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专利名称：快速监控混凝土质量的原料分析方法
技术领域：
本发明涉及一种在初凝前快速检验混凝土质量的方法，属于土木工程-混凝土技术领域。背景駄
混凝土是应用最为广泛的建筑材料之一。由于它的最大用途是制做承载构件，故其质量的优劣直接关系到建筑物的安全及耐久性能。限于我国广大地区的经济现状，采用工业微处理IHM行计量和配方的拌合楼、搅拌站只是少数规模较大的工地育嫩拥有的设备；多数中小型工程仍然采用简易搅拌机甚至人工铲拌的作业模式生
产混凝土，使拌合质量的监督缺乏依据，导致了大量的工程质量隐患和恶性事故。
震惊全国的綦江虹桥塌垮事件与混凝土的配方密切相关；各地出现的住宅建筑质量问题亦大多由于混凝土的实际配合比失控而造成。许多施工单位以手推车、铁皮桶作为混凝土原材料的计量工具，而且装料很不严格。在大量工地抽査的结果表明一小车散水泥少时仅78 kg，量多时则达到112 kg，相差30%; —桶水少时仅9. 7 kg量多则达ll.l kg，差别12%。如此配出混凝土的强度相差数倍，同一个混凝土的设计配合比，在某工地居然拌出80~~420号的试样差别。除了工地管理混乱，施工人员责任心有待加强等原因以外，在现场缺乏对新拌混凝土的简便有效的监控手段和调整依据，也是造成众多质量事故的重要原因。
此前，在初凝前推定混凝土质量的方法均属化学方案，其中最具代表性的当推日本土木学会的"混凝土拌和物硬化后强度推定的快速硬化强度实验方法"，以及
我国交通部公路研究所的"用促凝压蒸技术即时推定混凝土强度试验方法"。但是，本课题组在西南若干县市施工现场针对普通搅拌ira行的调查、以及我们在工地条件下所进行的重复试验结果均表明，这类化学测强法的快硬砂浆试块强度与混凝土养护28d标准强度之间的相关性不够显著，实用误差较大。为了分析误差的原因，课题组设计了定性对比试验(包括多天重复试验和离散误差计算)，并对试验结果进行了理论分析。(1) .砂率的影响混凝土的早期强度受骨料的影响较大、而化学药品和"压蒸"等只对水泥产生作用，亦即速凝砂浆块反映的是混凝土的早期强度。而且由于水泥用量的降低，同量促凝剂(5g)与水泥发生了更为充分的反应，致使砂浆块的强度反而上升。混凝土标准立方体试件的28d强度则主要与水泥的标号以及水灰比相关，故在试验中砂率增大时对应的强度仅略有下降。两种试验手段带来的结果趋势不同，意味着工地在实拌混凝土时若砂率发生变化，由化学促凝法推出的混凝土标准强度就会产生误差。 —
(2) .粗骨料的影响"速凝砂桨块"的制备原料取自混凝土中湿筛的砂浆，忽略了混凝土中的粗骨料变化对强度的影响。试验结果却表明，合理加大粗骨料的比例，对于增加混凝土的强度有明显效果，这是因为粗骨料的强度一般高于水泥砂浆块的强度。于是，实拌混凝土时粗骨料比例的变化也将使从"速凝砂浆块"推出的28d标准强度产生误差。
(3) .环境湿度的影响对比试验证明，干燥高温时混凝土的标准强度较低、而砂浆块的促凝快硬强度反而较高。这是因为混凝土初凝前的水分损失主要降低的是后期强度(包括28d强度)；但是湿筛水分的丢失却增加了促凝剂在砂浆块中的相对浓度，从而使促凝砂浆块的早期强度增加。由此可知，倘若化学促凝测强法的"预备试验"与"现场抽样监测"时的湿度、温度差别较大，则由预备试验建立的标准强度推定式必然含有较大的误差。
(4) .水泥成分的影响相关理论及试验结论都指出，促凝剂与升温、加压
