高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置及成型方法
【专利摘要】一种高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置及成型方法，该试验装置的蜗杆减速器输入端连接单相电容运转异步电动机，输出端连接滚筒，滚筒通过轴承组固定在铁架上，无级电子调速器固定于无级电子调速器底座上，通过单相电容运转异步电动机提供动力，经蜗杆减速器减速后带动滚筒转动，通过无级电子调速器旋钮调节滚筒的转速，使装满水泥砂浆的圆柱形模具在合适的恒定慢速条件下旋转。该装置能够有效地防止水泥砂浆离析现象的发生，从而可以制备出水泥砂浆各组分分布更均匀且平均孔径和孔隙率相对较小、孔结构分布相对比较致密的高水胶比水泥砂浆试样。
【专利说明】
高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置及成型方法
一、技术领域
[0001]本发明涉及一种水泥砂浆试块成型试验装置及成型方法，具体是一种高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置及成型方法。
二、【背景技术】
[0002]水泥砂浆成型是指水泥砂浆经搅拌均匀后装入指定模具内直至完全失去可塑性及具有初始强度的过程。高水胶比是指水与胶凝材料质量比为0.50及以上的水胶比，影响水泥砂浆性能的主要因素为水泥砂浆内部的孔结构，而影响水泥砂浆孔结构的主要因素有水胶比、养护条件(养护条件主要包括温度、湿度、养护时间长短)、砂浆组分的特性等。而对于高水胶比水泥砂浆来说，除了上述影响因素之外，成型方法也会对水泥砂浆的孔结构产生影响，进而影响水泥砂浆的性能。
[0003]目前，水泥砂浆主要的成型方法有振捣法、静压法、振动压实法等，其中振捣法为实验室常用的水泥砂浆成型方法，主要过程为:首先将水泥砂浆搅拌均匀，之后将水泥砂浆分两次装入模具，每次的装料厚度大致相等，插捣方向从边缘向中心均匀进行，在插捣底部水泥砂浆时捣棒要达模具底部，在插捣上层混凝土拌合料时，捣棒要贯穿上层水泥砂浆插入下层20-30mm，插捣时捣棒要保持垂直，不得倾斜，然后用抹刀沿模具内壁插捣数次，插捣后用橡皮锤轻敲模具四周直至插捣棒留下空洞消失为止，之后将模具放于振动台上振动至表面出浆为止，最后刮平试模表面，竖直静置成型。然而，此类成型方法并不适用于高水胶比水泥砂浆，因为高水胶比水泥砂浆易在成型过程中出现组分离析现象，使得成型后水泥砂浆试块各处的均匀性较差，因此，以此类方法成型的试块难以有效分析高水胶比水泥砂浆的孔径分布及抗氯离子渗透情况。
[0004]因此，研发高水胶比水泥砂浆成型试验装置，使得成型后的水泥砂浆整体更均匀，对研究和评估水泥砂浆孔径分布和抗氯离子渗透能力具有重要的学术和工程意义。
三、
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置及成型方法，它能够通过水泥砂浆的成型试验有效获取均匀性良好的水泥砂浆试块。
[0006]本发明通过以下述技术方案实现上述目的:一种高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置，包括单相电容运转异步电动机、蜗杆减速器、无级电子调速器、轴承组、铁架和滚筒，具体结构和连接关系为:
[0007]所述蜗杆减速器输入端连接单相电容运转异步电动机，输出端连接滚筒，滚筒通过轴承组固定在铁架上，无级电子调速器固定于无级电子调速器底座上，通过单相电容运转异步电动机提供动力，经蜗杆减速器减速后带动滚筒转动，通过无级电子调速器旋钮调节滚筒的转速，使装满水泥砂浆的圆柱形模具在合适的恒定慢速条件下旋转。
[0008]所述滚筒由转轴包裹一定厚度的橡胶制备而成。
[0009]所述无级电子调速器为与单相电容运转异步电动机相匹配的无级电子调速器。
