CN115351883A - 一种用于评价混凝土表观质量的模具及评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于评价混凝土表观质量的模具，包括底板，以及安装在底板上的前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，所述底板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围合形成顶部开口的混凝土浇注腔；所述左侧板和右侧板倾斜且相互平行布置，且前后侧板垂直于底板；所述后侧板包括两端的平面段和中部的弧面段；弧面段向后拱起，其两端分别与平面段相连；所述前侧板与后侧板的平面段相互平行布置。本发明还提供了一种基于如上所述模具成型的混凝土试件表观质量评价方法。本发明的有益效果为：本发明设计制作的模具，可以有效地表征不同面对混凝土表观质量的影响与差异，从而为建筑工程提供技术性的支持，使混凝土达到较好的表观质量，节约资源，提高经济效益。

Description

一种用于评价混凝土表观质量的模具及评价方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及于一种用于评价混凝土表观质量的模具及评价方法。

背景技术

随着城市的快速发展，在如今现代建筑的建造过程中，混凝土的应用范围也越来越广泛，当然，这也伴随着各种混凝土质量问题。混凝土表观质量是混凝土质量问题之一，其主要包括孔洞、裂缝、缺陷、色差等。混凝土表观质量影响工程质量，因此，对混凝土表观质量的研究显得非常有必要。

在日常的混凝土研究中，经常需要使用混凝土模具制备许多固定尺寸的混凝土。混凝土构件除了平面结构还有斜面结构，而目前大多数模具多是平面结构，对于研究混凝土的表观质量研究太过局限，如申请专利号为201521029272.0与申请专利号为202022714753.2的中国公开申请专利，其混凝土模板为平面模板，用平面模板对混凝土表观质量的影响用来说明曲面与斜面，局限性比较大，不能够准确表征曲面与斜面对表观质量的影响。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种可用于评价混凝土表观质量的模具及评价方法。

本发明采用的技术方案为：一种用于评价混凝土表观质量的模具，包括底板，以及安装在底板上的前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，所述底板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围合形成顶部开口的混凝土浇注腔；所述左侧板和右侧板倾斜且相互平行布置；所述后侧板包括两端的平面段和中部的弧面段；弧面段向后拱起，其两端分别与平面段相连；所述前侧板与后侧板的平面段相互平行布置，且前后侧板垂直于底板。

按上述方案，所述前侧板的两端分别与左右侧板相连，所述前侧板和后侧板的两端均分别开设有倾斜的上卡口和下卡口；所述左侧板和右侧板的两端分别向外延伸，每端上下各形成一个上卡板和下卡板，上卡板与前侧板和后侧板的上卡口适配，且上卡板的端部自上卡口伸出，下卡板与前侧板和后侧板的下卡口适配，且下卡板的端部自下卡口伸出。

按上述方案，在上卡板和/或下卡板的伸出部分开设有插销孔，插销孔内穿过有插销块。

按上述方案，所述插销块为锥字型结构。

按上述方案，所述各侧板的外底部安装有至少一个压紧块，压紧块通过快拆件与底板锁紧。

按上述方案，所述快拆件包括快拆螺杆、扳把和螺帽，所述快拆螺杆的下端与螺帽适配，快拆螺帽的上端依次穿过底板和开设于压紧块内的螺纹孔，通过顶部的销轴与扳把的一端相连；板把的另一端可绕销轴转动，压紧底板。本实施例中，底板和压紧板由扳把和螺帽压紧。

按上述方案，上下卡口的宽度与左右侧板的厚度相同，上下卡口的深度为左右侧板高度的一半。

本发明还提供了一种基于如上所述模具成型的混凝土试件表观质量评价方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据混凝土模具的具体结构，获取各侧板内表面与底板的夹角θ，若侧板弯曲变形，计算侧板的相对弯曲半径T，将夹角θ与相对弯曲半径T作为结构影响因子；

