高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置及成型方法
【專利摘要】一種高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置及成型方法，該試驗(yàn)裝置的蝸桿減速器輸入端連接單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)，輸出端連接滾筒，滾筒通過軸承組固定在鐵架上，無級電子調(diào)速器固定于無級電子調(diào)速器底座上，通過單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)提供動力，經(jīng)蝸桿減速器減速后帶動滾筒轉(zhuǎn)動，通過無級電子調(diào)速器旋鈕調(diào)節(jié)滾筒的轉(zhuǎn)速，使裝滿水泥砂漿的圓柱形模具在合適的恒定慢速條件下旋轉(zhuǎn)。該裝置能夠有效地防止水泥砂漿離析現(xiàn)象的發(fā)生，從而可以制備出水泥砂漿各組分分布更均勻且平均孔徑和孔隙率相對較小、孔結(jié)構(gòu)分布相對比較致密的高水膠比水泥砂漿試樣。
【專利說明】
高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置及成型方法
一、技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種水泥砂漿試塊成型試驗(yàn)裝置及成型方法，具體是一種高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置及成型方法。
二、【背景技術(shù)】
[0002]水泥砂漿成型是指水泥砂漿經(jīng)攪拌均勻后裝入指定模具內(nèi)直至完全失去可塑性及具有初始強(qiáng)度的過程。高水膠比是指水與膠凝材料質(zhì)量比為0.50及以上的水膠比，影響水泥砂漿性能的主要因素為水泥砂漿內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，而影響水泥砂漿孔結(jié)構(gòu)的主要因素有水膠比、養(yǎng)護(hù)條件(養(yǎng)護(hù)條件主要包括溫度、濕度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長短)、砂漿組分的特性等。而對于高水膠比水泥砂漿來說，除了上述影響因素之外，成型方法也會對水泥砂漿的孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響水泥砂漿的性能。
[0003]目前，水泥砂漿主要的成型方法有振搗法、靜壓法、振動壓實(shí)法等，其中振搗法為實(shí)驗(yàn)室常用的水泥砂漿成型方法，主要過程為:首先將水泥砂漿攪拌均勻，之后將水泥砂漿分兩次裝入模具，每次的裝料厚度大致相等，插搗方向從邊緣向中心均勻進(jìn)行，在插搗底部水泥砂漿時(shí)搗棒要達(dá)模具底部，在插搗上層混凝土拌合料時(shí)，搗棒要貫穿上層水泥砂漿插入下層20-30mm，插搗時(shí)搗棒要保持垂直，不得傾斜，然后用抹刀沿模具內(nèi)壁插搗數(shù)次，插搗后用橡皮錘輕敲模具四周直至插搗棒留下空洞消失為止，之后將模具放于振動臺上振動至表面出漿為止，最后刮平試模表面，豎直靜置成型。然而，此類成型方法并不適用于高水膠比水泥砂漿，因?yàn)楦咚z比水泥砂漿易在成型過程中出現(xiàn)組分離析現(xiàn)象，使得成型后水泥砂漿試塊各處的均勻性較差，因此，以此類方法成型的試塊難以有效分析高水膠比水泥砂漿的孔徑分布及抗氯離子滲透情況。
[0004]因此，研發(fā)高水膠比水泥砂漿成型試驗(yàn)裝置，使得成型后的水泥砂漿整體更均勻，對研究和評估水泥砂漿孔徑分布和抗氯離子滲透能力具有重要的學(xué)術(shù)和工程意義。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置及成型方法，它能夠通過水泥砂漿的成型試驗(yàn)有效獲取均勻性良好的水泥砂漿試塊。
[0006]本發(fā)明通過以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的:一種高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置，包括單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)、蝸桿減速器、無級電子調(diào)速器、軸承組、鐵架和滾筒，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:
