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温变条件下新拌混凝土含气量测定装置及方法
【专利摘要】温变条件下新拌混凝土含气量测定装置及方法，属于建筑材料测定设备【技术领域】。目的是为准确测量新拌混凝土的含气量。上、下半圆筒形容器密封连接，水位计与上半圆筒形容器上端口连接，温度计设置在上半圆筒形容器内；搅拌桨的中心轴下端穿过下半圆筒形容器底板上的中心通孔设置在联轴器内，联轴器与电机传动连接；搅拌桨的中心轴与下半圆筒形容器底板上的中心通孔的下表面之间通过密封组件密封；联轴器与搅拌桨的中心轴沿径向通过销钉连接。将配制水注入装置内，利用水位计测量初始水位和拌合物温度，测量水位计中水位下降刻度值，计算拌合物体积的变化量，即是某温度下混凝土含气量。本发明用于不同温度条件下新拌混凝土含气量的测定。
【专利说明】温变条件下新拌混凝土含气量测定装置及方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混凝土含气量测定装置及方法，属于建筑材料测试设备【技术领域】。

【背景技术】
[0002]新拌混凝土含气量是混凝土性能检测的重要指标。特别是寒冷地区混凝土含气量的多少与其抗冻性密切相关。至今，主要有如下方法测量混凝土中的含气量:重量法、体积法、压强法以及AVA(Air Void Analyser)法。重量法是最古老、最简单的方法，就是把含有空气的混凝土密度和计算的不含空气的混凝土密度作比较，这种方法不适合现场使用，因为需要知道混凝土中各组分密度的确切值，且施工现场中混凝土原材料密度值波动较大。体积法是把含有气体的新拌混凝土体积和通过在水中搅拌把气体除去的相同量混凝土体积作比较，例如ASTM C173，但该方法的困难在于需要大量人力使混凝土中的气体逸出。压强法是目前常用的新拌混凝土气体含量测定仪，由一个圆柱体的容器及盖子组成，并要配置加压泵、压力表和阀门。测量时对密封容器内的混凝土施加压力，通过测定密闭空间内压力与气体体积的关系，从而测定新拌混凝土气体含量，采用上述测定方式需要由气体压力下降换算出含气量，有转换过程(标定曲线)，使得测定结果有一定误差、不直观。AVA方法是检测混凝土中的气泡在特定粘稠液体中的上升速率及数量确定气泡的孔径分布和含气量，由于利用注射器抽取少量的砂浆，其检测结果的代表性易受到质疑。
[0003]由于现有新拌混凝土含气量测量装置不具有调温功能，而在不同温度下新拌混凝土含气量是不同的，如温度升高，气泡易破。因此，新拌混凝土含气量的测量需要考虑环境温度的变化导致拌合物温度的变化，如炎热夏季气温高，相同配合比混凝土拌合物中的含气量就会明显不同于秋末冬初气温较低时混凝土的含气量，也不同于实验室常温下(20°C)混凝土配合比设计实验中混凝土的含气量，因此，十分有必要考虑具体施工条件下环境温度对混凝土含气量的影响，这样测量的数据才更加真实可靠，贴近工程实际。


【发明内容】

[0004]本发明的目的是为了准确测量新拌混凝土的含气量，提出一种温变条件下新拌混凝土含气量测定装置及方法。
[0005]本发明为实现上述目的，采取的技术方案如下:
温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，包括圆筒形容器、水位计及搅拌桨，所述的圆筒形容器包括上半圆筒形容器和下半圆筒形容器，所述的上半圆筒形容器下端与下半圆筒形容器上端可拆卸密封连接，上半圆筒形容器上端为锥形体形状，下半圆筒形容器的下端通过底板封闭；所述的水位计与上半圆筒形容器上端口内圆周面螺纹连接，所述的搅拌桨设置在下半圆筒形容器内，所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置还包括温度计、密封组件、联轴器及电机；所述的温度计沿圆筒形容器轴向穿过上半圆筒形容器的锥形体设置在上半圆筒形容器内；所述的下半圆筒形容器的底板上设有中心通孔，搅拌桨的中心轴下端穿过下半圆筒形容器底板上的中心通孔设置在联轴器内，所述的联轴器与电机输出轴传动连接；搅拌桨的中心轴与下半圆筒形容器底板上的中心通孔的下表面之间通过密封组件密封；联轴器与搅拌桨的中心轴沿径向通过销钉连接。
