施工现场混凝土流变性动态检测方法操作内容

《施工现场混凝土流变性动态检测方法》步骤为：

首先，安装调试测试仪，使测试仪的料盒运动到采样位置时，正位于搅拌机出料口下方；

然后，开始采样，从搅拌机出料口处自动采集混凝土拌合物试样，测试采集的混凝土拌合物试样的温度T_j，以及i档不同转速n_j下的旋转扭距M_ji，j为一共需测试的混凝土拌合物试样数，i＝1，2，……11，i为同一个试样由60转/分钟～200转/分钟～60转/分钟之间转速变换次数，以这种方法连续采集j个试样，温度

取算术平均表示为

，得到一组混凝土拌合物j个测试试样的

，将采集的数据储存在单片机MSP430中。为保证施工现场测试方便，在单片机控制系统内设置了自动采集存储系统，最多可存储12，500个数据，可以连续获取采集数据，既可以联机在线测试，也可以间断读取测试数据，从而便于自动测试系统的连续工作。其中，所述的不同转速n_i是指从60转/分钟～200转/分钟的转速之间，由低到高，再由高到低变化的转速，比如由60转/分钟～90转/分钟-120转/分钟～150转/分钟-180转/分钟～200转/分钟～180转/分钟-150转/分钟～120转/分钟-90转/分钟～60转/分钟转动。

最后，将单片机中储存的数据传输到上位机中进行数据分析，根据所得旋转扭矩M_ji，由公式

计算出剪切应力τ_ji，式中：D-十字型搅拌轴的直径：h-旋转叶片长度：M_ji-第j个试样第i档时的旋转扭矩，π-3.14；根据转速n_i，由公式（10）计算出剪切速率γ_i，将同一转速n_i下测得的j个试样对应档的τ_ji数据取平均，得到剪切速率γ_i和平均剪切应力τ_ji关系，根据计算的剪切速率γ_i和平均剪切应力τ_ji关系绘制出混凝土的流变曲线图，通过曲线拟合获得一直线

得到

，其中τ₀为浇注前流态混凝土

条件下的剪应力屈服值、η_p为

条件下浆体的塑性粘度，从而可以分析液态混凝土的流变性；根据不同转速n_i下的剪切速率γ_i和平均剪切应力

关系，获得流态混凝土的触变滞回曲线图，通过曲线拟合得到上下两个曲线函数

、

，再积分得混凝土滞后环面积S，从而分析流态混凝土的触变性，用同样的方法测得若干组的混凝土试样的流变性和触变性以及温度参数。

从搅拌机出料口处自动采集混凝土拌合物试样，测试采集的混凝土拌合物试样的温度T_j，以及同一温度T_j下的，不同转速n_i下的旋转扭距M_ji的具体步骤为：测试开始后，料盒运动至搅拌机出料口下方接取待测混凝土拌合物试样，接取完毕，料盒后退离开搅拌机出料口下方，温度传感器测试温度T_j，同时料盒内的十字型搅拌轴开始以不同转速由低到高，再由高到低的变速搅拌，速度范围为60转/分钟～200转/分钟，比如由60转/分钟～90转/分钟-120转/分钟～150转/分钟-180转/分钟～200转/分钟～180转/分钟-150转/分钟～120转/分钟-90转/分钟～60转/分钟转动，扭矩传感器同时测出旋转扭矩M_ji，测试完毕料盒闸门开，浆料流出，再次采样。

该发明中所使用的测试仪如图5～7所示，主要由扭矩传感器1、步进电机2、轨道电机3、传动齿轮4、齿条5、十字型搅拌轴6、料盒启闭电机7、滑轮8、行程开关（含接触杆）9、联轴器10、继电器11、料盒刮板12、MSP430单片机控制器13、断电保护开关14、24V电源15、稳压器16、调节器17、温度传感器18、导轨19、导轮20、旋转叶片21、旋转轴22、固定螺丝23、料盒24和滤网25组成。测试仪的支架顶部设有一对相互平行的导轨19，导轨19上设有导轮20、料盒24和料盒刮板12，在导轨19上还设有前后行程开关9，以控制料盒运动的极限位置。在导轨上方平行于导轨设有齿条5，齿条5通过传动齿轮4和轨道电机3连接。料盒24上设有滤网25，料盒24内设有平卧十字型搅拌轴6，平卧十字型搅拌轴6通过联轴器10与步进电机2连接，在联轴器上设有扭矩传感器1，在料盒24上还设有温度传感器18，料盒24通过滑轮8和料盒启闭电机7连接用来控制料盒24底部的闸门开关卸料。平卧十字型搅拌轴6由旋转轴22、旋转叶片21组成，旋转叶片21通过固定螺丝23固定在旋转轴22上。料盒24通过传动齿轮4、齿条5在轨道电机3的带动下可以沿导轨19滑动。为了保证整个装置的正常运行，在测试仪支架上还设有继电器11、MSP430单片机控制器13、断电保护开关14、电源15、稳压器16、调节器17。

测试工作开始，启动开始按钮，指示灯亮，料盒24通过传动齿轮4、齿条5在轨道电机3的带动下前进，至导轨19顶端时即出料口处，接触到行程开关9，停止前进开始接料，流态混凝土通过滤网25滤去超大粒径骨料进入料盒24，料盒24停止20秒后后退，滤网25上多余混凝土通过料盒刮板12刮去，至接触到行程开关9后停止后退，通过料盒24内安置的温度传感器18测出混凝土温度指标，同时，十字型搅拌轴6在步进电机2带动下由60转/分钟～90转/分钟-120转/分钟～150转/分钟-180转/分钟～200转/分钟～180转/分钟-150转/分钟～120转/分钟-90转/分钟～60转/分钟转动，转动所需转动扭矩由扭矩传感器1测出，以电压表示，显示并储存在MSP430单片机控制器13上，测试完毕，料盒启闭电机7开，料盒底部的闸门开，浆料流出，卸料过程持续约10秒，料盒启闭电机7关，延时7秒后料盒底部闸门关，延时5秒后一次循环结束进而进入下一次循环。

