一种测试水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力的装置的制作方法

本实用新型涉及一种用于测试水泥砂浆流变性能装置，尤其是涉及一种测试水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力的装置。

背景技术：

混凝土拌合物的工作性能是其稠度、可塑性和易修饰性的总称，对于高性能混凝土来说，还应包括充填性、可泵性和稳定性等概念。目前工程上广泛应用混凝土坍落度和扩展度法来表征混凝土的工作性能，但是混凝土坍落度和扩展度仅仅能反映出混凝土的流动性，并不能反映出混凝土的稠度、充填性和稳定性等之间的差异，这便会导致有的混凝土虽然流动性达到了要求，但是因为其稠度太小而导致混凝土离析、泌水等现象的发生。水泥砂浆是混凝土中去除粗骨料后的物质，它在组成和结构上都比较接近于混凝土，可以间接地反映混凝土的性能。因此，全面地评价砂浆的流变性能成为表征混凝土工作性能的一种手段。

从流变学的角度来看，新拌的水泥砂浆属于宾汉姆流体，其流变学方程为：

式中，τ―剪切应力(Pa)；

τ₀―屈服应力(Pa)；

μ―塑性粘度(Pa﹒s)；

―速度梯度(s^-1)。

由公式1可知，新拌砂浆的流变曲线为一条直线，直线与纵坐标的截距为屈服应力，直线的斜率为塑性粘度。屈服应力影响着砂浆的易密性和流动性，屈服应力越小，砂浆越容易密实、扩展度越大。塑性粘度影响着砂浆的稳定性和流动性，塑性粘度越大，砂浆越不容易离析，但塑性粘度太大，会限制砂浆的流动性。由此，塑性粘度和屈服应力是表征砂浆流变性能最基本的参数。

现在工业上经常用砂浆扩展度法来测定砂浆的流动性，但是这种方法仅能表征砂浆的流动性能，从而忽略了砂浆的稳定性、可塑性和自密性等。传统的测试水泥砂浆流变性能的方法，如旋转粘度计法，虽然能同时测定砂浆的塑性粘度和屈服应力且精度较高，但是由于在测定砂浆系统时其内外筒之间的间距只有4.115mm，在转动的过程中其测试结果易受砂浆中砂子颗粒大小的影响(机制砂中4.75mm的方孔筛累计筛余量为0-10％，用机制砂时，若有大于4.115mm的砂颗粒存在，在旋转粘度计工作时，粗砂粒容易卡在内外筒之间)，往往实验结果的可重复性较差。并且仪器价格昂贵，需要专门的人员操作。也有人通过测定砂浆的流出时间来定性地表征砂浆的流变参数的差异，但不能量化表征砂浆塑性粘度和屈服应力这两个流变参数各自的差异。

现有技术(杨保旭，彭杰；漏斗测试砂浆流变性方法的改进[J]；中国建材科技,2010(2))把砂浆装在一个漏斗状的容器中，并让砂浆自由泄落至下部的量筒中，用秒表记录砂浆每下降250ml的时间，计算砂浆下落的速率作为剪切速率，以固定容重计算上部砂浆对其产生的重力作为剪切应力，绘制砂浆的流变直线，从而计算出相应的塑性粘度和屈服应力。他利用此装置研究了一次砂浆试验量(3.5L、3L、2.5L)、搅拌时间(3min、15min)和不同接料量筒内径(80mm、90mm、100mm)对测试精度的影响，提出当一次砂浆试验量为3L、接料量筒内径为80mm并且刻度单位为250ml、搅拌时间为5min时测得的砂浆流变参数精度最大。此方法对砂浆流变性能测试装置进行了比较全面的研究，但是该方法测试时把每个砂浆的容重视为固定值，这就忽略了因为容重不同而引进的误差；比如用此装置进行测试时一次砂浆试验量需要3L，而目前被广泛应用于测定砂浆扩展度的方法一次砂浆试验量只有800ml，也就是说在用此装置进行测量时需要耗费很大的人力物力；比如该装置的出料口口径是固定的，当砂浆流动性不同时，流出的连续性及每250ml砂浆下落时间记录的准确性均会受到影响。该现有技术的方法没有使用DV，直接用秒表计时，故要求接料筒的刻度单位为250ml；他的论文中介绍，当测试样品少于3L时，因测量误差，导致结果离散性较强，测试样品达到3.5L或4.0L时，数据可靠程度与3.5L时接近，为减少试验工作量，作者建议用3L砂浆来检测。他用的出料口直径为35mm，出料口直径越大，下料越顺畅，但要保证计时的准确性，所需要样品数量较多，另当砂浆的流动性好，粘度较低时，砂浆下流速度会非常快，不利于准确测量每250ml砂浆的下落时间。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种检测精度高，省时省力的测试水泥砂浆的流变性能的装置，具体是一种测试水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力的装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种测试水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力的装置，包括装料筒、支架、接料量筒和秒表；装料筒竖直固定于支架的中轴位置，接料量筒放在装料筒的正下方，装料筒和接料量筒的轴线重合，秒表置于接料量筒外周；该装置还包括DV，DV位于接料量筒外周一侧；装料筒的容积为1000-15000ml，上部为圆筒状，下部为漏斗状。

