一种混凝土用水泥或矿物掺合料粉体密度测量装置及方法与流程

本发明涉及混凝土实验室用水泥、矿物掺合料粉体检测技术，具体涉及混凝土用水泥或矿物掺合料粉体密度测量装置及方法。

背景技术：

目前混凝土生产企业、检测单位及高校试验室等做水泥或混凝土矿物掺合料粉体密度检测时一般采用李氏瓶进行检测，过程中需要保证恒温水槽保证实验温度恒定在20℃±1℃，李氏瓶需要在恒温水槽内恒温30min，前期耗时较多，过程中需要将水泥或矿物掺合料粉体一点点装入李氏瓶，此过程工作量大，且非常容易出现粉体堵塞李氏瓶、粘黏在瓶壁上等情况，导致实验无法正常进行，而且前后需要两次人为进行体积刻度读数，容易造成误差。总体而言，此方法实验条件苛刻、耗时多、操作难度大，存在人为误差，且无法自动数显

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种水泥或混凝土矿物掺合料粉体密度测量装置及方法，用以测量水泥或混凝土矿物掺合料粉体的密度，实现测量过程的自动化、准确性及可数显化。

本发明提出的一种混凝土用水泥或矿物掺合料粉体密度测量装置，包括1#容器瓶、2#容器瓶、温度感应器、1#电子秤、2#电子秤、存储与计算模块、标准体积块和实验平板，所述1#容器瓶和2#容器瓶分别置于1#电子秤和2#电子秤上，所述1#电子秤和2#电子秤分别和存储与计算模块相连，所述1#容器瓶和2#容器瓶通过软管连通，所述温度感应器穿入并固定在1#容器瓶瓶壁上，并与存储与计算模块相连，所述存储与计算模块置于实验平板上，所述标准体积块为体积固定的陶瓷块，置于实验平板上，所述1#电子秤上和2#电子秤分别放置于实验平板上。

本发明中，所述1#容器瓶容器瓶瓶身有一个小孔和一个突出滤嘴，小孔用于温度传感器穿入并固定于瓶壁，突出滤嘴长1cm～2cm，内径3mm～6mm，突出滤嘴位于1#容器瓶靠近底部1/4位置；所述2#容器瓶瓶身有一个突出滤嘴，突出滤嘴长1cm～2cm，内径3mm～6mm，且规格与1#容器瓶相同，突出滤嘴位于2#容器瓶靠近底部1/4位置，与1#容器瓶相对高度相同，2#容器瓶突出滤嘴用于通过软管与1#容器瓶连通。

本发明中，软管为轻质塑料软管，软管内径为3mm～6mm。

本发明中，所述温度传感器为市售的接触式温度传感器，温度传感器一端金属探头穿过1#容器瓶小孔固定于瓶壁上，用于测试液体温度，温度探测精度0.1℃，另一端连接于存储与计算模块。

本发明中，所述1#电子秤量程1～2kg，精度0.01g，和存储与计算模块相连；所述的2#电子秤量程为1～2kg，精度0.01g，与存储与计算模块相连，其质量数据可直接被记录和存储：所述标准体积块为陶瓷块，热膨胀系数为4～10(1/k)×10^-6的陶瓷材料，用以标定测量温度下液体的密度；所述实验平板为轻质铝合金平板。

本发明提出的一种的混凝土用水泥或矿物掺合料粉体密度测量装置的测量方法，所述测量装置可以提供三种测量方法：

第一种测量方法：测得1#容器瓶和2#容器瓶被注入相同高度差的液体时，1#容器瓶和2#容器瓶液体体积增量比值；

第二种测量方法：测得试验时液体在对应温度下的密度值；

第三种测量方法：基于密度计算公式及流体静力平衡原理，根据1#容器瓶中液体增量与被测粉体材料所排开水的总量之间的关系，计算出被测粉体的体积，进而计算出所测粉体的密度。

本发明中，确定或验证k值，k值代表2#容器瓶液体与1#容器瓶液体上升相同高度时，二者液体体积增量的比值。两个实际的容量瓶具有固定的k值，即当两个容量瓶实际规格完全相同时，k＝1，当两个容量瓶实际规格不相同时k≠1，第一种测量方法具体步骤如下：