步骤二、根据混凝土的工作状态与性能，获取对应的混凝土扩展度K作为性能影响因子；

步骤三、选取逸出系数E与混凝土流动系数F作为混凝土试件表观质量评价指标，并计算；

步骤四、根据逸出系数E与混凝土流动系数F的值来评价混凝土试件各外侧面的表观质量。

9、如权利要求8所述的混凝土试件表观质量评价方法，其特征在于，在步骤三中，当侧板弯曲变形时，该侧板的逸出系数E与夹角θ和相对弯曲半径T之间满足关系式：

当侧板为平板时，该侧板对应的逸出系数E的计算公式如下：

公式(1)和公式(2)中，e为自然对数，取值2.718281828459；θ取值角度为0～180°，T的取值范围为1～5；

混凝土流动系数F与混凝土扩展度K之间满足关系式：

公式(3)中，K的取值范围为500～600mm。

按上述方案，具体评价方法为：

1)、侧板无弯曲变形：当0＜E＜0.5时，混凝土表观质量差；当E＝0.5时，混凝土表观质量良；当0.5＜E＜1.0时，混凝土表观质量优；

2)、侧板有弯曲变形：当2.7＜E＜6.7时，混凝土表观质量差；当6.7≤E＜10.7时，混凝土表观质量良；当10.7≤E＜14.6时，混凝土表观质量优；

3)、当0.88＜F＜0.94时，混凝土表观质量差；当0.94≤F＜1.00时，混凝土表观质量良；当1.00≤F＜1.05时，混凝土表观质量优。

本发明的有益效果为：

(1)本发明设计制作的模具，可以通过计算相关评价参数来地表征模具侧板对混凝土表观质量的影响与差异，从而为建筑工程提供技术性的支持，使混凝土达到较好的表观质量，节约资源，提高经济效益。

(2)本发明中设计一组平行的左侧板和右侧板，左右侧板与底面板间呈现一定角度且斜侧板可以转动，进而改变斜侧板的角度，这种角度可调的左右侧板可以更系统地分析混凝土表层气泡在不同倾斜角度下的排出能力，更加有效的对混凝土表观质量进行评价定性。

(3)本发明中侧板之间的连接采用插销块连接，侧板与底板之间的连接采用设计的快拆件，减少了螺栓组件的使用，组装简洁，拆卸方便。

(4)本发明提出在混凝土表观质量评价中进一步提出结构影响因素与性能影响因素，同时引入逸出系数与混凝土流动系数作为混凝土表观质量的评价指标，并建立上述评价指标与结构影响因素用于性能影响因素的关系，进而定量的改变模具的状态与设计试配混凝土的性能参数，更加合理，具有科学性和可靠性。

附图说明

图1为本发明中模具的结构示意图。

图2为本发明中左侧板与底板的连接示意图。

图3为本发明中后侧板与底板的连接示意图。

图4为本发明中各侧板压紧块的布置示意图。

图5为本发明中前侧板的结构示意图。

图6为本发明中左侧板的结构示意图。

图7为本发明中快拆件的结构示意图。

图8为本发明中插销块与上卡板的结构示意图。

其中：1、底板；2、前侧板；3、后侧板；3.1、平面段；3.2、弧面段；4、左侧板；5、右侧板；6、快拆件；6.1、螺帽；6.2、快拆螺杆；6.3、扳把；6.4、销轴；7、压紧块；8、上卡口；9、下卡口；10、上卡板；11、下卡板；12、插销块；13、插销孔。

具体实施方法

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种用于评价混凝土表观质量的模具，包括底板1，以及安装在底板1上的前侧板2、后侧板3、左侧板4和右侧板5，所述底板1、前侧板2、后侧板3、左侧板4和右侧板5围合形成顶部开口的混凝土浇注腔；所述左侧板4和右侧板5倾斜且相互平行布置；所述后侧板3包括两端的平面段3.1和中部的弧面段3.2；弧面段3.2向后拱起，其两端分别与平面段3.1相连；所述前侧板2与后侧板3的平面段3.1相互平行布置，且前后侧板垂直于底板1。