施工现场混凝土流变性动态检测方法实施案例

实施例1

应用实例：测试j＝1，2……5共5个试样的两种不同配合比下的流变参数和触变滞回曲线间的面积各一组，配合比如下表：

表1：混凝土配合比

水灰比W/C	水W	水泥C	砂率Sp	砂子S	减水剂	石子G	容重
0.40	200	500	35%	595	0.5%	1105	2400
0.45	200	444	35%	615	0.5%	1141	2400

1.测试获取的扭矩值和对应的转速如下表：

表2：W/C＝0.40流态混凝土对应转速的扭矩

转速ni=1，2，......11（转/分钟）	扭矩值（用电压表示伏）Mj=1，2...5i=1，2...11
n1=60	0.57	0.49	0.54	0.51	0.49
n2=90	0.73	0.68	0.70	0.71	0.68
n3=120	0.85	0.81	0.80	0.77	0.71
n4=150	0.88	0.87	0.77	0.84	0.81
n5=180	0.97	0.93	0.93	0.87	0.9
n6=200	0.91	0.89	0.84	0.86	0.86
n7=180	0.67	0.71	0.65	0.69	0.69
n8=150	0.65	0.66	0.61	0.68	0.55
n9=120	0.55	0.55	0.52	0.55	0.48
n10=90	0.42	0.43	0.40	0.39	0.35
n11=60	0.34	0.34	0.29	0.31	0.27
测试试样温度（°C）	16.2	16.2	16.3	16.4	16.2

表3：W/C＝0.45流态混凝土对应转速的扭矩

表3

转速ni=1，2，......11（转/分钟）	扭矩值（用电压表示伏）Mj=1，2...5i=1，2...11
n1=60	0.39	0.41	0.36	0.37	0.40
n2=90	0.55	0.53	0.50	0.52	0.50
n3=120	0.63	0.64	0.63	0.66	0.60
n4=150	0.68	0.66	0.65	0.67	0.67
n5=180	0.69	0.67	0.64	0.68	0.68
n6=200	0.72	0.71	0.67	0.69	0.70
n7=180	0.64	0.63	0.62	0.58	0.58
n8=150	0.52	0.51	0.44	0.43	0.49
n9=120	0.40	0.38	0.36	0.36	0.40
n10=90	0.34	0.36	0.36	0.32	0.31
n11=60	0.30	031	0.26	0.28	0.27
测试试样温度（°C）	16.7	16.9	16.9	16.8	17.0

根据转速n_i，由公式（9）可计算出剪切速率γ_i，根据所得旋转扭矩由公式（1）可自动计算出对应的剪切应力τ_ji；

由表2和表3的数据根据公式（1）和（9）计算得到的五组τ_ji数据求平均，得剪切速率γ_i和平均剪切应力

关系如表4、表5。

表4：计算获得W/C＝0.40剪切速率γ_i和剪切应力

关系

表4

ni	60	90	120	150	180	200	180	150	120	90	60
γi	24	36	48	60	72	80	72	60	48	36	24
	1430	1925	2172.5	2290	2530	2400	1877.5	1732.5	1457.5	1100	850

表5：计算获得W/C＝0.45剪切速率γ_i和剪切应力

关系

表5

ni	60	90	120	150	180	200	180	150	120	90	60
γi	24	36	48	60	72	80	72	60	48	36	24
	1067	1430	1732.5	1835.5	1850	1925	1677.5	1317.5	1045	935	782

根据表4和表5各11组的前5组平均

结果得到混凝土的流变曲线，如图1、图2所示，

由图1、2和表4、5可得：流变曲线的拟合函数分别为：τ_0.4＝25.65γ_0.4 201.6，τ_0.45＝20.386γ_0.45 194.02；其中R²分别为0.9661和0.9536；

根据流变学公式可知流变参数如下表

W/C 流变参数	屈服应力（帕）%	塑性粘度（帕·秒）
	τ0	ηp
0.40	201.6	25.65
0.45	194.02	20.386

由上表看出，水灰比W/C增大，混凝土拌合物粘度系数η_p明显减小，而初始屈服应力τ₀变化较小。

2.根据表4和表5各11组的平均γ_i-τ_ji结果得到混凝土的触变滞回曲线如图3、图4；

可见，触变滞回曲线由下曲线f₁（γ_i）和上曲线f₂（γ_i）组成，且两条曲线不重合，这说明试样存在着触变性，混凝土拌合物被剪切稀化，而触变性的大小可由两曲线之间的面积表征，如上图，由公式S=E莅（户）可计算触变滞回曲线间的面积如下：S_0.40＝35340，S_0.45＝22942，随着水灰比W/C增大，混凝土拌合物的触变滞回面积减小，触变性有逐渐减小的趋势。

该例中只是举了一个简化的例子来对《施工现场混凝土流变性动态检测方法》的方法进行说明，在该例中只是改变了水灰比，在一个水灰比下只取了一个T_j，实际操作中可以根据实际需要取若干组的T_j，相应的得到若干组的{τ₀，η_p，T_j}，构建数据库以分析施工现场的混凝土流变性情况。