(1)向1#容器瓶注入测量粉体密度时所用液体，液体通过连通口进入2#容器瓶，两个容器瓶中的液体保持在同一平面上，最终使液体刚好没过1#和2#容器瓶的连通口；

(2)清零1#电子秤和2#电子秤；

(3)向1#容器瓶继续注入液体，使1#容器瓶和2#容器瓶液面上升至容器瓶1/2，此时由于流体静力学平衡原理，1#容器瓶和2#容器瓶液面保持水平，即1#容器瓶和2#容器瓶中液面上升高度一致；

(4)记录1#电子秤和2#电子秤的数据为m△1g和m△2g；

(5)计算k值，计算公式被表述为：

1#容器瓶和2#容器瓶的内径关系计算公式被表述为：

其中：k代表2#容器瓶液体与1#容器瓶液体上升相同高度时，2#容器瓶液体与1#容器瓶液体两者液体体积增量的比值，v△1和v△2分别代表当被注入相同高度差的液体时，1#容器瓶和2#容器瓶中液体的体积增量；m△1和m△2分别代表当被注入相同高度差的液体时，1#容器瓶和2#容器瓶中液体的质量增量，m△1和m△2由1#电子秤和2#电子秤读取，进而通过内置存储与计算模块直接计算得出k值。

本发明中，第二种测量方法具体步骤如下：

(1)向1#容器瓶注入测量粉体密度时所用液体，液体通过连通口进入2#容器瓶，两个容器瓶中的液体保持在同一平面上，最终使液体刚好没过1#容器瓶和2#容器瓶的连通口；

(2)清零1#电子秤和2#电子秤；

(3)秤量mg质量的粉体；

(4)将mg质量的粉体在远离连通口的一侧缓慢倒入2#容器瓶，由于流体静力学平衡原理，1#容器瓶和2#容器瓶液面保持水平，即1#容器瓶和2#容器瓶中液面上升高度一致；

(5)记录1#电子秤的数据为m1g；

(6)计算被测粉体的密度值，计算公式被表述为：

其中，ρ介t代表测量粉体时所用液体在温度为t℃时的密度。v0代表陶瓷标准快的体积，v0确定且已知，而且体积随室温温度变化而变化很小，可忽略不计；m′1代表标定液体密度实验时排入1#容器瓶中的液体质量，k代表2#容器瓶液体与1#容器瓶液体上升相同高度时，二者液体体积增量的比值。

本发明中，所述粉体的密度计算公式中ρ介t代表测量粉体时所用液体在温度为t℃时的密度，特定液体在特定温度下的密度为固定值，将不同温度下特定液体的密度值内置于存储与计算模块，温度传感器测得温度数据后传入存储与计算模块即可获得ρ介t值，也可实验测得，第三种测量方法具体步骤如下：

(1)向1#容器瓶注入测量粉体密度时所用液体，液体通过连通口进入2#容器瓶，两个容器瓶中的液体保持在同一平面上，使液体刚好没过1#容器瓶和2#容器瓶的连通口且液面高度高于标准快高度；

(2)清零1#电子秤和2#电子秤；

(3)将标准快放于2#容器瓶中；

(4)记录1#电子秤的数据为m′1；

(5)温度传感器记录当前液体温度t；

(6)计算测量粉体时所用液体在温度为t℃时的密度值，计算公式被表述为：

其中，ρ代表所测粉体的密度，m代表所测粉体的质量，ρ介t代表测量粉体时所用液体在温度为t℃时的密度，m1代表测量粉体密度时排入1#容器瓶中的液体质量，k代表2#容器瓶液体与1#容器瓶液体上升相同高度时，二者液体体积增量的比值。

本发明中，存储和计算模块能够自动记录权利要求7公式中的m△1和m△2，并自动计算出k值；能够自动记录权利要求8公式中的m′1，并自动计算出ρ介t值；能够自动记录权利要求9公式中的m和m1，并将k和ρ介t代入公式计算出ρ值。

