JP2514561B2 - レオロジ―測定装置 - Google Patents

レオロジ―測定装置

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JP2514561B2
JP2514561B2 JP5032382A JP3238293A JP2514561B2 JP 2514561 B2 JP2514561 B2 JP 2514561B2 JP 5032382 A JP5032382 A JP 5032382A JP 3238293 A JP3238293 A JP 3238293A JP 2514561 B2 JP2514561 B2 JP 2514561B2
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  • Weight Measurement For Supplying Or Discharging Of Specified Amounts Of Material (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明は、まだ固まらない軟練
りコンクリート、軟練りモルタル、グラウト、セメント
ミルク溶液等のセメント系混合物のレオロジー測定装置
に関するものである。本発明の測定装置は、例えば高流
動コンクリート(ハイパフォーマンスコンクリート、水
中不分離コンクリート)及び高流動モルタル(プレパッ
クドコンクリートの注入モルタル)のレオロジー測定装
置として使用すれば特に有効である。
【0002】
【従来の技術】 従来のセメント系混合物のレオロジー
測定に用いられる装置としては、容器に試料を入れた中
で羽根を回転させ、試料に流動を与え、回転とトルクの
関係からレオロジーを測定する回転粘度計とか、容器に
試料を入れた中に球を埋めて、この球をゆっくり引き上
げ、球の受ける抵抗力と粘性との関係を利用してレオロ
ジーを測定する引き上げ球式粘度計が主として用いられ
ている。
【0003】 また、コンシステンシー(流動性)を測
定する方法および装置として、コンクリートスランプ試
験方法(JISA1101)とかフロー試験方法あるい
はプレパックドコンクリートの注入モルタルの流動性試
験方法(Pロートによる方法)、PCグラウト試験方法
(ロート方法)、傾斜管試験装置等が用いられている。
【0004】 それと、本発明者若杉による、試料が容
器よりトイに流出した量(長さ)を計って流動性を測定
する、まだ固まらないコンクリートのコンシステンシー
測定装置(特開63−195542)が提案開発されて
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】 従来のレオロジー測
定方法および測定装置のうちで、回転粘度計とか、引き
上げ球式粘度計では、試料の粘性(塑性粘度)を主に測
定して、試料の流動性(降伏値)があまり明確に測定で
きない欠点がある。
【0006】 また、スランプ試験方法、フロー試験方
法、Pロートによる方法、PCグラウト試験方法、傾斜
管試験装置においては、試料の流動性を主に測定して、
試料の粘性は測定できない欠点がある。
【0007】 それと、まだ固まらないコンクリートの
コンシステンシー測定装置(特開63−195542)
において、流動性は正確に測定できるが、試料の粘性に
ついてはあまり正確に測定できない欠点がある。
【0008】 なお、回転粘度計はレオロジー試験とし
て、もっともポピューラなものであるが、本来液体を対
象とした測定方法であり、コンクリートのように大きな
粗骨材(砂利または砕石の最大寸法10mm〜40m
m)のようなものが試料の中に混ざっていると、粗骨材
が回転羽根にあたり、正確なトルクが検出されないの
で、レオロジーの測定が不正確になる欠点がある。
【0009】 本発明は、従来の技術の有するこのよう
な問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、容器に試料をいれて、この試料をトイに流動
させて、受け容器に受け取った質量により流動性(降伏
値)を測定するのと、受け取った試料の質量と試料の流
動経過時間により、塑性粘度(粘性)をコンピュータに