[0010]所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置的成型方法，包括如下步骤:将搅拌好的水泥砂浆装入圆柱形模具内，振实后用盖子密封，确保模具有良好的密封性，防止发生渗漏现象，将密封好的模具置于动态成型试验装置上，进行成型试验。
[0011]所述期望模内转动养护龄期为I天。
[0012]本发明的突出优点在于:
[0013]首次提出用于高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型的试验装置，能够有效地消除高水胶比水泥砂浆在成型过程中的离析现象，为制备出均匀性良好的水泥砂浆试块提供技术保障。
[0014]该设备能够同时放置多个水泥砂浆圆柱形模具，同时进行多组试样的动态成型。
[0015]能够通过无级电子调速器旋钮调控滚筒的旋转速度，获得内部结构均匀的高水胶比水泥砂浆试块。
[0016]研究结果表明，该成型方法能够制备出整体均匀性良好的水泥砂浆试块，为研究高水胶比水泥砂浆孔径分布及抗氯离子渗透能力奠定基础。
四、【附图说明】
[0017]图1是本发明所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置的结构示意图。
[0018]图2是本发明所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置的侧视图。
[0019]图3是实施例2中不同成型方法制备试块各层的孔隙率对比图。
[0020]图4是实施例2中不同成型方法制备试块各层的平均孔径对比图。
[0021]图5是实施例2中不同成型方法制备试块的孔隙率、平均孔径的变异系数对比图。
[0022]图6是实施例3中不同成型方法制备试块各层的孔隙率对比图。
[0023]图7是实施例3中不同成型方法制备试块各层的平均孔径对比图。
[0024]图8是实施例3中不同成型方法制备试块的孔隙率、平均孔径的变异系数对比图。
五、【具体实施方式】
[0025]以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述。
[0026]实施例1
[0027]对照图1和图2，本发明所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置，包括转动系统、动力系统和调速设备，具体结构和连接方式为:
[0028]所述转动系统由第一滚筒1、第二滚筒3、第三滚筒5、第一转轴2、第二转轴4、第三转轴6以及铁架7组成。第一滚筒1、第二滚筒3、和第三滚筒5分别通过轴承组18、轴承组19、轴承组20固定在铁架7上，第一滚筒I由第一转轴2包裹一定厚度的橡胶而成，第二滚筒3由第二转轴4包裹一定厚度的橡胶而成，第三滚筒5由第三转轴6包裹一定厚度的橡胶而成。第一滚筒1、第二滚筒3、第三滚筒5相互独立，第二滚筒3与动力系统相连接，为主动滚筒，第一滚筒I和第三滚筒5不连接动力系统，为从动滚筒。
[0029]所述动力系统由蜗杆减速器底座11、蜗杆减速器12、单相电容运转异步电动机13、转轴蜗杆减速器连接套15、蜗杆减速器单相电容运转异步电动机连接套16以及单相电容运转异步电动机和无级电子调速器共用底座17组成，第二转轴4通过转轴蜗杆减速器连接套15与蜗杆减速器12输出端相连，蜗杆减速器12输入端通过蜗杆减速器单相电容运转异步电动机连接套16与单相电容运转异步电动机13相连，蜗杆减速器12固定在蜗杆减速器底座11上、单相电容运转异步电动机13固定在单相电容运转异步电动机和无级电子调速器共用底座17上，由单相电容运转异步电动机提供动力经蜗杆减速器12带动滚筒3转动。
[0030]所述调速设备为无级电子调速器14，无级电子调速器固定在单相电容运转异步电动机和无级电子调速器共用底座17上，无级电子调速器14电源输出接口通过电线与单相电容运转异步电动机13相连，电源输入端通过插头与220V交流电插座相连。
[0031]装满水泥砂浆的密封模具21、装满水泥砂浆的密封模具22。
[0032]实施例2
[0033]本实施例为采用本发明所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置的不同成型方法的具体实例，包括以下步骤:
[0034]1、制备水泥砂浆浆体:
[0035]设计单方胶凝材料总用量为400kg/m3，水胶比为0.50，砂浆中水泥浆体与骨料(ISO标准砂)的体积比为I: I，此时水:水泥:砂的质量比为1:2:4.32,按此砂浆的配合比，准确称取各原材料的用量(去离子水312.5g、水泥625g、标准砂1350g)，然后加入行星式砂浆搅拌机(IS0679)中进行搅拌，搅拌过程如下:
[0036]将称量好的去离子水和水泥依次加入搅拌锅内，然后将搅拌锅固定在固定器上，并上升至固定位置；
[0037]开动机器，先低速搅拌60s，同时自动将标准砂加入搅拌锅中，然后再高速搅拌30s后停止搅拌90s;
[0038]在停止搅拌90s过程中降下固定器，卸下搅拌锅，用胶皮刮具将搅拌叶片上附着的水泥砂浆刮入搅拌锅内，并手动铲松附着在锅底部原材料，之后再次将搅拌锅固定在固定器上，并上升至固定位置；
[0039 ] 继续高速搅拌60s后，搅拌结束，降下固定器，卸下搅拌锅，取出砂楽。
[0040] 2、水泥砂浆成型:
[0041 ]取六个φ 80 X 55mm的圆柱形模具，三个一组，将搅拌好的每锅水泥砂浆依次装入六个模具内，其中一组试样振动完成后刮平表面，竖直静置成型，另一组试样振动完成后刮平表面，盖上模具盖子(密封性要好，防止发生渗漏现象)，将装有砂浆的塑料模具横放在动态成型试验装置的滚筒上，打开动态成型试验装置的电源开关，调节滚筒转速为0.lr/min，进行动态成型。
[0042 ] 3、水泥砂浆试块养护、测孔径分布:
[0043]上述各试块在成型24h后脱模，放入养护温度为20± 2 °C的养护室内水浴养护，分别养护至7d龄期后，从上表面开始，沿着试块不同高度进行完整切片，每一层切片的厚度为6mm，共切取6层(分别用“1、2...6”表示)，使用汞压力测孔法(MIP)测定砂浆试块各切层的孔径分布。
[0044]4、计算各切层的孔隙率、平均孔径及相应的变异系数:
[0045]本实验对水胶比为0.50、养护龄期为7d的砂浆试块进行了孔径分布的研究，得到孔隙率、平均孔径、变异系数情况如图3、图4、图5所示，由图3、图4可知，竖直静置成型试块各层的孔隙率、平均孔径值随切割深度的增加而增加，而动态成型试块各层的孔隙率、平均孔径值基本保持不变，由计算得出竖直静置成型试块孔隙率均值为20.9%，而动态成型试块孔隙率均值只有12.4%，竖直静置成型试块平均孔径均值为122.lnm，而动态成型试块平均孔径均值只有54.7nm，由图5可以看出，竖直静置成型试块孔隙率变异系数值为0.56，而动态成型试块孔隙率变异系数值只有0.021，竖直静置成型试块平均孔径变异系数值为
0.87，而动态成型试块平均孔径变异系数值只有0.026。综上分析可得动态成型试块孔隙率、平均孔径的离散度显著低于竖直静置成型试块孔隙率、平均孔径的离散度，因此，动态成型的高水胶比水泥砂浆试块整体均匀性更好。
[0046]实施例3
[0047]本实施例为采用本发明所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置的不同成型方法的又一具体实例，包括以下步骤:
[0048]1、制备水泥砂浆浆体:
[0049]设计单方胶凝材料总用量为400kg/m3，水胶比为0.50，砂浆中水泥浆体与骨料(ISO标准砂)的体积比为1:1，粉煤灰替代水泥量为30 %，此时水:水泥:粉煤灰:砂的质量比为1: 1.4:0.6:4.495，按此砂浆的配合比，准确称取各原材料的用量(去离子水300.3g、水泥420.58、粉煤灰180.28、标准砂135(^)，然后加入行星式砂浆搅拌机(130679)中进行搅拌，搅拌过程如下:
[0050]将称量好的去离子水、水泥和粉煤灰依次加入搅拌锅内，然后将搅拌锅固定在固定器上，并上升至固定位置；
[0051]开动机器，先低速搅拌60s，同时自动将标准砂加入搅拌锅中，然后再高速搅拌30s后停止搅拌90s;