本发明中，所述计算公式均内置于存储与计算模块，实验完成时可自动计算出所测粉体的密度并显示。

本发明的有益效果在于：本发明将水泥或矿物掺合粉体置于液体中，利用流体的静力平衡原理，可以读取排开液体质量的一部分，并利用该部分质量与整体质量的关系计算得到被排开液体的全部质量，同时利用温度传感器测量液体温度，液体在特定温度下的密度一定，利用质量和密度的关系直接计算出被排开液体的体积，被排开液体的体积等于被测试粉体的体积，故可计算出特定质量的水泥或矿物掺合料分体的密度。本发明利用流体静力平衡原理和已知液体的密度直接计算得到所测粉体的密度，克服了实验室常用的李氏瓶温度条件严苛、操作复杂且人为读数造成的误差，具有准确性和实用性。

附图说明

图1为本发明一种水泥或混凝土矿物掺合料粉体密度测量装置示意图。

图2为本发明一种水泥或混凝土矿物掺合料密度检测流程图。

图3为本发明一种水泥或混凝土矿物掺合料粉体密度测量装置中电子秤、传感器和存储与计算模块关系图。

图中标号：1为1#容器瓶，11为1#容器瓶突出滤嘴，2为测试粉体密度时所用液体，3为温度传感器，4为1#电子秤，5为2#容器瓶，51为2#容器瓶突出滤嘴，6为轻质塑料软管，7为2#电子秤，8为标准体积块，9为实验平板，10为存储与计算模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。应当理解的是，此处描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

实施例1：请参照图1所示，一种水泥或混凝土矿物掺合料粉体密度测量装置包括：包括两个容器瓶：1#容器瓶1和2#容器瓶5、轻质塑料软管6、温度感应器3、1#电子秤4、2#电子秤7、标准体积块8和实验平板9、存储与计算模块10。所述1#容器瓶1、2#容器瓶5分别置于1#电子秤4上和2#电子秤7上，所述1#容器瓶1和2#容器瓶5通过轻质塑料软管6连通，所述温度感应器3穿入并固定在1#容器瓶1瓶壁上，并与存储与计算模块10相连，所述标准体积块8为体积固定的陶瓷块，所述平板9为铝合金平板，所述1#电子秤4、2#电子秤7、存储与计算模块10和标准体积块8放置于平板上。

所述1#容器瓶1瓶身有一个小孔和一个突出滤嘴11，小孔用于温度传感器3穿入并固定于瓶壁，突出滤嘴11位于1#容器瓶1靠近底部约1/4位置，突出滤嘴11用于通过轻质塑料软管6与2#容器瓶5连通。

所述的2#容器瓶5，其特征在于：所述容器瓶瓶身有一个突出滤嘴51，突出滤嘴51位于2#容器瓶5靠近底部约1/4位置，与1#容器瓶1相对相同高度，2#容器瓶5突出滤嘴51用于通过轻质塑料软管6与1#容器瓶1连通。

所述轻质塑料软管6内径为3mm～6mm，两端连接1#容器瓶1与2#容器瓶5。

所述的温度传感器3为市售的接触式温度传感器，传感器3一端金属探头穿过1#容器瓶1小孔固定于瓶壁上，用于测试液体2温度，温度探测精度0.1℃，另一端连接于存储与计算模块10。

所述1#电子秤4量程1～2kg，精度0.01g，与存储与计算模块10相连，其质量数据可直接被记录和存储。

所述2#电子秤7量程1～2kg，精度0.01g，与存储与计算模块10相连，其质量数据可直接被记录和存储。

所述的标准体积块8为陶瓷块，热膨胀系数为4～10(1/k)×10^-6的陶瓷材料，用以标定测量温度下液体2的密度。

所述轻质铝合金平板9，用以固定1#电子秤4、2#电子秤7和存储与计算模块10，并用以放置标准体积块8，同时为实验提供试验平台。

请参照图1-图3所示，一种混凝土用水泥或矿物掺合料粉体密度测量方法，包括步骤：

确定或验证k值，k值代表2#容器瓶5中液体2与1#容器瓶1中液体上升相同高度时，二者液体体积增量的比值。两个实际的容量瓶具有固定的k值，即当两个容量瓶实际规格完全相同时，k＝1，当两个容量瓶实际规格不相同时k≠1，方法为：