养护主要影响的是水泥中的铝酸三钙(C3A)及铁铝酸四钙(C4AF)的化学反应过程，从而使砂浆块快硬早强。然而，我们调査的结果和各国的水泥生产标准均表明即使是同一个厂家生产的同一标号水泥，C3A或C4AF的含量也是允许变化的，其差别有时达到30%以上，这足以对基于"促凝砂浆块强度"的推定计算式产生明显影响。反之，混凝土标准立方体的28d强度则是水泥中四种主要成分共同水化作用的结果，其变化规律当然与只反映上述两种水泥成分的"促凝砂浆块"有差别。换言之，C3A或C4AF在水泥中的含量变化后，再用同一个预备试验得出的"推定式"来预测混凝土的28d标准强度，必然会引起较大的误差。
综上分析以促凝剂、高温、高压等加速水化反应为原理的早强砂浆块， 其强度的发展规律与工程验收规范所指定的混凝土试件28d标准强度的发展规 律差别较大。因此，采用化学原理快速推定的混凝土强度值，与结构砼实际强 度之向将不可避免地产生明显误差。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在初凝前快速检验混凝土质量的 方法，其原理可靠、操作简便、定量分析和计算快捷，能够在混凝土初凝前发 现其质量问题。
解决本发明技术问题所采用的方案是在新拌的混凝土中随机抽样，采用 加热拌炒、分级筛分的物理手段分离新拌混凝土的四种主要原料，并结合砂石原 料的成分分析，提出10个计算式来定量计算混凝土的实际配合比，现场质检和 监理人员将其与设计指标对比，即可迅速推断结构砼质量能否达到设计要求。
其实施歩骤为-
(1) .在现场同步抽取沙石原料样品和新拌混凝土样品；
(2) .将拌炒锅内外擦净，加热拌炒并分离混凝土样品，分别得到混凝土 干料、干粗石、干粗砂和细石的含量；
(3) .分离砂、石原料样品，分别得到粗沙、粗石含量；
(4) .在料堆中抽取砂、石原料，加热拌炒以分离出水分，分别得到干砂 含量和干石含量。
(5) .用上述试验结果和本次提出的计算式，对砂石原料进行定量计算， 得到砂料的含水率、石料的含水率、砂料的粉沙率、石料的细石率；
(6) .用上述试验结果和计算式，计算混凝土抽样中的原材料含量，分别 得到石料、砂料、水泥、外加水等数量；
(7) .最后计算混凝土的实际配合比，以便判定混凝土是否符合设计指标。 所述的砂样及石原料样品称取量为2000g;所述砂料的含水率、石料的含水
6率、砂料的粉沙率、石料的细石率的计算式为:
① .砂料的含水率^ = 2000-G'SD ;
② .石料的含水率^ = 2()()()_(^-
③.砂料的粉沙率A =
2000 —G训—G泥
2000
.石料的细石率^=^
所述混凝土样加拌炒锅的质量为G。+3000;所述石料、砂料、水泥、外加 水的计算式为
①，石料质量0=^(1 + ^);
② .砂料质量S = ^ _ G々+ (1 +『6 )
(1-《)+ (l +『s)
③ .水泥质量C二(^-G。-G + (1 +『g)-S + (l +『s);
④.混凝土样的外加水量『=3000 +G。-G ，s
—氛
.计算结果应当满足校验G+S+C+W=3000 (g);
广e广w/—i丄G『
⑥.混凝土的实际配合比为 ^'"^."^。
所述的C、 S、 G、 W^分别代表混凝土中的水泥量、砂量、石量、外加水 G。——拌炒锅的质量；
——加热拌炒后，锅与混凝土干料的质量之和； GS6——混凝土样中干粗砂及细石的总量； Gw——混凝土样中的干粗石质量； Ge——所取石料样品的质量；GSD、 &/3——分别代表砂样和石样的干质量； K、『6——分别是砂、石料的含水率；
