專利名稱：一種混凝土漿體流變性能通用試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土漿體流變性能通用試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)裝置，屬于混凝土技術(shù)領(lǐng)域。適用于遴選混凝土原材料并進(jìn)行計(jì)算機(jī)配合比優(yōu)化，配制高性能混凝土、自密實(shí)混凝土以及超流態(tài)混凝土，特別是以工作性、耐久性為主要指標(biāo)進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
隨著高效減水劑性能的改善，配制生產(chǎn)高性能混凝土、自密實(shí)混凝土和超流態(tài)混凝土已不再困難。然而，流動(dòng)性越高，混凝土產(chǎn)生離析的趨勢就越大。因此，混凝土高工作性的內(nèi)涵有所擴(kuò)大，包括下列三個(gè)基本性能高流動(dòng)性，高穩(wěn)定性，高穿隙性。
新拌混凝土是一種特殊的固液混合相，其流動(dòng)和變形以及應(yīng)力關(guān)系隨時(shí)間變化的發(fā)展規(guī)律即為其流變性能。一般認(rèn)為，新拌混凝土同時(shí)具有固體變形的彈、塑性性質(zhì)，又具有液體變形的粘性特征。新拌混凝土的剪切應(yīng)力τ、屈服值τo、塑性粘度η和剪切變形速率dv/dt的關(guān)系可用Bingham模型τ＝τo+η(dv/dt)而屈服值τo和塑性粘度η則是該模型的主要參數(shù)，其中屈服值是使材料發(fā)生變形所需要的最小應(yīng)力，塑性粘度則反映作用應(yīng)力與流動(dòng)速度之間的關(guān)系。
由于高流動(dòng)性新鮮混凝土的τo較小，所以接近于非線性Newton型，而一般的新拌混凝土則接近非線性Bingham型。
與普通混凝土相比，高流動(dòng)性新鮮混凝土的流變參數(shù)中，屈服值τo降低，塑性粘度η卻提高了。高流動(dòng)性混凝土的這種特點(diǎn)，不僅使新鮮混凝土具備良好的流動(dòng)性能，而且具備了良好的抗分離性能，在一定的范圍內(nèi)改善了鋼筋間隙通過性。普通混凝土澆筑時(shí)，需要通過振搗使新鮮混凝土液化(使其屈服值τo趨于零)流動(dòng)并填充到模板內(nèi)各處。高流動(dòng)新鮮混凝土由于本身屈服值τo小，所以施工過程中不用機(jī)械振搗和/或只需局部人工插搗就能達(dá)到填充密實(shí)和排氣的效果。
由于高流動(dòng)性新鮮混凝土的上述流變特性，傳統(tǒng)的坍落度試驗(yàn)不能全面地對其工作度進(jìn)行評價(jià)，因?yàn)榛炷撂涠戎饕Q于屈服值τo。大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)混凝土坍落度超過220mm后，對工作度的變化不再敏感，國內(nèi)外在用坍落度檢測高流動(dòng)性混凝土的工作度時(shí)，也有用量取新鮮混凝土擴(kuò)展后的縱橫向平均直徑，即坍落度流動(dòng)值來綜合評價(jià)。試驗(yàn)表明，坍落度流動(dòng)值克服了坍落度超過220mm后不敏感的缺點(diǎn)，較好反映了新鮮混凝土在無配筋或配筋稀少模板內(nèi)的填充性能。但是，坍落度流動(dòng)值的大小依然主要取決于屈服值τo，還是無法準(zhǔn)確反映出塑性粘度(塑性粘度)η對新鮮混凝土工作度(如鋼筋間隙通過性、布筋較密的模板填充性及可泵性等)的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同配比的高流動(dòng)性混凝土雖然坍落度流動(dòng)值沒有很大差異，但是由于塑性粘度η可能差異較大，其穩(wěn)定性、穿隙性、可泵性性能有不可忽略的差別。