(1)向1#容器瓶1注入测量粉体密度时所用液体2，液体通过连通口进入2#容器瓶5，两个容器瓶中的液体保持在同一平面上，最终使液体刚好没过1#容器瓶1和2#容器瓶5的连通口11、51；

(2)清零1#电子秤4和2#电子秤7；

(3)向1#容器瓶1继续注入一定量的液体2，使1#和2#容器瓶1、5液面上升至容器瓶约1/2，此时由于流体静力学平衡原理，1#和2#容器瓶1、5液面保持水平，即1#和2#容器瓶1、5中液面上升高度一致；

(4)记录1#和2#电子秤4、7的数据为m△1g和m△2g；

(5)计算k值，计算公式被表述为：

其中k代表2#容器瓶5液体与1#容器瓶1液体上升相同高度时，二者液体体积增量的比值。v△1和v△2分别代表当被注入相同高度差的液体时，1#容器瓶1和2#容器瓶5中液体2的体积增量。m△1和m△2分别代表当被注入相同高度差的液体时，1#容器瓶1和2#容器瓶5中液体的质量增量，m△1和m△2可以由1#电子秤4和2#电子7秤读取，进而通过内置存储与计算模块10直接计算得出k值。

测量水泥或混凝土矿物掺合料的密度，方法为：

(1)向1#容器瓶1注入测量粉体密度时所用液体2，液体2通过连通口11进入2#容器瓶5，两个容器瓶中的液体保持在同一平面上，最终使液体刚好没过1#和2#容器瓶1、5的连通口；

(2)清零1#电子秤4和2#电子秤7；

(3)秤量mg质量的粉体；

(4)将mg质量的粉体在远离连通口的一侧缓慢倒入2#容器瓶5，由于流体静力学平衡原理，1#和2#容器瓶1、5液面保持水平，即1#和2#容器瓶1、5中液面上升高度一致；

(5)记录1#电子秤4的数据为m1g；

(6)存储与计算模块10自动计算被测粉体的密度值，计算公式被表述为：

其中，ρ代表被测粉体的密度，m代表所测粉体的质量，ρ介t代表测量粉体时所用液体在温度为t℃时的密度，m1代表测量粉体密度时排入1#容器瓶1中的液体质量，k代表2#容器瓶液体5与1#容器瓶1液体上升相同高度时，二者液体体积增量的比值。

所述粉体的密度计算公式中ρ介t代表测量粉体时所用液体在温度为t℃时的密度，特定液体在特定温度下的密度为固定值，将不同温度下特定液体的密度值内置于存储与计算模块，温度传感器测得温度数据后传入存储与计算模块即可获得ρ介t值，也可实验测得，实验方法为：

(1)向1#容器瓶1注入测量粉体密度时所用液体2，液体2通过连通口11进入2#容器瓶5，两个容器瓶中的液体2保持在同一平面上，使液体2刚好没过1#和2#容器瓶1、5的连通口11、51，且液面高度高于标准块8的高度；

(2)清零1#电子秤4和2#电子秤7；

(3)将标准块8放于2#容器瓶中5；

(4)存储与计算模块10记录1#电子秤4的数据为m′1；

(5)温度传感器3记录当前液体温度t；

(6)存储与计算模块10计算测量粉体时所用液体在温度为t℃时的密度值，计算公式被表述为：

其中，ρ介t代表测量粉体时所用液体在温度为t℃时的密度。v0代表陶瓷标准快的体积，v0确定且已知，而且体积随室温温度变化而变化很小，可忽略不计。m′1代表标定液体密度实验时排入1#容器瓶1中的液体质量，k代表2#容器瓶5液体2与1#容器瓶1液体2上升相同高度时，二者液体体积增量的比值。

在其中一个实施案例中，被测粉体为干燥水泥粉体1#容器瓶1和2#容器瓶5规格完全相同，即k＝1.0，实验温度为20℃，测试液体为无水煤油，该无水煤油在20℃时密度为0.7892g/cm³，水泥密度测试方法为：