本发明中，所述底板1为矩形，其边长大于四个侧板外轮廓围合后所形成结构的边长。所述左右侧板互相平行，与底面呈一定的夹角；左右侧板的面积小于前后侧板3的面积。所述四个侧板的厚度相同。

优选地，所述前侧板2的两端分别与左右侧板相连，所述前侧板2和后侧板3的两端均分别开设有倾斜的上卡口8和下卡口9；所述左侧板4和右侧板5的两端分别向外延伸，每端上下各形成一个上卡板10和下卡板11，上卡板10与前侧板2和后侧板3的上卡口8适配，且上卡板10的端部自上卡口8伸出，下卡板11与前侧板2和后侧板3的下卡口9适配，且下卡板11的端部自下卡口9伸出。

本发明中，上下卡口的倾斜角度与左右侧板、上下卡板的倾斜角度适配；上下卡口的宽度与左右侧板5的厚度相同，上下卡口的深度为左右侧板高度的一半。

优选地，在上卡板10和/或下卡板11的伸出部分开设有插销孔13，插销孔13内穿过有插销块12。

本发明中，所述插销孔13为正方形孔。各插销块12尺寸相同，位置对称设计；所述插销块12为锥字型结构，插销块12头部尺寸小于插销孔13尺寸，从插销孔13内穿出，插销块12的尾部尺寸大于插销孔13尺寸。插销块12的这一设计方便于安装拆卸。

优选地，所述各侧板的外底部安装有至少一个压紧块7，压紧块7通过快拆件6与底板1锁紧。

本发明中，各压紧块7的结构和尺寸相同，与对应的侧板焊接固定；各快拆件6的结构及尺寸相同。左右侧板5上各设一个压紧块7，左右侧板5上的压紧块7对称布置；前后侧板3上各设有两个压紧块7，前后侧板3上的压紧块7对称布置。

优选地，所述快拆件6包括快拆螺杆6.2、扳把6.3和螺帽6.1，所述快拆螺杆6.2的下端与螺帽6.1适配，快拆螺帽6.1的上端依次穿过底板1和开设于压紧块7内的螺纹孔，通过顶部的销轴6.4与扳把6.3的一端相连；板把的另一端可绕销轴6.4转动，压紧底板1；快拆螺帽6.1外部套有弹簧，弹簧位于扳把6.3和压紧块7之间。本实施例中，底板1和压紧板由扳把6.3和螺帽6.1压紧。

本发明设计四种不同的侧板，一个平面侧板(前侧板2)，一个有半圆柱结构的侧板(后侧板3)，平行的左侧板4和右侧板5(二者分别与底板1形成锐角和钝角)；混凝土浇筑成型后，会形成平面、锐角斜面、钝角斜面、曲面四种不同的表面。

本发明所述模具的安装方法为：

1、将四个侧板安装成一个整体：先将左侧板4与前后侧板3相连，具体地将左侧板4一端的上下卡板插入前侧板2的上下卡槽内，左侧板4另一端的上下卡板11插入后侧板3的上下卡板内；再采用上述方法连接右侧板5和前后侧板3，并在各卡板上安装插销块12，该步插销块12用于侧板间的初步定位，不宜安装过紧。

2、将初步安装好的侧板整体结构置于底板1上，使各侧板的底部与底板1贴紧，再利用橡胶锤轻击各卡板上的插销块12卡紧，使各侧板紧密连接；再分别安装快拆件6，使各侧板与底板1压紧，形成整体结构。至此，混凝土表观试验模具安装完成。

3、向模具内浇注混凝土，得到混凝土试件。待混凝土试件养护达到要求后脱模。脱模时，首先拧开各侧板与底板1之间的快拆件6，使侧板整体结构与底板1完全分离；再拆开各插销块12，随后拆除前后侧板，最后拆除左右侧板，得到完整的混凝土试件。脱模方便快捷。