より求めて、この求めたデータをもとに、試料がどんな
施工に適しているか、混和剤、混和材料の開発とか、原
材料の調合割合の決定及び品質管理、施工管理、を行う
のに重要なレオロジー測定装置を提供しようとするもの
である。
【0010】 また、まだ固まらない軟練りコンクリー
トのように多くの不確定要素(バラツキ)を包含する複
合材料においても、試料の流動量(質量)を測定するこ
とにより流動性(降伏値)と試料の流動経過時間により
塑性粘度(粘性)をコンピュータにより演算する装置を
提供しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
めに、本発明におけるレオロジー測定装置は、試料を入
れる容器(1)と該容器(1)の開口側から容器(1)
の試料を流動さすトイ(2)と、該容器(1)と該トイ
(2)を垂直支持し、トイ受け(5)まで転倒自在にす
るトイ支持手段(20)と、該容器(1)に試料を入れ
た該トイ(2)を垂直支持から該トイ受け(5)に倒し
た時点を知らせるスタートスイチ(8)と、該トイ
(2)を流動させた試料を受け取る受け容器(3)と、
この受け取った試料の質量を測定する電気式はかり
(9)と、該スタートスイッチ(8)の信号と該電気式
はかりの信号とをコンピュータ(10)に入力し、該ト
イ(2)を流動した試料の質量と試料の流動経過時間と
により、試料のレオロジー定数をインタバルタイマ設定
時間ごとに演算するものである。
【0012】
【作用】 以下、上記構成からなるレオロジー測定装置
の作用について述べる。流動とは、物質に作用する応力
とひずみ速度との間に一定の関係が見い出だされる場合
をいい、流動性は流動曲線(コンシステンシー曲線)で
表され、コンシステンシー曲線の代表的なものは図6に
示すように、水や油などのように物質にせん断応力が作
用すると、ただちにひずみ速度を生じ、両者の関係が直
線で表されるニュートン流体と、粘土などのようにせん
断応力が所定の値(降伏値)で表されるビンガム流体と
に大別され、セメント系混合物は一般にビンガム流体に
近似する。
【0013】 コンシステンシー曲線によって得られる
情報(物理量)はレオロジー定数、すなわち降伏値や塑
性粘度であり、コンクリート施工における流動性は通常
の場合スランプ試験によっている。
【0014】 スランプ試験による測定値(スランプ
値)は、主として静的釣合状態におけるコンクリートの
軟らかさであり、力学的な値でいう降伏値というレオロ
ジー定数に支配され、つまりこれ以上の応力が作用した
とき変形するのであるが、塑性粘度は不明である。
【0015】 フレッシュコンクリートの変形性質は一
つの値では表現できず、二つあるいはそれ以上のレオロ
ジー定数で表現する必要があり、ビンガム流体の物性は
二つのレオロジー定数(降伏値および塑性粘度)で降伏
値(流動性)は流動し始める応力を示し、塑性粘度(粘
性)は流動後の変形速度を支配する。
【0016】 よって、試料の流動量(質量)は流動性
(降伏値)に対応するパラメータ(レオロジー定数)で
あり、従来のスランプ試験におけるスランプ値に相当す
るものである。また、塑性粘度は粘性を表すパラメータ
であり、この塑性粘度は、試料がトイを流動した流動量
(質量)をそれに要した流動経過時間で演算した値また
は変形開始からある一定の流動量(質量)を電気式はか
りで測定したのに要した流動経過時間で、演算した値に
よって求めることができる。
【0017】 従って、本発明装置の基台(7)を水準
器を使用し、水平に据付け、トイ(2)の支持軸(15
a)(15b)を支持支柱(4a)(4b)の軸受け部
(16a)(16b)軸支させ、トイ受け(5)を、上
下に調整し、水準器を使用して、トイ(2)を水平に調
整する。(試料によってはトイ(2)をトイ受け(5)
の方向へ下り勾配になるように調整する)
【0018】 一方、電気式はかり(9)の上部皿に受
け容器(3)を載せて、トイ(2)の先端より流出する
試料を受け取る位置にセットするのと、水平に調整でき
たトイ(2)を垂直支持部(6)まで起こし、ピン(1
8)に固定金具(17)を掛けて、トイ(2)を固定す
る。
【0019】 次に、コンピュータ(10)と接続され
ているキーボード(11)を使用して初期設定(50)