[0007]所述蝸桿減速器輸入端連接單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)，輸出端連接滾筒，滾筒通過軸承組固定在鐵架上，無級電子調(diào)速器固定于無級電子調(diào)速器底座上，通過單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)提供動力，經(jīng)蝸桿減速器減速后帶動滾筒轉(zhuǎn)動，通過無級電子調(diào)速器旋鈕調(diào)節(jié)滾筒的轉(zhuǎn)速，使裝滿水泥砂漿的圓柱形模具在合適的恒定慢速條件下旋轉(zhuǎn)。
[0008]所述滾筒由轉(zhuǎn)軸包裹一定厚度的橡膠制備而成。
[0009]所述無級電子調(diào)速器為與單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)相匹配的無級電子調(diào)速器。
[0010]所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的成型方法，包括如下步驟:將攪拌好的水泥砂漿裝入圓柱形模具內(nèi)，振實(shí)后用蓋子密封，確保模具有良好的密封性，防止發(fā)生滲漏現(xiàn)象，將密封好的模具置于動態(tài)成型試驗(yàn)裝置上，進(jìn)行成型試驗(yàn)。
[0011]所述期望模內(nèi)轉(zhuǎn)動養(yǎng)護(hù)齡期為I天。
[0012]本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013]首次提出用于高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型的試驗(yàn)裝置，能夠有效地消除高水膠比水泥砂漿在成型過程中的離析現(xiàn)象，為制備出均勻性良好的水泥砂漿試塊提供技術(shù)保障。
[0014]該設(shè)備能夠同時(shí)放置多個水泥砂漿圓柱形模具，同時(shí)進(jìn)行多組試樣的動態(tài)成型。
[0015]能夠通過無級電子調(diào)速器旋鈕調(diào)控滾筒的旋轉(zhuǎn)速度，獲得內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻的高水膠比水泥砂漿試塊。
[0016]研究結(jié)果表明，該成型方法能夠制備出整體均勻性良好的水泥砂漿試塊，為研究高水膠比水泥砂漿孔徑分布及抗氯離子滲透能力奠定基礎(chǔ)。
四、【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的側(cè)視圖。
[0019]圖3是實(shí)施例2中不同成型方法制備試塊各層的孔隙率對比圖。
[0020]圖4是實(shí)施例2中不同成型方法制備試塊各層的平均孔徑對比圖。
[0021]圖5是實(shí)施例2中不同成型方法制備試塊的孔隙率、平均孔徑的變異系數(shù)對比圖。
[0022]圖6是實(shí)施例3中不同成型方法制備試塊各層的孔隙率對比圖。
[0023]圖7是實(shí)施例3中不同成型方法制備試塊各層的平均孔徑對比圖。
[0024]圖8是實(shí)施例3中不同成型方法制備試塊的孔隙率、平均孔徑的變異系數(shù)對比圖。
五、【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0026]實(shí)施例1
[0027]對照圖1和圖2，本發(fā)明所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置，包括轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和調(diào)速設(shè)備，具體結(jié)構(gòu)和連接方式為:
[0028]所述轉(zhuǎn)動系統(tǒng)由第一滾筒1、第二滾筒3、第三滾筒5、第一轉(zhuǎn)軸2、第二轉(zhuǎn)軸4、第三轉(zhuǎn)軸6以及鐵架7組成。第一滾筒1、第二滾筒3、和第三滾筒5分別通過軸承組18、軸承組19、軸承組20固定在鐵架7上，第一滾筒I由第一轉(zhuǎn)軸2包裹一定厚度的橡膠而成，第二滾筒3由第二轉(zhuǎn)軸4包裹一定厚度的橡膠而成，第三滾筒5由第三轉(zhuǎn)軸6包裹一定厚度的橡膠而成。第一滾筒1、第二滾筒3、第三滾筒5相互獨(dú)立，第二滾筒3與動力系統(tǒng)相連接，為主動滾筒，第一滾筒I和第三滾筒5不連接動力系統(tǒng)，為從動滾筒。
[0029]所述動力系統(tǒng)由蝸桿減速器底座11、蝸桿減速器12、單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)13、轉(zhuǎn)軸蝸桿減速器連接套15、蝸桿減速器單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)連接套16以及單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)和無級電子調(diào)速器共用底座17組成，第二轉(zhuǎn)軸4通過轉(zhuǎn)軸蝸桿減速器連接套15與蝸桿減速器12輸出端相連，蝸桿減速器12輸入端通過蝸桿減速器單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)連接套16與單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)13相連，蝸桿減速器12固定在蝸桿減速器底座11上、單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)13固定在單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)和無級電子調(diào)速器共用底座17上，由單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)提供動力經(jīng)蝸桿減速器12帶動滾筒3轉(zhuǎn)動。
[0030]所述調(diào)速設(shè)備為無級電子調(diào)速器14，無級電子調(diào)速器固定在單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)和無級電子調(diào)速器共用底座17上，無級電子調(diào)速器14電源輸出接口通過電線與單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)13相連，電源輸入端通過插頭與220V交流電插座相連。
[0031]裝滿水泥砂漿的密封模具21、裝滿水泥砂漿的密封模具22。
[0032]實(shí)施例2
[0033]本實(shí)施例為采用本發(fā)明所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的不同成型方法的具體實(shí)例，包括以下步驟:
[0034]1、制備水泥砂漿漿體:
[0035]設(shè)計(jì)單方膠凝材料總用量為400kg/m3，水膠比為0.50，砂漿中水泥漿體與骨料(ISO標(biāo)準(zhǔn)砂)的體積比為I: I，此時(shí)水:水泥:砂的質(zhì)量比為1:2:4.32,按此砂漿的配合比，準(zhǔn)確稱取各原材料的用量(去離子水312.5g、水泥625g、標(biāo)準(zhǔn)砂1350g)，然后加入行星式砂漿攪拌機(jī)(IS0679)中進(jìn)行攪拌，攪拌過程如下:
[0036]將稱量好的去離子水和水泥依次加入攪拌鍋內(nèi)，然后將攪拌鍋固定在固定器上，并上升至固定位置；
[0037]開動機(jī)器，先低速攪拌60s，同時(shí)自動將標(biāo)準(zhǔn)砂加入攪拌鍋中，然后再高速攪拌30s后停止攪拌90s;
[0038]在停止攪拌90s過程中降下固定器，卸下攪拌鍋，用膠皮刮具將攪拌葉片上附著的水泥砂漿刮入攪拌鍋內(nèi)，并手動鏟松附著在鍋底部原材料，之后再次將攪拌鍋固定在固定器上，并上升至固定位置；
[0039 ] 繼續(xù)高速攪拌60s后，攪拌結(jié)束，降下固定器，卸下攪拌鍋，取出砂楽。
[0040] 2、水泥砂漿成型:
[0041 ]取六個φ 80 X 55mm的圓柱形模具，三個一組，將攪拌好的每鍋水泥砂漿依次裝入六個模具內(nèi)，其中一組試樣振動完成后刮平表面，豎直靜置成型，另一組試樣振動完成后刮平表面，蓋上模具蓋子(密封性要好，防止發(fā)生滲漏現(xiàn)象)，將裝有砂漿的塑料模具橫放在動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的滾筒上，打開動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的電源開關(guān)，調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速為0.lr/min，進(jìn)行動態(tài)成型。
[0042 ] 3、水泥砂漿試塊養(yǎng)護(hù)、測孔徑分布:
[0043]上述各試塊在成型24h后脫模，放入養(yǎng)護(hù)溫度為20± 2 °C的養(yǎng)護(hù)室內(nèi)水浴養(yǎng)護(hù)，分別養(yǎng)護(hù)至7d齡期后，從上表面開始，沿著試塊不同高度進(jìn)行完整切片，每一層切片的厚度為6mm，共切取6層(分別用“1、2...6”表示)，使用汞壓力測孔法(MIP)測定砂漿試塊各切層的孔徑分布。
[0044]4、計(jì)算各切層的孔隙率、平均孔徑及相應(yīng)的變異系數(shù):
[0045]本實(shí)驗(yàn)對水膠比為0.50、養(yǎng)護(hù)齡期為7d的砂漿試塊進(jìn)行了孔徑分布的研究，得到孔隙率、平均孔徑、變異系數(shù)情況如圖3、圖4、圖5所示，由圖3、圖4可知，豎直靜置成型試塊各層的孔隙率、平均孔徑值隨切割深度的增加而增加，而動態(tài)成型試塊各層的孔隙率、平均孔徑值基本保持不變，由計(jì)算得出豎直靜置成型試塊孔隙率均值為20.9%，而動態(tài)成型試塊孔隙率均值只有12.4%，豎直靜置成型試塊平均孔徑均值為122.lnm，而動態(tài)成型試塊平均孔徑均值只有54.7nm，由圖5可以看出，豎直靜置成型試塊孔隙率變異系數(shù)值為0.56，而動態(tài)成型試塊孔隙率變異系數(shù)值只有0.021，豎直靜置成型試塊平均孔徑變異系數(shù)值為
0.87，而動態(tài)成型試塊平均孔徑變異系數(shù)值只有0.026。綜上分析可得動態(tài)成型試塊孔隙率、平均孔徑的離散度顯著低于豎直靜置成型試塊孔隙率、平均孔徑的離散度，因此，動態(tài)成型的高水膠比水泥砂漿試塊整體均勻性更好。
[0046]實(shí)施例3
[0047]本實(shí)施例為采用本發(fā)明所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的不同成型方法的又一具體實(shí)例，包括以下步驟:
[0048]1、制備水泥砂漿漿體:
[0049]設(shè)計(jì)單方膠凝材料總用量為400kg/m3，水膠比為0.50，砂漿中水泥漿體與骨料(ISO標(biāo)準(zhǔn)砂)的體積比為1:1，粉煤灰替代水泥量為30 %，此時(shí)水:水泥:粉煤灰:砂的質(zhì)量比為1: 1.4:0.6:4.495，按此砂漿的配合比，準(zhǔn)確稱取各原材料的用量(去離子水300.3g、水泥420.58、粉煤灰180.28、標(biāo)準(zhǔn)砂135(^)，然后加入行星式砂漿攪拌機(jī)(130679)中進(jìn)行攪拌，攪拌過程如下:
[0050]將稱量好的去離子水、水泥和粉煤灰依次加入攪拌鍋內(nèi)，然后將攪拌鍋固定在固定器上，并上升至固定位置；
[0051]開動機(jī)器，先低速攪拌60s，同時(shí)自動將標(biāo)準(zhǔn)砂加入攪拌鍋中，然后再高速攪拌30s后停止攪拌90s;
[0052]在停止攪拌90s過程中降下固定器，卸下攪拌鍋，用膠皮刮具將攪拌葉片上附著的水泥砂漿刮入攪拌鍋內(nèi)，并手動鏟松附著在鍋底部原材料，之后再次將攪拌鍋固定在固定器上，并上升至固定位置；
[0053 ] 繼續(xù)高速攪拌60s后，攪拌結(jié)束，降下固定器，卸下攪拌鍋，取出砂楽。
[0054]2、水泥砂漿漿體成型:
[0055]取六個φ80 X 55mm的圓柱形模具，三個一組，將攪拌好的每鍋水泥砂漿裝依次入六個模具內(nèi)，其中一組試樣振動完后刮平表面，豎直靜置成型，另一組試樣振動完成后刮平表面，蓋上模具蓋子(密封性要好，防止發(fā)生滲漏現(xiàn)象)，將裝滿砂漿的圓柱形模具橫著放在動態(tài)成型試驗(yàn)裝置兩個滾筒之間，打開動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的電源開關(guān)，調(diào)節(jié)滾筒轉(zhuǎn)速為
0.lr/min，進(jìn)行動態(tài)成型。