浇注混凝土之前，用干净的布或者毛巾将底板1上表面和各侧板内表面擦拭干净，再涂覆脱模剂。

一种基于如上模具成型的混凝土试件表观质量评价方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据混凝土模具的具体结构，获取各侧板的内表面与底板1的夹角θ，以及各侧板的相对弯曲半径T，作为结构影响因子。本发明中，侧板相对弯曲半径T是指侧板弯曲部分的曲率半径r与侧板厚度t的比值。

步骤二、根据混凝土的工作状态与性能，获取对应的混凝土扩展度K作为性能影响因子。本发明中，混凝土扩展度K的获取方法为现有技术，这里不再赘述。

步骤三、选取逸出系数E与混凝土流动系数F作为混凝土试件对应外侧面表观质量评价指标并计算；

当侧板有弯曲变形时，该侧板的逸出系数E与夹角θ和相对弯曲半径T之间满足关系式：

当侧板无弯曲变形时(为平板)，该侧板对应的逸出系数E的计算公式如下：

公式(1)和公式(2)中，e为自然对数，取值2.718281828459；θ取值角度为0～180°，T的取值范围为1～5。

本发明中，前侧板、左侧板和后侧板均为平板，对应的逸出系数

混凝土流动系数F与混凝土扩展度K之间满足以下关系式：

上式中，K的取值范围在500～600mm之间。

步骤四、根据各侧板的逸出系数E与混凝土流动系数F的值，评价混凝土试件对应外侧面的表观质量，如由左侧板计算获得的逸出系数E与混凝土流动系数F的值，用于评价混凝土试件的左侧面表观质量。

具体评价方法为：

1、逸出系数E是表征混凝土表观质量的参数，逸出系数有两种表征方式：

①侧板无弯曲变形时，取消eT这一项，采用公式(2)计算逸出系数E；当0＜E＜0.5时，表示混凝土表观质量差，气孔较多；当E＝0.5时，表示混凝土表观质量良；当0.5＜E＜1.0时，表示混凝土表观质量优。

②侧板有弯曲变形时，按公式(1)计算逸出系数E；当2.7＜E＜6.7时，表示混凝土表观质量差，气孔较多；当6.7≤E＜10.7时，表示混凝土表观质量良；当10.7≤E＜14.6时，表示混凝土表观质量优。

2、混凝土流动系数F是另一个表征混凝土表观质量的参数，当0.88＜F＜0.94时，表示混凝土表观质量差，气孔较多；当0.94≤F＜1.00时，表示混凝土表观质量良；当1.00≤F＜1.05时，表示混凝土表观质量优。

本发明中，逸出系数E与混凝土流动系数F都可以用来评价混凝土表观质量，当两者评价结果出现歧义或不一致时，以混凝土流动系数F来评价混凝土表观质量。

实施例1～6实施例1～6分别浇注混凝土试件，并分别对混凝土试件的左侧面(与模具左侧板对应)和混凝土试件的后侧面(与模具后侧板对应)的表观质量进行评估。

实施例1～6中混凝土采用的原材料如下：

水泥：P·O42.5R普通硅酸盐水泥；

粉煤灰：四川江油电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；

砂：细度模数为2.70，表观密度为2687kg/m³，堆积密度为1642kg/m³；

碎石：颗粒粒径在5-25mm的碎石；

米石：颗粒粒径在5-10mm的碎石；

外加剂：中建西部建设新材料科技有限公司生产的外加剂；

脱模剂：溪边XB-2610水性脱模剂(兑水比1:6)。

各实施例中混凝土配合比如表1所示，混凝土模具的结构尺寸、混凝土状态如表2所示。

表1不同实施例的混凝土配合比

实施例1～6：

一种基于如上所述混凝土模具成型的混凝土试件表观质量评价方法，包括如下步骤：

步骤一、根据表1中所述的混凝土配合比称量原材料，将材料按照粗骨料、胶凝材料、细骨料依次置于搅拌装置中，随后加入水和外加剂，在搅拌机中搅拌150s，得到预拌混凝土，检测混凝土的扩展度K；