为进一步实现本实用新型的目的，优选地，所述的DV固定于接料量筒水平高度的1/3-2/3的位置。进一步优选地，所述的DV固定于接料量筒水平高度的一半的位置。

优选地，所述的支架为三角架；支架的高度满足装料筒的漏斗出口距离接料量筒上沿的距离不小于50mm。

优选地，所述的DV为录制视频时帧率不小于60帧的摄像机或带有摄像功能的照相机。

优选地，所述的装料筒的圆筒状与漏斗状部分一体式连接或螺纹连接。

优选地，所述装料筒的圆筒部分的内直径与高度比为70:236，所述漏斗部分斜面高度与出口圆柱状高度之比为18:7；所述的漏斗出口处的内直径与圆筒内直径之比为15:70-21:70。

优选地，所述的接料量筒的容积不小于1000ml，且内径不小于60mm。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

(1)现有技术漏斗法主要以人工检测数据，精度有待提高，本实用新型以每100ml砂浆下落的时间作为一个数据点，采用DV录制视频，在KM Player软件中回放来计算每100ml砂浆下落的时间；在装料筒的漏斗出口尺寸上，可根据所检测砂浆的流动性能的差异选择不同漏斗出口口径，证砂浆能顺利流出；并且通过测定每个砂浆样品的实际容重替代理论上的固定容重来准确计算砂浆的重力，作为剪切应力；本实用新型测试精度高。

(2)现有的漏斗法需要大于等于3000ml砂浆，测试费时费力，本实用新型装料筒的容积为1000-15000ml，上部为圆筒状，下部为漏斗状；装料筒的圆筒部分的内直径与高度比为70:236，漏斗部分斜面高度与出口圆柱状高度之比为18:7；漏斗出口处的内直径与圆筒内直径之比为15:70-21:70。可根据被测试砂浆的流动性能及测试精度要求调整下料口的尺寸。当该装置的内筒直径为70mm时，测试时，使一次砂浆的试验量保持在1000ml，做到了省时省力。

(3)因为用于测量砂浆的旋转粘度计其内外筒之间的间距只有4.115mm，在转动的过程中其测试结果易受砂颗粒大小的影响，机制砂要求4.75mm的方孔筛累计筛余量为0-10％；本实用新型的测试结果不受砂浆中砂粒大小的影响。

(4)与旋转粘度计相比，本实用新型的可重复性较好。

(5)与现有文献介绍的砂浆流变性能检测方法相比，本实用新型一次砂浆用量小，节省人力物力；同时漏斗出口口径可调，适应不同流变性能砂浆的检测需要。

附图说明

图1为本实用新型一种测试水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力的装置的结构示意图；

图中示出：装料筒1、支架2、接料量筒3、DV4、秒表5。

图2为本实用新型实施例1中测得数据拟合得到的流变曲线。

具体实施方式

为更好地理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，一种测试水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力的装置，包括装料筒1、支架2、接料量筒3、DV4和秒表5；装料筒1竖直固定于支架2的中轴位置，接料量筒3放在装料筒的正下方，保证装料筒和接料量筒的轴线重合，秒表5置于接料量筒3外周，DV4位于接料量筒3外周一侧；装料筒1的容积为1000-15000ml，上部为圆筒状，下部为漏斗状；圆筒部分的内直径与高度比为70:236，漏斗部分斜面高度与出口圆柱状高度之比为18:7，漏斗出口处的内直径与圆筒内直径之比为15:70-21:70。，可加工不同出口直径的漏斗，通过螺纹与圆筒部分连接，实现该装置下料出口口径的可调。

优选DV4固定于接料量筒3水平高度的1/3-2/3的位置；进一步优选DV4固定于接料量筒3水平高度的一半的位置，保证DV4可以录制到秒表5和接料量筒3的全部刻度线。