鑒此有的還嘗試使用坍落擴(kuò)展的流動(dòng)速度來評價(jià)超流態(tài)混凝土的工作度。坍落度流動(dòng)速度指坍落度試驗(yàn)時(shí)新鮮混凝土完全擴(kuò)展或到某個(gè)直徑所需要的時(shí)間，從流變學(xué)的角度看，由于新鮮混凝土的流動(dòng)速度主要取決于新鮮混凝土的塑性粘度η，因此，從理論上它較好地反映超流態(tài)混凝土的工作度，但是實(shí)際試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，新鮮混凝土剛剛坍落時(shí)擴(kuò)展速度很大，隨著新鮮混凝土的流動(dòng)，速度逐漸減小，最后極緩慢地流動(dòng)直至停止，很難確定流動(dòng)停止的時(shí)刻，因此測量誤差較大。
此外還有很多混凝土工作度評價(jià)方法，如回轉(zhuǎn)粘度計(jì)試驗(yàn)、小球上浮試驗(yàn)、壓力泌水試驗(yàn)，日本、歐洲還發(fā)展采用了一些新的或改良的試驗(yàn)方法，如坍落擴(kuò)展度(Slump Flow)、L型箱、U型箱、V型漏斗、Orimet漏斗、障礙環(huán)、Kajima箱試驗(yàn)等等。但都存在一定局限性，最大的問題是測試值互比性差，操作不夠簡便，材料消耗大，每次試驗(yàn)后的清洗工作量非常之大，而且多種方法還有多參數(shù)信息冗余之嫌。因此不太適宜在試驗(yàn)室或尤其在施工現(xiàn)場用來評價(jià)高流動(dòng)性混凝土的工作度。
為方便地評價(jià)高流動(dòng)性混凝土工作性，因此需要探索建立一套高效的試驗(yàn)方法。高流動(dòng)性混凝土需要借助這些試驗(yàn)方法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)與現(xiàn)場質(zhì)量檢驗(yàn)，一般不希望同時(shí)采用多種試驗(yàn)方法來評價(jià)流動(dòng)性、穩(wěn)定性和穿隙性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種混凝土漿體流變性能通用試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)裝置，用該試驗(yàn)方法，借助計(jì)算工具分析評價(jià)不同混凝土細(xì)料，如水泥、摻合料的需水性，細(xì)料與減水劑適應(yīng)性，復(fù)合細(xì)料配伍適應(yīng)性以及漿體流變性能，進(jìn)而估計(jì)所配混凝土的工作性。主要用來對原材料和混凝土配伍進(jìn)行遴選和優(yōu)化。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)目的。
首先，鑒于本發(fā)明的技術(shù)背景，研制高流動(dòng)性混凝土漿體流變性能通用試驗(yàn)方法的指導(dǎo)思想為1)全面反映高流動(dòng)性新鮮混凝土的高流動(dòng)性、高穩(wěn)定性、高穿隙性，數(shù)據(jù)重演性好，參數(shù)越少越好。
2)盡量利用混凝土試驗(yàn)室現(xiàn)有裝備，降低設(shè)備采購費(fèi)用。
3)操作簡單快捷，清洗方便，材料損耗少。
為了考察集料對高流動(dòng)性混凝土流變性能的影響，特地制備了理想形狀，如完全球形、而且表面光滑、理想級配的集料進(jìn)行對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示，集料對高流動(dòng)性混凝土流變性能的影響并不敏感。
由于高流動(dòng)性混凝土的細(xì)料比較多，漿體體積甚至可占到40％，因此集料級配對流動(dòng)度的影響非常有限，也就是說漿體的流變性能基本決定了超流態(tài)混凝土性能。因此研發(fā)了本發(fā)明的試驗(yàn)裝置(見圖1、2)，期望在配合比階段以這個(gè)試驗(yàn)為主，節(jié)約材料和時(shí)間。