步骤二、根据表2中各实施例的混凝土模具尺寸及结构，对左侧板4与底板1的角度进行改变，更换不同相对弯曲半径的后侧板3，组装完成后进行混凝土的浇筑试验，获得混凝土试件；

步骤三、采用逸出系数E与混凝土流动系数F来评价混凝土试件的表观质量，分别采用公式(1)、(2)、(3)对应计算左侧板和后侧板的逸出系数E和混凝土流动系数F，其中θ取值角度为0～180°，T的取值范围为1～5，K的取值范围在500～600mm之间。

步骤四、计算逸出系数E与混凝土流动系数F，并根据逸出系数E与混凝土流动系数F的值来评价混凝土试件的表观质量，具体方法如上所述：

实施例1～6中模具相关参数、评价参数及混凝土试件的评价结果如表2所示，曲面板也即后侧板3。

表2实施例1～6模具相关参数、混凝土状态与表观评价结果

设计对比例1～6，对比例中混凝土制备、性能检测与模具形状的改变与对应实施例中相同，与实施例的区别在于，混凝土的表观质量评价通过软件进行评估，具体步骤如下：

1)将预拌混凝土分层浇筑入模具中，按振捣间距分多个振捣点，振捣采用快插慢拔的方式，每个点振捣时间设置为10-12s，成型后养护48h脱模。

2)将脱模养护完成的混凝土试件置于一定高度的高台上，采用高像素的单反相机作为混凝土表面图像的采集设备，分别对混凝土试件的四个外表面进行拍照取样。在采集过程中，使用专业的摄影三脚架固定单反相机，并在图像采集时保持固定高度、焦距和相似的光照条件。后续使用Image-Pro-Plus等软件对图片进行处理分析(对每个试件的四个面进行分析后汇总)，对相同面积下混凝土表面孔洞数量、孔洞大小与孔洞面积进行检测，其检测结果如下表3所示。

表3对比例1～6中混凝土试件表观质量参数

由表2与表3的对比可知，两种评价方法得到的规律基本相同。混凝土入模后，通过振捣棒振捣使其内部气泡逸出，混凝土内部气泡并不能排尽，一大部分伴随振捣移动到模板表面，顺着模板表面逸出，混凝土模板表面排出气孔效率好，混凝土表观气泡就越少，表观质量越好。从表2与表3中数据可知，随着角度的增加，混凝土的表观质量逐渐变好，伴随着混凝土模板与底板1角度的增加，混凝土表观气泡逐渐降低，钝角的表观气泡明显少于锐角，这可能是因为模板与底板1之间角度越大，气泡逃逸至混凝土表面的路径越短，逸出范围就越广，混凝土表面气泡就越少，混凝土表观气孔越少，混凝土表观质量越好；曲面板的弯曲程度越高，相对弯曲半径就越小，混凝土的表观质量越差，这是因为弯曲程度越高，提供给气泡逸出的区域就越来越小，曲面上气泡逃逸的路径变长，气泡易留存下来，面板不再弯曲时(即面板为直板时)，混凝土的表观质量最好。平面上气泡逃逸路线较短，气泡较容易排出，导致了平面的表观质量效果优于曲面；当混凝土的扩展度在一定的范围内(500-600mm)越来越大时，混凝土的表观质量逐渐变好，这是因为扩展度越大，混凝土流动性越好，经振捣后，气泡容易排除，混凝土表面气泡就越少，混凝土表观气孔越少，混凝土表观质量越好。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种用于评价混凝土表观质量的模具，其特征在于，包括底板，以及安装在底板上的前侧板、后侧板、左侧板和右侧板，所述底板、前侧板、后侧板、左侧板和右侧板围合形成顶部开口的混凝土浇注腔；所述左侧板和右侧板倾斜且相互平行布置；所述后侧板包括两端的平面段和中部的弧面段；弧面段向后拱起，其两端分别与平面段相连；所述前侧板与后侧板的平面段相互平行布置，且前后侧板垂直于底板。