(1)向1#容器瓶1注入测量粉体密度时所用无水煤油，使煤油刚好没过1#和2#容器瓶1、5的连通口；

(2)清零1#电子秤4和2#电子秤7；

(3)秤量60.00g质量的粉体；

(4)将60.00g质量的粉体在远离连通口的一侧缓慢倒入2#容器瓶5，由于流体静力学平衡原理，1#和2#容器瓶1、5液面保持水平，即1#和2#容器瓶1、5中液面上升高度一致；

(5)记录1#电子秤4的数据为7.69g；

(6)存储与计算模块10自动计算被测粉体的密度值为ρ＝3.08g/cm³，计算公式被表述为：

其中，ρ代表被测水泥粉体的密度，m代表所测水泥粉体的质量，为60.00g，ρ介t1代表测量粉体时所用煤油在温度为t为20℃时的密度为0.7892g/cm³，m1代表测量粉体密度时排入1#容器瓶1中的液体质量为7.69g，由1#电子秤4测得并传入存储与计算模块并按照公式自动计算出水泥密度ρ＝60.00×0.7892÷7.69÷2.0＝3.08g/cm³。

在另一个实施案例中测量水泥分体密度，首先确定k值，方法为：

(1)向1#容器瓶1注入测量水泥粉体密度时所用煤油，液体通过连通口进入2#容器瓶5，两个容器瓶中的煤油保持在同一平面上，最终使煤油刚好没过1#容器瓶1和2#容器瓶5的连通口11、51；

(2)清零1#电子秤4和2#电子秤7；

(3)向1#容器瓶1继续注入一定量的煤油2，使1#和2#容器瓶1、5液面上升至容器瓶约1/2，此时由于流体静力学平衡原理，1#和2#容器瓶1、5液面保持水平，即1#和2#容器瓶1、5中液面上升高度一致；

(4)记录1#和2#电子秤4、7的数据m△1和m△2，分别为90.35g和90.36g；

(5)计算k值，计算公式被表述为：

其中，m△1和m△2可以由1#电子秤4和2#电子7秤读取，分别为90.35g和90.36g；进而通过内置存储与计算模块10依据公式直接计算得出k＝90.36÷90.35＝1.0001。

其次确定煤油的密度，方法为：

(1)向1#容器瓶1注入煤油2，煤油2通过连通口11进入2#容器瓶5，两个容器瓶中的煤油2保持在同一平面上，使煤油2刚好没过1#和2#容器瓶1、5的连通口11、51，且液面高度高于标准块8的高度，标准块体积为150.10cm³；

(2)清零1#电子秤4和2#电子秤7；

(3)将标准块8放于2#容器瓶5中；

(4)存储与计算模块10记录1#电子秤4的数据为m′1＝95.52g；

(5)温度传感器3记录当前煤油温度t＝25℃；

(6)存储与计算模块10计算测量粉体时所用煤油在温度为25℃时的密度，其计算公式被表述为：

则ρ煤油25℃＝150.10÷(1+1.0001)÷95.52＝0.7857(g/cm³)，查表知25℃时煤油密度为0.7857g/cm³，与计算结果一致。

最后，测量水泥粉体密度，方法为：

(1)向1#容器瓶1注入测量粉体密度时所用煤油，使煤油刚好没过1#和2#容器瓶1、5的连通口；

(2)清零1#电子秤4和2#电子秤7；

(3)秤量60.10g质量的粉体；

(4)将60.10g质量的粉体在远离连通口的一侧缓慢倒入2#容器瓶5，由于流体静力学平衡原理，1#和2#容器瓶1、5液面保持水平，即1#和2#容器瓶1、5中液面上升高度一致；

(5)记录1#电子秤4的数据为7.64g；

(6)存储与计算模块10自动计算被测粉体的密度值为ρ＝3.09g/cm³，计算公式被表述为：

则存储与计算模块按照公式自动计算出水泥密度ρ＝60.10×0.7857÷7.64÷2.0001＝3.09g/cm³。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化，皆应仍属本发明涵盖的范围内。