Gai、 GM——分别是砂料样品经两次筛分后，所剩余的粗砂质量(g);
Gee——石料样品中的粗石含量(g);
J5、 ^——分别为砂料的粉砂率和石料的细石率。
本发明工作原理在新拌的混凝土中随机抽样，采用加熱拌炒、分级筛分 的物理手段分离新拌混凝土的4种主要原料，并结合砂石原料的成分分析，提出 10个计算式来定量计算混凝土的实际配合比。现场质检和监理人员将其与设计指 标对比，即可迅速推断结构砼质量能否达到设计要求。
本发明的具体实施步骤
'(l)在现场同步抽取沙石原料样品和新拌混凝土样品；
(2) 加热拌炒并分离混凝土样品，分别得到混凝土干料、干粗石、干粗砂和 细石的含量；
(3) 分离砂、石原料样品，分别得到粗沙、粗石含量；
(4) 在料堆中抽取砂、石原料，加热拌炒以分离出水分，分别得到干砂含量 和干石含量。
(5) 用上述试验结果和本次提出的计算式，对砂石原料进行定量计算，得到 砂料的含水率、石料的含水率、砂料的粉沙率、石料的细石率；
(6) 用上述试验结果和本次提出的计算式，计算混凝土抽样中的原材料含 量，分别得到石料、砂料、水泥、外加水等数量；
(7) 最后计算混凝土的实际配合比，以便判定混凝土是否符合设计指标。 本发明各重要组成的功能是
(1) 加热拌炒分别去除砂石原材料和混凝土样品中的水分，以便计算原料 的拌前含水率和混凝土中的外加水量；
(2) 分级筛分分别从砂石原料和混凝土样品中分离出水泥、粉砂、粗沙、 细石、粗石，以便计算混凝土的实际配合比。
(3) 称量对各次拌炒或者筛分后剩余物质的质量进行计量，以便确定砂石原料以及混凝土中相关成分的含量。为了避免蒸发和风吹等引出误差，不对分 离出的水泥、粉砂、水分等进行直接称量。
(4) 定量计算结合前述组成内容，本发明相应提出了 IO个计算式，用于 定量计算砂料的含水率、石料的含水率、粉砂率、细石率、石料含量、砂含量、 水泥含量、水分含量、计算结果校验，最终获得混凝土样的实际配合比。详见 后页"具体实施方式
"中的阐述。
(5) 实际配合比本发明的目标。现场质检或监理人员将此成果与设计指标 对比，即可在初凝前判定本批次的混凝土是否合格；也可据此提出有针对性的 质量改进方案。
本发明的有益效果是
(1) 避免了同类目标的化学方法中，由于混凝土的砂率、粗骨料含量、环境 湿度、水泥成分等变化引出的显著误差。
(2) 提出的试验方法和定量计算式科学合理。除了符合现有的标准、规范、
规程，在设计试验步骤和推导计算式时还充分考虑了砂浆石料粘黏的影响，以 及水分蒸发、水泥飞灰和粉沙的筛分损耗等可能出现的误差。
(3) 检测和计算得出的含水量为外加水量，与一般工地的习惯相同
(4) 理论成熟、原理可靠、方法简便、检验快捷， 一般半小时左右即可获得 成果，因而可有效地避免结构砼凝固后才发现质量问题所造成的各种损失。
具体实施例方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。 在新拌的混凝土中随机抽样，用简单的工具分离四种主要原料，结合砂石
料成分分析后，定量计算混凝土的配合比，若在允许的范围内波动则判结构砼
为合格。
本发明中除特别申明外，所有质量单位均为克。
(1).随机取样①在传运车或传送带上用料桶取出砂料、石料各约2L;②
用湿布擦拭料桶的内表面，从搅拌机口分四次取得新拌混凝土4 6L，并合严桶
盖以免水分蒸发。(2) .分离混凝土样
① .将拌炒锅内外擦净，称其质量为G。 (g);