2.如权利要求1所述的用于评价混凝土表观质量的模具，其特征在于，所述前侧板的两端分别与左右侧板相连，所述前侧板和后侧板的两端均分别开设有倾斜的上卡口和下卡口；所述左侧板和右侧板的两端分别向外延伸，每端上下各形成一个上卡板和下卡板，上卡板与前侧板和后侧板的上卡口适配，且上卡板的端部自上卡口伸出，下卡板与前侧板和后侧板的下卡口适配，且下卡板的端部自下卡口伸出。

3.如权利要求2所述的用于评价混凝土表观质量的模具，其特征在于，在上卡板和/或下卡板的伸出部分开设有插销孔，插销孔内穿过有插销块。

4.如权利要求3所述的用于评价混凝土表观质量的模具，其特征在于，所述插销块为锥字型结构。

5.如权利要求1所述的用于评价混凝土表观质量的模具，其特征在于，所述各侧板的外底部安装有至少一个压紧块，压紧块通过快拆件与底板锁紧。

6.如权利要求5所述的用于评价混凝土表观质量的模具，其特征在于，所述快拆件包括快拆螺杆、扳把和螺帽，所述快拆螺杆的下端与螺帽适配，快拆螺帽的上端依次穿过底板和开设于压紧块内的螺纹孔，通过顶部的销轴与扳把的一端相连；板把的另一端可绕销轴转动，压紧底板。本实施例中，底板和压紧板由扳把和螺帽压紧。

7.如权利要求2所述的用于评价混凝土表观质量的模具，其特征在于，上下卡口的宽度与左右侧板的厚度相同，上下卡口的深度为左右侧板高度的一半。

8.一种基于如权利要求1～7中任意一项所述模具成型的混凝土试件表观质量评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据混凝土模具的具体结构，获取各侧板内表面与底板的夹角θ，若侧板弯曲变形，计算侧板的相对弯曲半径T，将夹角θ与相对弯曲半径T作为结构影响因子；

步骤二、根据混凝土的工作状态与性能，获取对应的混凝土扩展度K作为性能影响因子；

步骤三、选取逸出系数E与混凝土流动系数F作为混凝土试件表观质量评价指标，并计算；

步骤四、根据逸出系数E与混凝土流动系数F的值来评价混凝土试件各外侧面的表观质量。

9.如权利要求8所述的混凝土试件表观质量评价方法，其特征在于，在步骤三中，当侧板弯曲变形时，该侧板的逸出系数E与夹角θ和相对弯曲半径T之间满足关系式：

当侧板为平板时，该侧板对应的逸出系数E的计算公式如下：

公式(1)和公式(2)中，e为自然对数，取值2.718281828459；θ取值角度为0～180°，T的取值范围为1～5；

混凝土流动系数F与混凝土扩展度K之间满足关系式：

公式(3)中，K的取值范围为500～600mm。

10.如权利要求8所述的混凝土试件表观质量评价方法，其特征在于，具体评价方法为：

1)、侧板无弯曲变形：当0＜E＜0.5时，混凝土表观质量差；当E＝0.5时，混凝土表观质量良；当0.5＜E＜1.0时，混凝土表观质量优；

2)、侧板有弯曲变形：当2.7＜E＜6.7时，混凝土表观质量差；当6.7≤E＜10.7时，混凝土表观质量良；当10.7≤E＜14.6时，混凝土表观质量优；

3)、当0.88＜F＜0.94时，混凝土表观质量差；当0.94≤F＜1.00时，混凝土表观质量良；当1.00≤F＜1.05时，混凝土表观质量优。

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