該試驗(yàn)裝置至少有四部分構(gòu)成量筒狀漏斗、帶刻度的瘦量杯、試驗(yàn)架和臺式計(jì)時(shí)器或設(shè)置自動(dòng)計(jì)時(shí)系統(tǒng)。1000ml量筒狀漏斗，500ml帶刻度的瘦量杯，試驗(yàn)架和臺式計(jì)時(shí)器(市售，精度0.1s)。必要時(shí)或設(shè)置自動(dòng)計(jì)時(shí)系統(tǒng)。透明量筒狀漏斗至少具有經(jīng)過計(jì)量的300ml和800ml刻度，漏斗嘴長60mm，漏斗出孔內(nèi)經(jīng)8mm，使用玻璃或透明聚甲基丙烯酸甲酯材料制作。透明瘦量杯至少具有經(jīng)過計(jì)量的500ml刻度，內(nèi)直徑70mm～80mm，使用玻璃或透明聚甲基丙烯酸甲酯材料制作，或使用截頭1000ml量筒。透明試驗(yàn)架的高度為400mm，寬度為400mm～450mm，深度方向約200mm，使用透明聚甲基丙烯酸甲酯板材制作。該裝置的20℃蒸餾水的標(biāo)定GP值為4.5s，試驗(yàn)絕對誤差±0.3s。
其次，設(shè)計(jì)了試驗(yàn)方法，具體有一、試驗(yàn)裝置與工具1)細(xì)料凈漿流變試驗(yàn)裝置。
2)計(jì)時(shí)器，精度0.1s；
3)漿體攪拌機(jī)；4)裝料匙(調(diào)羹)；5)稱量衡器，精度0.1g。
二、試驗(yàn)準(zhǔn)備1)所有試驗(yàn)用原材料必須存儲在試驗(yàn)室環(huán)境中(20±2℃)，時(shí)間至少一天；2)測定原材料的密度；3)稱取固體細(xì)料的體積約700ml，使最終的漿體體積略多于1000ml；4)根據(jù)選定的水與細(xì)料的體積比(VW/Vp，不同細(xì)料合理的變化范圍大致在0.5～1.5)備好拌合用水；5)驗(yàn)裝置擦凈擦干；6)調(diào)好漿體攪拌機(jī)的攪拌程序(60s低速，30s高速，90s停頓，60s高速)；7)攪拌鍋和攪拌翅濕潤并擦凈。
三、試驗(yàn)步驟1)加水到攪拌鍋，然后加入細(xì)料，再把攪拌鍋安裝到攪拌機(jī)中，最后按程序開動(dòng)攪拌機(jī)；2)攪拌停頓期間，用裝料匙刮下攪拌鍋邊緣的漿料，鍋底如有團(tuán)塊，則需要松動(dòng)和攪動(dòng)；3)攪拌結(jié)束，取下攪拌鍋，把800ml漿料裝入量筒狀漏斗；4)測量該儀器測定裝入漏斗型筒內(nèi)1000ml凈漿的其中500ml從Φ8口流入透明瘦量杯所需的時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果用GP值(單位s)表示。
最后，提出了計(jì)算機(jī)輔助分析方法，其特征包括1)以不同的體積水灰比分別測定GP值，即可得一曲線簇；2)越靠右的曲線表示獲得相同流動(dòng)度需要更大的用水量，摻有外加劑時(shí)表示兼容性較差；3)外加劑對該細(xì)料的飽和摻量根據(jù)測定GP值與不同摻量的關(guān)系進(jìn)行判斷；4)凈漿流動(dòng)度的靜置經(jīng)時(shí)損失可根據(jù)測定不同時(shí)間GP值進(jìn)行判斷；5)混合漿體的GP值根據(jù)單一材料的體積比及其GP值進(jìn)行疊加計(jì)算；6)混凝土的流變性能通過漿體的GP值及其在混凝土中的體積比估計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)以工作性和耐久性為主要目標(biāo)的混凝土配合比設(shè)計(jì)。
本發(fā)明顯著進(jìn)步和優(yōu)點(diǎn)在于
1)裝置簡單，通用性好；2)操作方便，清洗簡單，費(fèi)料少，試驗(yàn)時(shí)間短，進(jìn)行大量試驗(yàn)；3)測量參數(shù)單一，數(shù)據(jù)重演性好，數(shù)據(jù)便于利用(遴選原材料、漿體配合比計(jì)算、大流動(dòng)性混凝土配合比設(shè)計(jì))；4)試驗(yàn)值誤差小，將全面反映漿體的流變性能，符合固液混合相流變理論模型。


圖1是混凝土漿體流變性能通用試驗(yàn)裝置示意圖，圖中作了A-A剖視。
圖2是圖1的A-A剖視示意圖。
圖3是體積水灰比與GP值關(guān)系示例。
圖4是外加劑摻量對水泥凈漿流動(dòng)度的改善。
具體實(shí)施例方式
試驗(yàn)準(zhǔn)備包括(詳見上述一、二)1)制作混凝土漿體流變性能通用(細(xì)料凈漿流變)試驗(yàn)裝置；2)準(zhǔn)備其它必要工具和設(shè)備；3)試驗(yàn)材料準(zhǔn)備。
試驗(yàn)操作步驟詳見上述三。