[0006]利用温变条件下新拌混凝土含气量测定装置实现温变条件下新拌混凝土含气量测定的方法，所述的方法包括如下步骤:
步骤一:先测量实际新拌混凝土初始温度T1和初始质量m 1；根据热量平衡公式进行初步计算配制水的温度T2:
Hi1 X Cp1 X T1+ m2 X Cp2 X T2= (Hi^m2) XCP3XT3
式中Hi1—混凝土拌合物初始质量；
Cp1—混凝土拌合物初始比热容；
T1—混凝土拌合物初始温度； m2—配制水的质量；
Cp2—水的比热容；
T2—配制水的温度；
T3—与配制水混合后混凝土拌合物的温度；
Cp3—与配制水混合后混凝土拌合物的比热容；
步骤二:向圆筒形容器的下半圆筒形容器内填入定量的新拌混凝土，由上半圆筒形容器的上端口向圆筒形容器内注入由步骤一配制好的质量m2、温度1~2的配制水，连接水位计后，再由水位计的上端加入少量的水，加入量至水位计的零刻度为止，启动电机低速转动，电机转速为130r/min ~140r/min,搅拌混凝土 l~5min后，电机停止工作,监测新拌混凝土与配制水混合均匀后新拌混凝土的温度；当水位计的水位下降到某水位时，水位计水下降的体积量，即是混凝土含气量。
[0007]本发明相对于现有技术的有益效果是:
本发明可以调节混凝土的温度，在设定的温度测量混凝土含气量，测量结果贴近工程实际，真实可靠。还可以获得混凝土含气量随温度变化规律，为混凝土配合比的优化设计提供依据。

【专利附图】

【附图说明】
[0008]图1是本发明的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置的主视图；
图2是图1中的密封组件的放大图。
[0009]图3是图1搅拌桨的俯视图。
[0010]其中，圆筒形容器1、上半圆筒形容器1-1、下半圆筒形容器1-2、法兰盘1-3、水位计2、玻璃管2-1、钢套管2-2、长方形孔2-3、搅拌桨3、中心轴3_1、桨叶套3_2、框式桨叶3-3、台肩一 3-4、台肩二 3-5、温度计4、密封组件7、密封短管7_1、密封胶环7_2、钢环7-3、密封盖7-4、联轴器10、销钉12、电机13、金属网状护套15、支架18。

【具体实施方式】
[0011]下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0012]【具体实施方式】一:如图1~图3所示，温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，包括圆筒形容器1、水位计2及搅拌桨3，所述的圆筒形容器I包括上半圆筒形容器1-1和下半圆筒形容器1-2，所述的上半圆筒形容器1-1下端与下半圆筒形容器1-2上端可拆卸密封连接，上半圆筒形容器1-1上端为锥形体形状，下半圆筒形容器1-2的下端通过底板封闭；所述的水位计2与上半圆筒形容器1-1上端口内圆周面螺纹连接，所述的搅拌桨3设置在下半圆筒形容器1-2内，所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置还包括温度计4、密封组件7、联轴器10及电机13 ;所述的温度计4沿圆筒形容器I轴向穿过上半圆筒形容器1-1的锥形体设置在上半圆筒形容器1-1内；所述的下半圆筒形容器1-2的底板上设有中心通孔，搅拌桨3的中心轴3-1下端穿过下半圆筒形容器1-2底板上的中心通孔设置在联轴器10内，所述的联轴器10与电机13输出轴传动连接(如可通过螺纹副传动连接)；搅拌桨3的中心轴3-1与下半圆筒形容器1-2底板上的中心通孔的下表面之间通过密封组件7密封；联轴器10与搅拌桨3的中心轴3-1沿径向通过销钉12连接。
[0013]【具体实施方式】一的有益效果是:首先计算外加配制水的温度T2，将温度为T2的配制水加入初始混凝土拌合物中，记录水位计2初始水位，慢速搅拌圆筒形容器I内的混凝土拌合物，然后利用温度计4测定混凝土拌合物的温度，根据水位计2中水变化的体积量，可知在该温度下混凝土的含气量。