② .将混凝土样倒入拌炒锅内，拌匀后称量锅及混凝土，使其质量为 G。+3000 (g)，多余的混凝土用铲从各个方向铲弃；
③ .将锅连同混凝土置于电炉上拌炒，其间用铲略加压力使石料与砂浆 分离。水汽基本跑净后，每炒5分钟称量一次， 一直拌炒到相邻两次称量的差 别小于lg为止。称量锅+混凝土干料，记为C^ (g);
④ .分若干次把混凝土干料装入5nrai筛内摇筛并略加振动，直筛至无过 筛砂灰为止。过筛的砂灰须全部集入不锈钢盘内，不得遗漏，称量筛上干粗石 质量，记为G^ (g);
⑤ .将不锈钢盘收集的灰、砂、细石混合物分若干次置于O. 15mm筛上摇 筛，摇速约100次/min，摇幅约50cm。基本筛净后，将筛上的砂石到入拌炒锅 内，用铲压碎其中的砂浆颗粒，而后再置于0.15mm筛上摇筛，直至每分钟过筛 量低于lg为止。称量筛上的干粗砂及细石总量，记为C^ (g)。
(3) .分析砂、石原料的抽样
① .将砂样拌匀，从多方位铲取砂样1000g，分若干次置于O. 15mm筛中 摇筛，摇筛速度约100次/min，摇幅约50cm，直筛至每分钟的过筛量低于lg 为止。称量筛上的粗砂总量，记为G^(g);
② .重复上述过程，筛上的粗砂总量记为(^2 (g);
③ .称量抽样石料的质量，记为G。 (g);
④ .分若干次将石料置于5mm筛中摇筛，直筛至无细石过筛为止，称 量筛上的粗石总量，记为G。c(g)。 '
(4) .砂、石原料的含水率试验
①.在料堆表层5cm以内、多方位分别抽取砂、石料各约4U分别拌匀 后，各称取2000g为砂样及石样；
②.将拌炒锅擦拭干净，先后将砂样、石样分别置于拌炒锅内热炒，水汽 基本跑净后，每拌炒5min连锅带砂(或石)样称量一次，直到相邻两次称量的
10差别小于lg为止；
③.分别称量炒干后的砂样及石样，其质量分别记为C^和G③(g) (5).砂石原料的成分定量计算
.砂料的含水率^ = 2()()()_(^
(D.石料的含水率『(;=2,_^
③.砂料的粉沙率",:扁-G别-G'啦
2000
.石料的细石率《=
G C
(6).混凝土中的原材料含量计算
① .石料质量^^dU;
1-《
② .砂料质量S,'sC+d + ^);
(1 —毛)+ (l +『s)
③.水泥质量C-G -G。-G + (1《)-S + (l +『s);
.混凝土样的外加水量『=3000 + Gn -&。 - ，s G^
Q ^ l +『s 1 +『G
⑤.计算结果应当满足校验计算G+S+C+W=3000 (g)。
(7).混凝土的实际配合比计算C:S:Gf-l:丄:^:工
c c c
各计算式中符号的含义如下
C、 S、 G、 W——分别代表混凝土中的水泥量、砂量、石量、外加水]
(g);

-拌炒锅的质量(g);
-加热拌炒后，锅与混凝土干料的质量之和(g);
Gs,fi——混凝土样中干粗砂及细石的总量(g);——混凝土样中的干粗石质量(g); G6——所取石料样品的质量(g); GSD、 G③——分别代表砂样和石样的干质量(g); 『s、『e——分别是砂、石料的含水率；
Gsw、 Ga2——分别是砂料样品经两次筛分后，所剩余的粗砂质量(g);
Gee——石料样品中的粗石含量(g);
c/s、 &——分别为砂料的粉砂率和石料的细石率。
权利要求
1、一种快速监控混凝土质量的原料分析方法，特征在于在新拌的混凝土中随机抽样，采用加热拌炒、分级筛分的物理手段分离新拌混凝土的四种主要原料，并结合砂石原料的成分分析，提出10个计算式来定量计算混凝土的实际配合比，现场质检和监理人员将其与设计指标对比，即可迅速推断结构砼质量能否达到设计要求。