の作業を行うのと、各測定データをコンピュータ(1
0)に入力する。
【0020】 そして、コンピュータ(10)と接続さ
れている電気式はかり(9)で、試料を入れる容器
(1)の質量を測定し、容器(1)に試料を詰めて、試
料の質量を測定し、試料を入れた容器(1)をトイ
(2)にセットする。
【0021】 一方、受け容器(3)の質量を測定し
て、電気式はかり(9)に受け容器(3)を載せたま
ま、トイ(2)をトイ受け(5)まで倒すと、スタート
スイッチ(8)がONし、コンピュータ(10)のタイ
マが作動し、流動経過時間の計測を開始するのと試料が
容器(1)よりトイ(2)に流出して、トイ(2)を流
動した試料を受け容器(3)に受け取り、受け取った試
料の質量を電気式はかり(9)で測定して、コンピュー
タ(10)のRAM(25)に記憶さす。
【0022】 試料がトイ(2)の先端より流出しなく
なると測定を中止して、受け取った試料の流動量(g)
と流動経過時間(秒)からレオロジー定数を演算する。
【0023】 よって、流動量(質量)を測定すること
により降伏値を測定し、試料の流動経過時間(秒)を測
定することにより、塑性粘度も測定でき、試料の流動性
と粘性を同時に測定することができる。
【0024】 尚、試料の流動量(質量)が多いと流動
性がよく、流動量(質量)が少ないと流動性が悪く、流
動経過時間が短い(速い)と粘性が小さく、流動経過時
間が長い(遅い)と粘性が大きい。
【0025】
【実施例】 以下、図面を参照して、この発明の好適な
実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例
に記載されている構成方法、構成装置、構成内容、構成
部品の寸法、材質、形状、その他相対位置などは、特に
特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれら
のみに限定する趣旨のものでなく、単なる説明例にすぎ
ない。このレオロジー測定装置は、特許登録請求の範囲
に於いて種々の変更を加える事ができる。
【0026】 図1及び図2は本発明測定装置の一例を
示す図であり、試料を入れる容器(1)は通常、図1、
図2に示す底がある円筒形状及び図7に示す形状の容器
が使用されるが、四角形状の容器を用いることもでき
る。
【0027】 試料を流動さすトイ(2)は通常、半円
形状をなしたトイが使用されるが、半四角形状のトイを
用いることもでき、トイ(2)の長さは、測定試料の種
類と量により所要寸法長さにするのと、トイ(2)内側
の所要位置に所要形状の関門部(たとえば、試料の最大
寸法より少し大きい間隔で丸棒等を立設する)を設け
て、試料の間隙通過性を測定することも好適な態様であ
る。
【0028】 通常、容器(1)はトイ(2)より取り
外し自在であり、トイ(2)の下端部に容器(1)を支
持する支持部を設け、トイ(2)の外側所要位置に支持
軸(15a)(15b)を突設してあるが、容器(1)
にトイ(2)を突設した図8、図9、図10に示す形状
の容器(1)も使用可能である。
【0029】 試料を受け取る受け容器(3)は通常四
角形状の容器を用いるが、円筒形状及び任意形状の容器
を用いてもよいし、受け容器(3)の上部に所要寸法の
メッシュを設け、このメッシュを流動させた試料が通過
して、受け取った試料の間隙通過性を測定するとか、円
筒または角筒をU形状にした透明なアクリル樹脂製の容
器を用いて、片側の受け口より試料を受け取り、U形状
容器内での、試料の充填性を測定することは好適な態様
である。
【0030】 容器(1)、トイ(2)、受け容器
(3)の材質は通常ステンレス鋼が使用され、鉄、非鉄
合金、合成樹脂も使用可能である。
【0031】 トイ(2)を垂直支持(略垂直支持でも
よい)からトイ受け(5)まで倒すトイ支持手段(2
0)は、基台(7)に立設固定した支柱(4a)(4
b)の上部にトイ(2)の支持軸(15a)(15b)
を軸支させる軸受け部(16a)(16b)とトイ
(2)を垂直支持さすための、垂直支持部(6)は基台
(7)に立設固定し、固定金具(17)を回動自在に軸
着させ、固定金具(17)を掛けるピン(18)がトイ
(2)の外側に、トイ(2)を垂直支持部(6)に垂直
支持するように係着してある。