[0014]所述的联轴器10为钢制联轴器，为外部采购件。
[0015]设置水位计2的目的是:经慢速搅拌后，新拌混凝土内部的气泡上浮溢出，就会导致水位计的液面下降，水位计2中液体体积的变化量即为混凝土的含气量。
[0016]设置温度计4的目的是:利用温度计4测量圆筒形容器I内的新拌混凝土与配制水混合物的温度，作用是监测新拌混凝土实际温度。
[0017]如图1所示，所述的上半圆筒形容器1-1下端及下半圆筒形容器1-2上端分别设有法兰盘1-3，且上半圆筒形容器1-1下端的法兰盘1-3与下半圆筒形容器1-2上端的法兰盘1-3之间设有密封垫，上半圆筒形容器1-1下端与下半圆筒形容器1-2上端之间通过与两个法兰盘1-3可拆卸密封连接的螺栓紧固。所述的圆筒形容器I为钢制圆筒形容器，确保强度和刚度符合设计要求。
[0018]如图1所示，所述的水位计2由玻璃管2-1和钢套管2-2组成，所述的钢套管2_2固套装在玻璃管2-1外圆周面上，所述的玻璃管2-1外壁设有显示水位的刻度，钢套管2-2外圆周面沿轴向设有用于观查水位的长方形孔2-3，钢套管2-2外圆周面下端设有外螺纹，所述的上半圆筒形容器1-1上端口内圆周面设有内螺纹，钢套管2-2下端与上半圆筒形容器1-1上端口螺纹连接，方便安装与拆卸。
[0019]如图1所示，本实施方式的温度计4也可选用CYBT-6中心温度计，为了保护温度计4不被损坏，在温度计4外侧套装有金属网状护套15，所述的金属网状护套15设置在上半圆筒形容器1-1内，且金属网状护套15上端与上半圆筒形容器1-1上端的锥形体固定连接，所述的上半圆筒形容器1-1的锥形体上与金属网状护套15相对应位置设有用于温度计4插入或拔出的通过孔。本实施方式中的温度计4为外部采购件。
[0020]如图1所示，所述的电机13选用小型直流电机，电机功率是300W，容易调速，低速时驱动搅拌桨3转动。电机13也为外购产品。
[0021]【具体实施方式】二:如图1、图3所示，【具体实施方式】一所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，所述的搅拌桨3由中心轴3-1、桨叶套3-2及四个框式桨叶3-3组成；所述的四个框式桨叶3-3相对于桨叶套3-2的中心线对称设置，四个框式桨叶3-3均与桨叶套3-2的外圆周面上垂直焊接，桨叶套3-2内圆周面设有内螺纹，所述的中心轴3-1外圆周面的上端设有外螺纹，中心轴3-1的上端设置在桨叶套3-2内，且二者通过螺纹紧固连接。
[0022]【具体实施方式】二的有益效果是:由于采用了框式桨叶3-3，搅拌效果好，同时还能减小搅拌阻力，容易排出混凝土中的气体，保证测量的准确度。
[0023]【具体实施方式】三:如图1、图2所示，【具体实施方式】一或二所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，所述的密封组件7由密封短管7-1、密封胶环7-2、钢环7-3及密封盖7-4组成；所述的搅拌桨3的中心轴3-1外圆周面设有台肩一 3-4，所述的密封短管7-1套设在搅拌桨3的中心轴3-1的台肩一 3-4上，密封短管7-1上端与下半圆筒形容器1-2底板下表面固定连接，密封短管7-1与搅拌桨3的中心轴3-1外圆周面之间通过密封胶环7-2密封,所述的密封胶环7-2与搅拌桨3的中心轴3-1的台肩一 3-4下表面相贴靠,密封胶环7-2下表面设有钢环7-3，密封胶环7-2和钢环7-3均设置在密封短管7_1内，密封短管7-1设置在密封盖7-4内且二者紧固连接，如二者通过螺纹紧固连接。
[0024]【具体实施方式】三的有益效果是:密封组件7可保证圆筒形容器I内的混凝土与水的混合物不泄露。
[0025]【具体实施方式】四:如图1所示，【具体实施方式】三所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，所述的搅拌桨3的中心轴3-1下端设有台肩二 3-5，所述的联轴器10与搅拌桨3的中心轴3-1下端的台肩二 3-5沿径向通过销钉12连接。