2、 根据权利要求1所述的快速监控混凝土质量的原料分析方法，特征在于其实施步骤为(1) .在现场同步抽取沙石原料样品和新拌混凝土样品；(2) .将拌炒锅内外擦净，加热拌炒并分离混凝土样品，分别得到混凝土干料、干粗石、干粗砂和细石的含量；(3) .分离砂、石原料样品，分别得到粗沙、粗石含量；(4) .在料堆中抽取砂、石原料，加热拌炒以分离出水分，分别得到干砂含量和干石含量。(5) .用上述试验结果和本次提出的计算式，对砂石原料进行定量计算，得到砂料的含水率、石料的含水率、砂料的粉沙率、石料的细石率；(6) .用上述i式验结果和计算式，计算混凝土抽样中的原材料含量，分别得到石料、砂料、水泥、外加水等数量；(7) .最后计算混凝土的实际配合比，以便判定混凝土是否符合设计指标。
3、 根据权利要求2所述的快速监控混凝土质量的原料分析方法，其特征在于所述的砂样及石原料样品称取量为2000g;所述砂料的含7jC率、石料的含水率、砂料的粉沙率、石料的细石率的计算式为① .砂料的含水率^ = 200，;② .石料的含水率『6 = 20，—Ggd ;、③ .砂料的粉沙率^ = 2000 —G側—G泥;s 2000④.石料的细石率《;=^—&e。
4、根据权利要求2所述的快速监控混凝土质量的原料分析方法，其特征在于所述混凝土样加拌炒锅的质量为G。+3000;所述石料、砂料、水泥、外加水的计算式为① .石料质量^^(1+，);l-々② .砂料质量S =《'g _ + (1 +『。) 、 (Ws) + (1 + K)'③ .水泥质量C二C^-G。-G + (1 +『g)-S + (1 + ^);④.混凝土样的外加水量『=3000 +G。-(^-t，s G『e+『s 1 +『g .计算结果应当满足校验G+S+C+W二3000 (g);).混凝土的实际配合比为:c c c
5、根据权利要求3或4中任一项所述的快速监控混凝土质量的原料分析方法，其特征在于所述的C、 S、 G、 W"^分别代表混凝土中的水泥量、砂量、石量、外加水量；G。——拌炒锅的质量； sg-加热拌炒后，锅与混凝土干料的质量之和；-混凝土样中干粗砂及细石的总量；-混凝土样中的干粗石质量；5d-所取石料样品的质量；G③——分别代表砂样和石样的干质:『c、 l-分别是砂、石料的含水率;G幼i a Gs/72-分别是砂料样品经两次筛分后，所剩余的粗砂质量(g);-石料样品中的粗石含量(g);分别为砂料的粉砂率和石料的细石率。
全文摘要
本发明提出了快速监控混凝土质量的原料分析方法。采用加热拌炒、分级筛分的手段分离新拌混凝土的4种主要原料，并结合砂石原料的成分分析，提出10个计算式来定量计算混凝土的实际配合比，推断结构砼质量能否达到设计要求。避免了同类目标的化学方法中，由于混凝土的砂率、粗骨料含量、环境湿度、水泥成分等变化引出的显著误差。本方法科学合理，除了符合现有的标准、规范、规程以外，在设计试验步骤和推导计算式时还充分考虑了砂浆石料粘黏的影响，以及水分蒸发、水泥飞灰和粉沙的筛分损耗等可能出现的误差。本方法简便、检验计算快捷，一般半小时左右即可获得成果，因而可有效地避免结构砼凝固后才发现质量问题所造成的各种损失。
文档编号G01N33/38GK101566618SQ20091009448
公开日2009年10月28日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者刘海波, 张桂松, 杨华舒, 杨宇璐, 刚 陈, 锐 陈 申请人:昆明理工大学