔，滤水孔大小可根据使用需要调节。

优选的，其中过滤材料贴近钢管内部，滤片贴近钢塞。

采用以上任一所述装置对水泥基材料压密成型压滤的方法，将水泥基材料浇筑后置于钢管中，在反力架下端板上依次交错放置钢塞和钢管形成受压整体，并根据实际需要设计多个钢管钢塞套组。通过千斤顶在顶部施加竖直压力，荷载通过传感器向下逐步传递以压密水泥基材料。另外，所述装置在钢管和钢塞之间设计的过滤材料和滤片能够封堵浆体，从而更好的滤水。其中千斤顶可以与伺服系统连接，从而维持稳定的压力。

所述方法具体包括以下步骤：

S1、制备水泥基材料拌合物，并将拌合物置于钢管中；所述拌合物是指将水泥和水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆体，或水泥作为基体与其他材料复合而得到的具有新性能的材料；进一步的，其中水泥基材料拌合物为初凝状态；

S2、用钢塞将钢管两头压紧，并整体置于反力架下端板上，钢塞上方依次连接传感器、千斤顶和法兰，然后安装两端带螺纹的钢管支撑柱并调节螺母、垫片及反力架上端板的位置，旋紧螺母和法兰；

S3、采用分级加载且不断调整千斤顶行程方式加压，启动千斤顶传递荷载至传感器，并沿竖直方向将荷载传递至钢塞与钢管之间的拌合物上，最终传递至反力架下端板上形成内力循环；其中，传感器上会实时显示荷载大小；其中，压力施加范围应在钢管支撑柱和反力架上下端板的承受范围之内；其中，分级加载应在水泥基材料初凝到终凝期间分次实施；其中，传感器上的显示荷载明显低于分级加载压力时，需要不断调节千斤顶行程，保证千斤顶、传感器和钢塞两两接触，继续施加压力至分级加载压力。

S4、在S3压力下，钢管内的拌合物受压后流出自由水，并沿着钢塞和钢管的缝隙流出；浇筑达终凝后卸载，将钢管内的试件脱模。

有益效果：(1)所述装置及方法简单便捷，可在实验室、施工现场创建加压环境，压制水泥基材料拌合物；(2)所述装置构造简单，所有部件均可采用市售商品，且组装拆卸简单；(3)所述装置适用于各种状态的水泥基材料拌合物，从而压制出不同材料的试件；(4)所述装置可以根据实际使用需求调整钢管钢塞套组的数量，即一次可以压制多个试件；(5)所述方法采用逐级加压方式，能够对试件施加不同等级的压力，最大限度的排出拌合物中的自由水。

附图说明

图1是本发明所述装置的结构示意图；

图2是本发明所述装置的主视图；

图3为本发明装置反力架上端板的俯视图。

图4为本发明装置反力架下端板的俯视图。

图5为本发明装置法兰的俯视图。

图6为本发明装置钢塞的正视图。

图7为本发明装置钢管内部构造透视图。

图8为本发明装置滤片的俯视图。

其中：1、反力架；11、反力架上端板；12、反力架下端板；13、两端带螺纹的钢管支撑柱；14、螺母；15、垫片；111、钢管柱螺纹孔；112、法兰连接螺栓孔；2、法兰；21、螺栓孔；3、千斤顶；4、传感器；5、钢管；51、过滤材料；52、滤片；6、钢塞。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

如图1-2所示，水泥基材料压密成型压滤装置，所述装置包括反力架1，反力架1由反力架上端板11、反力架下端板12和两端带螺纹的钢管支撑柱13形成框架结构，上下端板之间设有压滤单元；所述压滤单元呈垂直结构，且自上而下包括千斤顶3、传感器4和至少1个钢管钢塞套组，套组由钢管5和钢塞6组成。

如图3-4所示，所述反力架上端板11和反力架下端板12上均开设钢管柱螺纹孔111，两端带螺纹的钢管支撑柱13穿过螺纹孔并通过螺母14与上下端板固定连接。

如图1所示，螺母14与上下端板之间设有垫片15。

如图1-2所示，千斤顶3和反力架上端板11之间采用法兰2连接。

如图5所示，法兰2上开设螺栓孔21，且在反力架上端板11相应位置开设法兰连接螺栓孔112。

如图6所示，钢塞6是实心圆柱，其竖直截面为工字形，其两端底面的直径略小于钢管5的内径。

如图7所示，钢管5和钢塞6之间设有过滤层。

如图8所示，所述过滤层包括过滤材料51和滤片52，其中滤片52上均匀分布滤水孔。

如图7所示，其中过滤材料51贴近钢管5内部，滤片52贴近钢塞6。

以上任一所述装置对水泥基材料压密成型压滤的方法，所述方法包括以下步骤：

S1、制备水泥基材料拌合物，并将拌合物置于钢管5中；根据浇筑需要确定钢管5的使用数量；

S2、用钢塞6将钢管5两头压紧，并整体置于反力架下端板12上，钢塞6上方依次连接传感器4、千斤顶3和法兰2，然后安装两端带螺纹的钢管支撑柱13并调节螺母14、垫片15及反力架上端板11的位置，旋紧螺母14和法兰2；若采用多个钢管钢塞套组，则各套组在竖直方向依次排列；

S3、待拌合物初凝时开始加载，且为防止一次性加载重量过大拌合物未成型导致加载失败，采用分级加载且不断调整千斤顶行程方式加压，在终凝结束前分多级加载直至完全加载；启动千斤顶3传递荷载至传感器4，并沿竖直方向将荷载传递至钢塞6与钢管5之间的拌合物上，最终传递至反力架下端板12上形成内力循环；其中，根据试验所需要达到的压强σ，由钢管5的直径d计算出受力面积A，