【0032】 尚、トイ(2)を垂直支持からトイ受け
(5)まで倒すとき、固定金具(17)を外して、静か
に手でトイ(2)を倒すが、支持軸(15a)(15
b)の片方にハンドルを取りつけて、トイ(2)を転倒
さすとか、電動機を用いてトイ(2)を操作することも
可能である。
【0033】 トイ受け(5)は基台(7)に立設固定
したトイ受け支柱の上部に固着した調整用ナットに、上
下に調整するための調整用のボルトを螺着し、調整用ボ
ルトの上部にトイ受け板を回動自在に軸着したものであ
るが、逆さまにトイ受け支柱をトイ外側に固着し、トイ
受け(5)で基台(7)に支持することも可能である。
【0034】 それと、基台(7)を水準器を使用し
て、水平に据え付けるための水平調整用ボルト(図示し
ていない)を基台(7)の四隅に取り付けるのと、水準
器も基台(7)に取り付けることは好適な態様である。
【0035】 本発明の要部をなす、電気式はかり、こ
れは測定物の力を計る機構の変形量または変位量を電気
量(抵抗、電圧、光電、圧電、磁気、電磁力、放射線な
ど)に変換できる構造のものをいい、電子技術を利用し
ていれば通常電子はかりとよんでいる。
【0036】 尚、本発明には通常、測定方式がロード
セル方式または電磁力平衡方式及び音叉振動式の電気式
はかりを使用するが、他の測定方式の電気式はかりを用
いることも可能であり、電気式はかりの秤量、最小表示
(読取り限度)、その他性能仕様は測定試料の種類と量
により所要の電気式はかりを適宜選定して用いる。
【0037】 また、電気式はかり(9)をコンピュー
タ(107に接続する際、デジタル出力の場合には、信
号の形式定格により直結可能とは限らずインターフェー
スを必要とする場合がある。
【0038】 さらに、本発明で通常使用するロードセ
ル方式または電磁力平衡方式及びオンサ振動式の電気式
はかりは、デジタルで、図1、図2、図3に示すよう
に、インターフェース(28)を介して、コンピュータ
(10)と接続し、インターフェース(28)は、通常
RS−232Cインターフェースを使用する。
【0039】 その上、デジタル出力の電気式はかりで
インターフェースが不用の電気式はかりは、コンピュー
タ(10)と直結して使用する。
【0040】 特に、アナログ出力の電気式はかりを用
いる場合には、図4に示すようにA/Dコンバータ(1
4)を介して、コンピュータ(10)に接続する。
【0041】 分けても、スタートスイッチ(8)を接
続したコンピュータ(10)は内蔵されている時計実時
間クロックにより、命令によって時刻をデイスプレイ画
面に表示したり、コンピュータにタイマの機能を持たせ
ることができ、スタートスイッチ(8)は通常リミット
スイッチが使用されるが、テープスイッチまたは押ボタ
ンスイッチも可能である。
【0042】 尚、スタートスイッチ(8)の取り付け
位置は通常トイ受け(5)上部のトイ受け板に、トイ
(2)を水平に調整するのに支障のない位置に取り付け
るが、支柱(4a)(4b)とか、トイ(2)の外側で
トイ(2)をトイ受け(5)に倒したときにリミットス
イッチのアクチュエータが押されて、ONする位置に取
り付けることは好適な態様である。
【0043】 次に、コンピュータ(10)の基本機能
はCPU(24)、RAM(25)、ROM(26)、
インプットポート(23)、アウトプットポート(2
7)より構成されている。
【0044】 ROM(26)にはCPU(24)を制
御するプログラムが書込まれており、CPU(24)は
このプログラムに従ってインプットポート(23)より
必要とされる外部データを取込んだり、また、RAM
(25)との間でデータの授受を行なったりしながら演
算処理し、必要に応じて処理したデータをアウトプット
ポート(27)へ出力する。
【0045】 アウトプットポート(27)へ与えられ
るCPU(24)より送られた文字や図形のデータは、
モニター画面に表示するデスプレイ装置の表示部(1
2)に表示するのと、プリンタ(13)でプリントす
る。
【0046】 コンピュータ(10)は通常パーソナル
・コンピュータが使用されるが、建設現場等で使用する
場合には、ポータブル・コンピュータとかハンドヘルド
・コンピュータとかマイクロ・コンピュータを使用す