[0026]设置台肩二 3-5的目的在于，可使搅拌桨3的中心轴3-1通过台肩二 3-5方便与联轴器10连接。
[0027]【具体实施方式】五:如图1所示，【具体实施方式】一所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置还包括支架18 ;所述的圆筒形容器I通过支架18支撑，所述的电机13固定安装在支架18上。
[0028]【具体实施方式】五的有益效果是:可提高测定装置整体的稳定性。
[0029]【具体实施方式】六:如图1所示，一种利用【具体实施方式】三所述的装置实现温变条件下新拌混凝土含气量测定的方法，所述的方法包括如下步骤:
根据实际环境温度T3 (已知)和混凝土初始温度T1，依据热量平衡方程初步计算，得到随后加入配制水的温度T2;具体为:
步骤一:先测量实际新拌混凝土初始温度T1和初始质量m 1；根据热量平衡公式进行初步计算配制水的温度T2:
Hi1 X Cp1 X T1+ m2 X Cp2 X T2= (Hi^m2) XCP3XT3
式中Hi1—混凝土拌合物初始质量；
Cp1—混凝土拌合物初始比热容；
T1—混凝土拌合物初始温度； m2—配制水的质量；
Cp2—水的比热容；
T2—配制水的温度；
T3—与配制水混合后混凝土拌合物的温度；
Cp3—与配制水混合后混凝土拌合物的比热容； 配制水的温度T2可以在0°C~80°C范围内选择；配制水的比热容可以依据不同温度压强查表获得。新拌混凝土的比热容可以通过实验测定、查表以及简单计算得到。一般混凝土的比热容会随着水灰比和温度的变化做小幅变化，如常温21°C下水灰比为0.21混凝土的比热容是1.13kJ/(kg*°C )，如混凝土配合比中每增加10千克的水，其比热容约增加2.4% ；相同配合比的混凝土每升高1°C，混凝土的比热容约增加0.2%，由此可以粗略计算不同温度下及不同拌合水量下混凝土的比热容；
步骤二:向圆筒形容器I的下半圆筒形容器1-2内填入定量的新拌混凝土，由上半圆筒形容器1-1的上端口向圆筒形容器I内注入由步骤一配制好的质量m2、温度T2的配制水，连接水位计2后，再由水位计2的上端加入少量的水，加入量至水位计2的零刻度为止，启动电机13低速转动，电机13转速为130r/min ~140r/min，搅拌混凝土 l~5min后，电机13停止工作，监测新拌混凝土与配制水混合均匀后新拌混凝土的温度，目的是确定此时混凝土的准确温度；当水位计2的水位下降到某水位时，水位计2水下降的体积量，即是混凝土含气量。
[0030]【具体实施方式】六的有益效果是:通过配制不同温度的配制水，快速与初始混凝土拌合物(即新拌混凝土)混合获得不同温度的混凝土拌合物，利用电机13带动搅拌桨3使混凝土内部的气泡上浮溢出，监测混凝土拌合物体积的变化量，该变化量即为混凝土在某设定温度下的含气量，实现了各种温度下混凝土含气量的测量。
【权利要求】
1.一种温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，包括圆筒形容器(I)、水位计(2)及搅拌桨(3)，所述的圆筒形容器(I)包括上半圆筒形容器(1-1)和下半圆筒形容器(1-2)，所述的上半圆筒形容器(1-1)下端与下半圆筒形容器(1-2)上端可拆卸密封连接，上半圆筒形容器(1-1)上端为锥形体形状，下半圆筒形容器(1-2)的下端通过底板封闭；所述的水位计(2)与上半圆筒形容器(1-1)上端口内圆周面螺纹连接，所述的搅拌桨(3)设置在下半圆筒形容器(1-2)内，其特征是:所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置还包括温度计(4)、密封组件(7)、联轴器(10)及电机(13);所述的温度计(4)沿圆筒形容器(I)轴向穿过上半圆筒形容器(1-1)的锥形体设置在上半圆筒形容器(1-1)内；所述的下半圆筒形容器(1-2)的底板上设有中心通孔，搅拌桨(3)的中心轴(3-1)下端穿过下半圆筒形容器(1-2)底板上的中心通孔设置在联轴器(10)内，所述的联轴器(10)与电机(13)输出轴传动连接；搅拌桨(3)的中心轴(3-1)与下半圆筒形容器(1-2)底板上的中心通孔的下表面之间通过密封组件(7)密封；联轴器(10)与搅拌桨(3)的中心轴(3-1)沿径向通过销钉(12)连接。