从而确定千斤顶3需要施加的荷载F，F＝σ·A，并由传感器4反应实际荷载F大小；随着加压过程的进行，钢管5内拌合物被压缩，需要不断调节千斤顶3行程，使钢塞6始终能与拌合物紧密接触，持续竖直向下对拌合物加压；

S4、在S3压力下，钢管5内的拌合物受压后流出自由水，并沿着钢塞6和钢管5的缝隙流出；浇筑达终凝后卸载，将钢管5内的试件脱模。脱模时，将装有试件的钢管5放置在一突起的形状相似的物体上由冲击力顶出脱模。

实施例2

与实施例1不同之处在于，本实施例中千斤顶3与伺服系统连接。

所述方法包括以下步骤：

S1、制备水泥基材料拌合物，并将拌合物置于钢管5中；根据浇筑需要确定钢管5的使用数量；

S2、用钢塞6将钢管5两头压紧，并整体置于反力架下端板12上，钢塞6上方依次连接传感器4、千斤顶3和法兰2，将千斤顶3外接伺服系统，然后安装两端带螺纹的钢管支撑柱13并调节螺母14、垫片15及反力架上端板11的位置，旋紧螺母14和法兰2；若采用多个钢管钢塞套组，则各套组在竖直方向依次排列；

S3、待拌合物初凝时开始加载，且为防止一次性加载重量过大拌合物未成型导致加载失败，采用分级加载且采用伺服系统控制分级加载压力方式加压，在终凝结束前分多级加载直至完全加载；启动伺服系统，输入设定的分级加载压力，并将输出荷载量传输至千斤顶3进行压力加载，荷载传递至传感器4，并沿竖直方向将荷载传递至钢塞6与钢管5之间的拌合物上，最终传递至反力架下端板12上形成内力循环；其中，根据试验所需要达到的压强σ，由钢管5的直径d计算出受力面积A，

从而确定伺服系统设置的分级加载压力F，F＝σ·A，并由传感器4反应实际荷载F大小；随着加压过程的进行，钢管5内拌合物被压缩，伺服系统不断调节千斤顶3行程，使钢塞6始终能与拌合物紧密接触，持续竖直向下对拌合物加压；

S4、在S3压力下，钢管5内的拌合物受压后流出自由水，并沿着钢塞6和钢管5的缝隙流出；浇筑达终凝后卸载，将钢管5内的试件脱模。脱模时，将装有试件的钢管5放置在一突起的形状相似的物体上由冲击力顶出脱模。

Claims (10)

1.水泥基材料压密成型压滤装置，其特征在于，所述装置包括反力架(1)，反力架(1)由反力架上端板(11)、反力架下端板(12)和两端带螺纹的钢管支撑柱(13)形成框架结构，上下端板之间设有压滤单元；所述压滤单元呈垂直结构，且自上而下包括千斤顶(3)、传感器(4)和至少1个钢管钢塞套组，套组由钢管(5)和钢塞(6)组成。

2.根据权利要求1所述的水泥基材料压密成型压滤装置，其特征在于，所述反力架上端板(11)和反力架下端板(12)上均开设钢管柱螺纹孔(111)，两端带螺纹的钢管支撑柱(13)穿过螺纹孔并通过螺母(14)与上下端板固定连接。

3.根据权利要求2所述的水泥基材料压密成型压滤装置，其特征在于，螺母(14)与上下端板之间设有垫片(15)。

4.根据权利要求1所述的水泥基材料压密成型压滤装置，其特征在于，千斤顶(3)和反力架上端板(11)之间采用法兰(2)连接。

5.根据权利要求4所述的水泥基材料压密成型压滤装置，其特征在于，法兰(2)上开设螺栓孔(21)，且在反力架上端板(11)相应位置开设法兰连接螺栓孔(112)。

6.根据权利要求1所述的水泥基材料压密成型压滤装置，其特征在于，钢塞(6)是实心圆柱，其竖直截面为工字形，其两端底面的直径略小于钢管(5)的内径。

7.根据权利要求1所述的水泥基材料压密成型压滤装置，其特征在于，钢管(5)和钢塞(6)之间设有过滤层。

8.根据权利要求7所述的水泥基材料压密成型压滤装置，其特征在于，所述过滤层包括过滤材料(51)和滤片(52)，其中滤片(52)上均匀分布滤水孔。

9.根据权利要求8所述的水泥基材料压密成型压滤装置，其特征在于，其中过滤材料(51)贴近钢管(5)内部，滤片(52)贴近钢塞(6)。

10.采用权利要求1-9任一所述装置对水泥基材料压密成型压滤的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、制备水泥基材料拌合物，并将拌合物置于钢管(5)中；

S2、用钢塞(6)将钢管(5)两头压紧，并整体置于反力架下端板(12)上，钢塞(6)上方依次连接传感器(4)、千斤顶(3)和法兰(2)，然后安装两端带螺纹的钢管支撑柱(13)并调节螺母(14)、垫片(15)及反力架上端板(11)的位置，旋紧螺母(14)和法兰(2)；

S3、采用分级加载且不断调整千斤顶行程方式加压，启动千斤顶(3)传递荷载至传感器(4)，并沿竖直方向将荷载传递至钢塞(6)与钢管(5)之间的拌合物上，最终传递至反力架下端板(12)上形成内力循环；

S4、在S3压力下，钢管(5)内的拌合物受压后流出自由水，并沿着钢塞(6)和钢管(5)的缝隙流出；浇筑达终凝后卸载，将钢管(5)内的试件脱模。

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