る。
【0047】 次に、本実施例の実施するためのフロー
チャートを図5に従って説明すると、コンピュータ(1
0)と接続されているキーボード(11)を使用して初
期設定(50)作業を行い、測定年月日を入力、気温又
は室温を入力、テストNo.を入力、試料の温度を入
力、その他項目を入力(必要に応じて、レオロジー定数
を演算するのに必要な既知データ等)、それと所定時間
経過を知らせるタイマおよびインタバルタイマの設定を
行う。
【0048】 そして、コンピュータ(10)と接続さ
れている電気式はかり(9)で容器(1)を測定し、質
量を入力(51)してから、容器(1)に試料を詰め
て、上面を容器(1)の上端に合わせて、コテで平らに
均した後に、電気式はかり(9)で容器(1)に入れた
試料を測定し質量を入力(52)し、試料を入れた容器
(1)をトイ(2)と共に垂直支持させ(53)、次に
電気式はかり(9)で受け容器(3)を測定して質量を
入力(54)し、受け容器(3)は電気式はかり(9)
に載せたままにしておく。
【0049】 そして、上記データ入力済か?(55)
判断させ、NOの場合には入力もれのデータを入力し、
Yesの場合にはトイ支持手段(20)の固定金具(1
7)を外して、静かに手でトイを倒す(56)と、試料
が容器(1)よりトイ(2)に流出するのと、トイ受け
(5)に設けた、スタートスイッチ(8)をONする。
【0050】 スタートスイッチがONか?(57)判
断させ、NOの場合にはトイ(2)を起こしてから、再
びトイ(2)を倒してスタートスイッチがONするまで
倒し、Yesの場合にはコンピュータ(10)に内蔵さ
れている時計実時間クロック(図示していない)のタイ
マが作動し、流動経過時間の計測(58)を開始し、コ
ンピュータ(10)のRAM(25)に記憶さすのと、
トイ(2)から流動した試料を受け容器(3)で受け取
り、電気式はかり(9)で受け取った試料の質量を測定
(58)し、コンピュータ(10)のRAMに記憶さ
す。(このとき一定の間隔ごとに知らせるインタバルタ
イマにより、受け取った試料の質量を測定してRAM
(25)に記憶さす。)
【0051】 インタバルタイマの設定は、電気式はか
りの感量及び読取限度と測定する試料の種類によって違
うが、通常は0.1秒から5秒の範囲でインタバルタイ
マの設定を行う。
【0052】 試料がトイ先端より流出しなくなると、
受け容器(3)に受け取った試料の測定質量の変化なし
か?(59)判断させ、NOの場合には引き続き測定を
行い、Yesの場合には、所定時間経過か?(60)の
判断させる。(所定時間とは、最初に容器(1)より試
料が流出して、トイ(2)先端までの流動時間より長く
するのと、また測定する試料の種類によって変化するの
で、通常は5秒から30秒位の範囲で所定時間経過を知
らせるタイマを設定する。)NOの場合には引き続き測
定を行い、Yesの場合にはコンピュータ(10)が測
定を中止して次のステップに進む。
【0053】 上記測定データより試料の流動量(g)
と流動経過時間(秒)によりレオロジー定数を演算(6
1)する。
【0054】 そして、演算した試料の測定データをイ
ンタバルタイマ設定時間ごとに、流動量(g)、流動経
過時間(秒)、レオロジー定数の各測定値と、この測定
値をグラフ化して表示するのと、初期設定(50)で入
力したデータ及びその他の演算した試料の性状評価等の
データも表示部(12)に表示(62)する。
【0055】 それと、図示していないその他の演算と
しては、既知データをコンピュータ(10)に入力し
て、試料の性状評価及びまだ固まらないコンクリートに
ついては、分離抵抗性、充填性などのワーカビリチーの
判断も行えるので、試料がどんな施工に適しているの
か、混和剤及び混和材料の開発とか、原材料の調合割合
の決定及び品質管理、施工管理を行うことができる。
【0056】 尚、表示部(12)に表示(62)した
データをプリンタ(13)でプリント(63)する。
【0057】 再び、測定する場合には容器(1)、ト
イ(2)、受け容器(3)を洗浄後にウエス等で拭き、
初めの作業より繰り返す。
【0058】 尚、本発明は、塗料、接着剤、油類、液
状化粧品、液状食品類、液状化学製品類等のレオロジー
測定に用いることも可能である。