2.根据权利要求1所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，其特征是:所述的搅拌桨(3)由中心轴(3-1)、桨叶套(3-2)及四个框式桨叶(3-3)组成；所述的四个框式桨叶(3-3)相对于桨叶套(3-2)的中心线对称设置，四个框式桨叶(3-3)均与桨叶套(3-2)的外圆周面上垂直焊接，桨叶套(3-2)内圆周面设有内螺纹，所述的中心轴(3-1)外圆周面的上端设有外螺纹，中心轴(3-1)的上端设置在桨叶套(3-2)内，且二者通过螺纹紧固连接。
3.根据权利要求1或2所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，其特征是:所述的密封组件(7 )由密封短管(7-1)、密封胶环(7-2 )、钢环(7-3 )及密封盖(7-4)组成；所述的搅拌桨(3 )的中心轴(3-1)外圆周面设有台肩一(3-4 )，所述的密封短管(7-1)套设在搅拌桨(3)的中心轴(3-1)的台肩一(3-4)上，密封短管(7-1)上端与下半圆筒形容器(1-2)底板下表面固定连接，密封短管(7-1)与搅拌桨(3)的中心轴(3-1)外圆周面之间通过密封胶环(7-2)密封，所述的密封胶环(7-2)与搅拌桨(3)的中心轴(3-1)的台肩一(3-4)下表面相贴靠，密封胶环(7-2)下表面设有钢环(7-3)，密封胶环(7-2)和钢环(7-3)均设置在密封短管(7-1)内，密封短管(7-1)设置在密封盖(7-4)内且二者紧固连接。
4.根据权利要求3所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，其特征是:所述的搅拌桨(3 )的中心轴(3-1)下端设有台肩二( 3-5 )，所述的联轴器(1 )与搅拌桨(3 )的中心轴(3-1)下端的台肩二( 3-5 )沿径向通过销钉(12 )连接。
5.根据权利要求1所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置，其特征是:所述的温变条件下新拌混凝土含气量测定装置还包括支架(18);所述的圆筒形容器(I)通过支架(18)支撑，所述的电机(13)固定安装在支架(18)上。
6.一种利用权利要求3所述的装置实现温变条件下新拌混凝土含气量测定的方法，其特征是:所述的方法包括如下步骤: 步骤一:先测量实际新拌混凝土初始温度T1和初始质量m 1；根据热量平衡公式进行初步计算配制水的温度T2:
Hi1 X Cp1 X T1+ m2 X Cp2 X T2= (Hi^m2) XCP3XT3 式中Hi1—混凝土拌合物初始质量； Cp1—混凝土拌合物初始比热容； T1—混凝土拌合物初始温度； m2—配制水的质量； Cp2—水的比热容； T2—配制水的温度； T3—与配制水混合后混凝土拌合物的温度； Cp3—与配制水混合后混凝土拌合物的比热容； 步骤二:向圆筒形容器(I)的下半圆筒形容器(1-2)内填入定量的新拌混凝土，由上半圆筒形容器(1-1)的上端口向圆筒形容器(I)内注入由步骤一配制好的质量m2、温度丁2的配制水，连接水位计(2)后，再由水位计(2)的上端加入少量的水，加入量至水位计(2)的零刻度为止，启动电机(13)低速转动，电机(13)转速为130r/min ~140r/min，搅拌混凝土l~5min后，电机(13)停止工作，监测新拌混凝土与配制水混合均匀后新拌混凝土的温度；当水位计(2)的水位下降到某水位时，水位计(2)水下降的体积量，即是混凝土含气量。
【文档编号】G01N33/38GK104502573SQ201410808428
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月23日 优先权日:2014年12月23日
【发明者】张守杰, 杨英姿, 熊复慧, 李向东, 张恒, 马耀辉 申请人:黑龙江省水利科学研究院