优选支架2为三角架；支架2的高度满足装料筒1的漏斗出口(下料口)距离接料量筒3上沿的距离不小于50mm。

优选DV4为录制视频时帧率不小于60帧的摄像机或带有摄像功能的照相机。

优选装料筒1的圆筒状与漏斗状部分一体式连接或螺纹连接；装料筒1的圆筒部分的内直径与高度比为70:236，漏斗部分斜面高度与出口圆柱状高度之比为18:7，漏斗出口处的内直径与圆筒内直径之比为15:70-21:70。可以根据砂浆下落时间进行更换调整，以砂浆能连续下落为宜。当下料口直径在15-21mm范围时。测试过程中为了避免砂浆流速过快导致读数误差，应优先选用直径为15mm的下料口，如果发现砂浆从0ml到800ml流出所需的时间大于7.100s时可改换直径为18mm的下料口，同样地，如果发现砂浆从0ml到800ml流出所需的时间T800大于6.071s时可改换直径为21mm的下料口，以保证砂浆能顺利流出。

优选接料量筒3的容积不小于1000ml，且内径不小于60mm。

测试时，首先，拌制1000mL的砂浆并装入上部的装料筒1里，堵住漏斗出口(下料口)。然后松开漏斗出口，让砂浆自由泄落至下部的接料量筒3中，用DV4录制整个过程；

在KM Player视频播放软件中回放视频，读取每100mL的砂浆下落的时间，到800mL为止。依据每100mL砂浆距离下部接料量筒内砂浆面的距离和读取的时间计算该100mL砂浆下落的平均速率，并依据测得的砂浆容重计算每100mL砂浆上部的砂浆对其产生的重力；

最后，以每100mL的砂浆下落的平均速率为横坐标，上部砂浆对其产生的重力作为纵坐标，做散点图，去掉第一个点，进行线性拟合，该直线的斜率即为砂浆的塑性粘度μ，截距即为屈服应力τ₀。

实施例1

本实施例选用的一种测试水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力的装置中，装料筒1的圆筒部分内直径为70mm，高度为236mm，漏斗部分线面的垂直高度为72mm，下料口高度为28mm，下料口内直径为15mm，接料量筒直径为80mm，接料同底部至出料口的高度为348mm。接料量筒3的容积为1000ml；DV4帧率为60帧；秒表5能准确读到毫秒。

测试所用砂浆配合比为：华润42.5R水泥328kg/m³，ISO标准砂1336kg/m³，II级粉煤灰164kg/m³克，细磨矿渣粉(S95)109kg/m³，聚羧酸减水剂5.8kg/m³，水282kg/m³。砂浆实测容重为2226kg/m³，测试数据如表1所示。为了使读数更加准确，实验从第二个100ml砂浆的下落时间开始计算剪切速率与剪切应力。

其中，剪切应力＝砂浆实测容重×上部砂浆的体积；

i是指第i个100mL砂浆，T_i是指第i个100mL砂浆的下落时间，348是下料口距离量筒底部的距离，23是指量筒中100mL刻度之间的距离，单位都为mm。

表1用漏斗法测定的数据

以剪切应力为纵坐标，以剪切速率为横坐标，绘制砂浆样品的流变曲线如图2所示，线性拟合之后得到方程：Y＝19.503x+3.1906。即可得到砂浆的塑性粘度为19.503Pa·S，屈服应力为3.1906Pa。实测数据拟合曲线方程的相关性系数达到0.9944，说明数据可靠程度较高。

实施例2

本实施例选用的一种测试水泥砂浆的塑性粘度和屈服应力的装置中，装料筒1的圆筒部分内直径为70mm，高度为236mm，漏斗部分线面的垂直高度为72mm，下料口高度为28mm，下料口内直径为21mm，接料量筒直径为80mm，接料同底部至出料口的高度为348mm。

所用砂浆配合比为：海螺42.5R水泥330kg/m³，细度模数2.6天然河砂1330kg/m³，细磨石灰石粉168kg/m³克，细磨矿渣粉(S95)110kg/m³，聚羧酸减水剂5.40kg/m³，水280kg/m³。，在相同条件下用本实用新型方法连续测定10次，所测得砂浆的塑性粘度、屈服应力标准差和变异系数见表2。

由表2可知，十组配比相同的砂浆在同等条件下用漏斗法测得的塑性粘度、屈服应力的标准偏差分别为0.411与0.3887，变异系数分别为0.0166与0.1298，标准偏差及变异系数均较小，说明用漏斗法的可重复性好。

表2实施例2中十组砂浆的塑性粘度与屈服应力