實(shí)施例1某隧道接縫混凝土要求具有不振搗自密實(shí)性能，需要優(yōu)選初步選定的兩種水泥CEM II和CEM I。以不同的體積水灰比分別測定GP值，即可得一曲線簇，試驗(yàn)結(jié)果見圖3，顯然，越靠右的曲線表示獲得相同流動(dòng)度需要更大的用水量。因此本試驗(yàn)選定的水泥為CEM II，顯然后者需水量更小一些。
實(shí)施例2某跨海大橋箱梁混凝土已初步選定外加劑，需要考察水泥與外加劑的相容性。
水泥與外加劑的相容性主要考察水泥凈漿的三方面流變行為。首先是外加劑摻量對選定水泥之凈漿流動(dòng)度的改善效果(圖4)；再是該外加劑對該水泥的飽和摻量(圖4)；最后是凈漿流動(dòng)度的靜置經(jīng)時(shí)損失。通過多圖比較，本試驗(yàn)選定的外加劑是FM38。
權(quán)利要求
1.一種混凝土漿體流變性能通用試驗(yàn)裝置，其特征在于該試驗(yàn)裝置至少有四部分構(gòu)成量筒狀漏斗、帶刻度的瘦量杯、試驗(yàn)架和臺式計(jì)時(shí)器或設(shè)置自動(dòng)計(jì)時(shí)系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的混凝土漿體流變性能通用試驗(yàn)裝置，其特征是所述的量筒狀漏斗為1000ml，帶刻度的瘦量杯500ml；透明量筒狀漏斗至少計(jì)量為300ml和800ml刻度，漏斗嘴長60mm，漏斗出孔內(nèi)經(jīng)8mm，透明瘦量杯至少有計(jì)量的500ml刻度，內(nèi)直徑70mm～80mm，或使用截頭1000ml量筒，透明試驗(yàn)架的高度為400mm，寬度為400mm～450mm，深度方向約200mm。
3.混凝土漿體流變性能通用試驗(yàn)方法，其特征在于該方法借助計(jì)算工具分析評價(jià)不同混凝土細(xì)料，如水泥、摻合料的需水性，細(xì)料與減水劑適應(yīng)性，復(fù)合細(xì)料配伍適應(yīng)性以及漿體流變性能；所述的試驗(yàn)方法包括以下簡單的步驟1)水加至攪拌鍋，然后加入細(xì)料，體積1100ml～1200ml，再將攪拌鍋安裝到攪拌機(jī)中，按設(shè)計(jì)程序開動(dòng)攪拌機(jī)；2)攪拌停頓時(shí)，用裝料匙刮下攪拌鍋邊緣的漿料，鍋底如有團(tuán)塊，則需要松動(dòng)和攪動(dòng)；3)攪拌結(jié)束，取下攪拌鍋，將1000ml漿料裝入量筒狀漏斗；4)測定裝入漏斗型筒內(nèi)1000ml凈漿，其中500ml從Φ8口流入透明瘦量杯所需的時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果用GP值(單位s)表示。
全文摘要
涉及混凝土技術(shù)領(lǐng)域的一種混凝土漿體流變性能通用試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)要點(diǎn)是至少有四部分構(gòu)成量筒狀漏斗、帶刻度的瘦量杯、試驗(yàn)架和臺式計(jì)時(shí)器或設(shè)置自動(dòng)計(jì)時(shí)系統(tǒng)。該方法借助計(jì)算工具分析評價(jià)不同混凝土細(xì)料，復(fù)合細(xì)料配伍適應(yīng)性以及漿體流變性能。本發(fā)明解決了的配制高性能混凝土為主要指標(biāo)的配合比提供一種裝置簡單、操作方便、評價(jià)指標(biāo)明確的，能快速評價(jià)細(xì)料需水性、細(xì)料與減水劑適應(yīng)性、復(fù)合細(xì)料配伍適應(yīng)性、以及漿體流變性能的通用試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)快速大量地進(jìn)行，費(fèi)料少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用效率高。
文檔編號G01N1/28GK1904582SQ200610051880
公開日2007年1月31日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月9日
發(fā)明者干偉忠, 漢斯·帕斯門, 蘇月燕 申請人:寧波工程學(xué)院