[0052]在停止搅拌90s过程中降下固定器，卸下搅拌锅，用胶皮刮具将搅拌叶片上附着的水泥砂浆刮入搅拌锅内，并手动铲松附着在锅底部原材料，之后再次将搅拌锅固定在固定器上，并上升至固定位置；
[0053 ] 继续高速搅拌60s后，搅拌结束，降下固定器，卸下搅拌锅，取出砂楽。
[0054]2、水泥砂浆浆体成型:
[0055]取六个φ80 X 55mm的圆柱形模具，三个一组，将搅拌好的每锅水泥砂浆装依次入六个模具内，其中一组试样振动完后刮平表面，竖直静置成型，另一组试样振动完成后刮平表面，盖上模具盖子(密封性要好，防止发生渗漏现象)，将装满砂浆的圆柱形模具横着放在动态成型试验装置两个滚筒之间，打开动态成型试验装置的电源开关，调节滚筒转速为
0.lr/min，进行动态成型。
[0056]3、水泥砂浆试块养护、测孔径分布:
[0057]上述各试块在成型24h后脱模，放入养护温度为20土 2 V的养护室内水浴养护，分别养护至7d龄期后，从上表面开始，沿着试块不同高度进行完整切片，每一层切片的厚度为6mm，共切取6层(分别用“1、2...6”表示)，使用汞压力测孔法(MIP)测定砂浆试块各切层的孔径分布。
[0058]4、计算各切层的孔隙率、平均孔径及相应的变异系数:
[0059]本实验对水胶比为0.50、养护龄期为7d、掺粉煤灰的砂浆试块进行了孔径分布的研究，得到孔隙率、平均孔径、变异系数情如图6、图7、图8所示，由图6、图7可知，竖直静置成型试块各层的孔隙率、平均孔径值随切割深度的增加而增加，而动态成型试块各层的孔隙率、平均孔径值基本保持不变，由计算得出竖直静置成型试块孔隙率均值为21.6%，而动态成型试块孔隙率均值只有14.5%，竖直静置成型试块平均孔径均值为119nm，而动态成型试块平均孔径均值只有45.5nm，由图8可计算出，竖直静置成型试块孔隙率变异系数值为
0.44，而动态成型试块孔隙率变异系数值只有0.021，竖直静置成型试块平均孔径变异系数值为0.89，而动态成型试块平均孔径变异系数值只有0.02。综上分析可得动态成型试块孔隙率、平均孔径的离散度显著低于竖直静置成型试块孔隙率、平均孔径的离散度，因此，动态成型的高水胶比水泥砂浆试块整体均匀性更好。
【主权项】
1.一种高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置，包括单相电容运转异步电动机、蜗杆减速器、无级电子调速器、轴承组、铁架和滚筒，其特征在于，具体结构和连接关系为: 所述蜗杆减速器输入端连接单相电容运转异步电动机，输出端连接滚筒，滚筒通过轴承组固定在铁架上，无级电子调速器固定于无级电子调速器底座上，通过单相电容运转异步电动机提供动力，经蜗杆减速器减速后带动滚筒转动，通过无级电子调速器旋钮调节滚筒的转速，使装满水泥砂浆的圆柱形模具在合适的恒定慢速条件下旋转。2.根据权利要求1所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置，其特征在于，所述滚筒由转轴包裹一定厚度的橡胶制备而成。3.根据权利要求1所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置，其特征在于，所述无级电子调速器为与单相电容运转异步电动机相匹配的无级电子调速器。4.一种用于权利要求1所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置的成型方法，其特征在于，包括如下步骤:将搅拌好的水泥砂浆装入圆柱形模具内，振实后用盖子密封，确保模具有良好的密封性，防止发生渗漏现象，将密封好的模具置于动态成型试验装置上，进行成型试验。5.根据权利要求3所述的高水胶比水泥砂浆圆柱形试块动态成型试验装置的成型方法，其特征在于，所述期望模内转动养护龄期为I天。
【文档编号】G01N33/38GK106053173SQ201610462462
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】冯庆革, 李浩璇, 杜克, 王孝英, 张国怀, 谢小利
【申请人】广西大学