[0056]3、水泥砂漿試塊養(yǎng)護(hù)、測孔徑分布:
[0057]上述各試塊在成型24h后脫模，放入養(yǎng)護(hù)溫度為20土 2 V的養(yǎng)護(hù)室內(nèi)水浴養(yǎng)護(hù)，分別養(yǎng)護(hù)至7d齡期后，從上表面開始，沿著試塊不同高度進(jìn)行完整切片，每一層切片的厚度為6mm，共切取6層(分別用“1、2...6”表示)，使用汞壓力測孔法(MIP)測定砂漿試塊各切層的孔徑分布。
[0058]4、計(jì)算各切層的孔隙率、平均孔徑及相應(yīng)的變異系數(shù):
[0059]本實(shí)驗(yàn)對水膠比為0.50、養(yǎng)護(hù)齡期為7d、摻粉煤灰的砂漿試塊進(jìn)行了孔徑分布的研究，得到孔隙率、平均孔徑、變異系數(shù)情如圖6、圖7、圖8所示，由圖6、圖7可知，豎直靜置成型試塊各層的孔隙率、平均孔徑值隨切割深度的增加而增加，而動態(tài)成型試塊各層的孔隙率、平均孔徑值基本保持不變，由計(jì)算得出豎直靜置成型試塊孔隙率均值為21.6%，而動態(tài)成型試塊孔隙率均值只有14.5%，豎直靜置成型試塊平均孔徑均值為119nm，而動態(tài)成型試塊平均孔徑均值只有45.5nm，由圖8可計(jì)算出，豎直靜置成型試塊孔隙率變異系數(shù)值為
0.44，而動態(tài)成型試塊孔隙率變異系數(shù)值只有0.021，豎直靜置成型試塊平均孔徑變異系數(shù)值為0.89，而動態(tài)成型試塊平均孔徑變異系數(shù)值只有0.02。綜上分析可得動態(tài)成型試塊孔隙率、平均孔徑的離散度顯著低于豎直靜置成型試塊孔隙率、平均孔徑的離散度，因此，動態(tài)成型的高水膠比水泥砂漿試塊整體均勻性更好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置，包括單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)、蝸桿減速器、無級電子調(diào)速器、軸承組、鐵架和滾筒，其特征在于，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為: 所述蝸桿減速器輸入端連接單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)，輸出端連接滾筒，滾筒通過軸承組固定在鐵架上，無級電子調(diào)速器固定于無級電子調(diào)速器底座上，通過單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)提供動力，經(jīng)蝸桿減速器減速后帶動滾筒轉(zhuǎn)動，通過無級電子調(diào)速器旋鈕調(diào)節(jié)滾筒的轉(zhuǎn)速，使裝滿水泥砂漿的圓柱形模具在合適的恒定慢速條件下旋轉(zhuǎn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述滾筒由轉(zhuǎn)軸包裹一定厚度的橡膠制備而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述無級電子調(diào)速器為與單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)相匹配的無級電子調(diào)速器。4.一種用于權(quán)利要求1所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的成型方法，其特征在于，包括如下步驟:將攪拌好的水泥砂漿裝入圓柱形模具內(nèi)，振實(shí)后用蓋子密封，確保模具有良好的密封性，防止發(fā)生滲漏現(xiàn)象，將密封好的模具置于動態(tài)成型試驗(yàn)裝置上，進(jìn)行成型試驗(yàn)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高水膠比水泥砂漿圓柱形試塊動態(tài)成型試驗(yàn)裝置的成型方法，其特征在于，所述期望模內(nèi)轉(zhuǎn)動養(yǎng)護(hù)齡期為I天。
【文檔編號】G01N33/38GK106053173SQ201610462462
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】馮慶革, 李浩璇, 杜克, 王孝英, 張國懷, 謝小利
【申請人】廣西大學(xué)