【0059】 以上本発明の実施例について説明した
が、本発明はこのような実施例に何等限定されるもので
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる
態様で実施し得ることはもちろんである。
【0060】
【発明の効果】 以上説明したように本発明の測定装置
によれば、試料(セメント系混合物)の流動性(降伏
値)と塑性粘度(粘性)を同時に測定でき、操作が簡単
なために熟練を必要としないので測定者の個人差がなく
測定値のバラツキが小さく正確な測定ができる。
【0061】 また、コンピュータ(10)により演算
したデータをもとに、原材料の調合割合の決定及び品質
管理並びに施工管理を容易にする。
【0062】 それと、セメント系混合物のレオロジー
定数を任意にコントロールするための混和剤、混和材料
の開発が容易になる。(現在正確にレオロジーを測定す
る方法および装置が無いために、どのようなレオロジー
性質をもつたものが必要とするのか評価できないため)
【0063】 また、本装置によれば、多くの不確定要
素(バラツキ)を包含する複合材料のまだ固まらないコ
ンクリートで、高粘性のためにレオロジー測定が非常に
難しい、高強度コンクリートや高流動コンクリート(ハ
イパフォーマンスコンクリート、水中不分離コンクリー
ト)においても流動性(降伏値)と塑性粘度(粘性)を
同時に測定できるので、ワーカビリチー(コンシステン
シーによる作業の難易の程度と均等質のコンクリートが
できるために必要な材料の分離に抵抗する程度で示され
るまだ固まらないコンクリートの性質)の判定を行うこ
とができるという好ましい効果が得られる。本発明は、
以上のような効果と利点を有した、きわめて優秀なレオ
ロジー測定装置である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例を示す斜視図である。
【図2】 トイを垂直支持した状態を示す斜視図であ
る。
【図3】 電気式はかり(デジタル出力)を用いた制御
装置を示すブロック図である。
【図4】 電気式はかり(アナログ出力)を用いた制御
装置を示すブロック図である。
【図5】 実施例の制御を示すフローチャート図であ
る。
【図6】 コンシステンシー曲線を示す線図である。
【図7】 容器の例を示す斜視図である。
【図8】 容器にトイを突設した容器の例を示す斜視図
である。
【図9】 容器にトイを突設した容器の例を示す斜視図
である。
【図10】 容器にトイを突設した容器の例を示す斜視
図である。
【符号の説明】
1 容器 2 トイ 3 受け容器 4a 支柱 4b 支柱 5 トイ受け 6 垂直支持部 7 基台 8 スタートスイッチ 9 電気式はかり 10 コンピュータ 11 キーボード 12 表示部 13 プリンタ 14 A/Dコンバータ 15a 支持軸 15b 支持軸 16a 軸受け部 16b 軸受け部 17 固定金具 18 ピン 20 トイ支持手段 23 インプットポート 24 CPU 25 RAM 26 ROM 27 アウトプットポート 28 インターフェース

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料を入れる容器(1)と該容器(1)
    の開口側から容器(1)の試料を流動さすトイ(2)
    と、該容器(1)と該トイ(2)を垂直支持し、トイ受
    け(5)まで転倒自在にするトイ支持手段(20)と、
    該容器(1)に試料を入れた該トイ(2)を垂直支持か
    ら該トイ受け(5)に倒した時点を知らせるスタートス
    イッチ(8)と、該トイ(2)を流動させた試料を受け
    取る受け容器(3)と、この受け取った試料の質量を測
    定する電気式はかり(9)と、該スタートスイッチ
    (8)の信号と該電気式はかりの信号とをコンピュータ
    (10)に入力し、該トイ(2)を流動した試料の質量
    と試料の流動経過時間とにより、試料のレオロジー定数
    をインタバルタイマ設定時間ごとに演算することを特徴
    とするレオロジー測定装置。
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