一种砂石表观密度自动测定装置及方法与流程

本发明属于表观密度测定，特别涉及一种砂石表观密度自动测定装置及方法。

背景技术：

1、砂石表观密度是指材料颗粒单位体积(包含内封闭空隙)的质量，是混凝土配合比设计中计算其用量不可或缺的数据，也是计算材料空隙率的数据，从而了解材料的构造特征，便于掌握材料的特性和使用功能。

2、目前砂石表观密度的测定主要采用的是gb/t 14684-2022《建设用砂》和gb/t14685-2022《建设用卵石、碎石》中所规定的表观密度试验方法，测定的具体方法为：

3、砂(容量瓶法)：1、称取试样300g，将试样装入容量瓶，注水至接近刻度处，用手旋转摇动容量瓶以排除气泡，静置24h。加水至刻度处，擦干瓶外水分，称其质量。2、倒出瓶内水和试样，洗净容量瓶，再向容量瓶内注水至刻度处，擦干瓶外水分，称其质量。计算试样表观密度。

4、石(液体比重天平法)：1、将试样装入吊篮，浸入盛水的容器中浸泡24h后，移放到称量用的盛水容器中，并用上下升降吊篮的方法排除气泡。2、测定水温后，称出吊篮及试样在水中的质量。称量时水面的高度由容器的溢流孔控制。3、将试样倒入浅盘放在烘箱中烘干至恒重，冷却至室温，称出其质量。4、称出吊篮在同样温度水中的质量。称量时水面高度仍由溢流孔控制。计算试样表观密度。

5、石(广口瓶法)：1、将试样浸水饱和，然后装入广口瓶中，注入饮用水，用玻璃片覆盖瓶口，上下左右摇晃排除气泡。2、气泡排尽后，向瓶中添加饮用水，直至水面凸出瓶口边缘。然后用玻璃片沿瓶口迅速滑行，使其紧贴瓶口水面。擦干瓶外水分后，称出试样、水、瓶和玻璃片总质量。3、将瓶中试样倒人浅盘，放在烘箱中烘干至恒重，冷却至室温，称出其质量。4、将瓶洗净并重新注入饮用水，用玻璃片紧贴瓶口水面，擦干瓶外水分后，称出水、瓶和玻璃片总质量。计算试样表观密度。

6、上述方法存在以下不足：1、砂石浸水饱和时间需要24h，其试验过程长，不便于快速获得表观密度数据；2、试验过程中读数和称重均由人工完成，试验过程中人为因素较强，极易造成主观偏差；3、容量瓶发法测定砂表观密度时，从加水静置的2h起至实验结束，其温差须控制在2℃之内，温度变化较大会影响试验结果准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种砂石表观密度自动测定装置及方法，本发明能够实现砂石表观密度的自动测定，加快砂石饱和吸水，避免过多人为因素导致的相关问题，提高了测定效率和精度，使得测定结果更加客观，且可重复性好。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种砂石表观密度自动测定装置，包括操作平台和用于盛装试样的容器，所述操作平台上设有用于承载容器的超声震板和重量传感器，所述超声震板用于震动试样，加快试样吸水饱和，所述重量传感器用于称取重量。

4、还包括注水管和设于操作平台下方的水箱，所述注水管进水端与水箱连通，所述注水管上设有第一出水口和第二出水口，所述第一出水口和第二出水口分别位于超声震板和重量传感器上方分别且距离超声震板和重量传感器有一定高度；第一出水口和第二出水口上分别设有第一注水阀和第二注水阀，分别用于控制第一出水口和第二出水口的启闭。

5、所述容器侧壁设有溢流口，所述溢水口上连接有溢水管，所述溢水管一端与溢水口连接，另一端伸出容器一定距离，并在溢水管出水口下方对应的操作平台上设有水浸传感器。

6、所述第二注水阀和水浸传感器均与控制单元连接，便于控制单元根据水浸传感器检测到溢水情况控制第二注水阀启闭；控制单元与第一注水阀和超声震板连接，以控制第一注水阀和超声震板启闭；操作平台上设有转移单元，控制单元与转移单元连接，以控制转移单元实现容器在超声震板和重量传感器之间转移。

7、所述重量传感器和数据处理单元连接，便于将采集的重量数据传送至数据处理单元进行处理，以得到试样表观密度。

8、进一步地，所述转移单元包括机械夹爪和移动机构，所述移动机构包括两根竖直间隔设置的支撑杆，超声震板和重量传感器的水平中心线位于同一直线，两支撑杆所在直线与超声震板和重量传感器的水平中心线平行，在两支撑杆之间水平设有x轴伺服电机模组，x轴伺服电机模组两端分别与两根支撑杆的顶端固定；所述机械夹爪与x轴伺服电机模组连接，控制单元与x轴伺服电机模组连接，便于控制x轴伺服电机模组启闭，以带动机械夹爪水平移动；所述机械夹爪为气动机械夹爪。

9、进一步地，所述机械夹爪通过竖直设置的z轴伺服电机模组可升降设置在x轴伺服电机模组上，所述控制单元与z轴伺服电机模组连接，便于控制z轴伺服电机模组启闭，以带动机械夹爪升降。

10、进一步地，所述机械夹爪通过旋转接头设置在z轴伺服电机模组下端，所述旋转接头与控制单元连接，便于通过控制单元控制旋转接头旋转，实现机械夹爪旋转，从而带动容器旋转，便于对容器进行清洗。

11、进一步地，所述操作平台上设有清洗槽，所述清洗槽上表面与操作平台上表面平齐；所述清洗槽水平中心线与超声震板和重量传感器的水平中心线位于同一直线，且所述重量传感器位于清洗槽和超声震板之间。

12、进一步地，所述清洗槽底部设有排水管，所述排水管上端与清洗槽排水口连通，并在清洗槽排水口设有排水阀，用于控制清洗槽排水口的启闭。

13、进一步地，所述水箱上设有温度传感器，用于采集水箱内的水温，所述温度传感器和数据处理单元连接，便于将采集的温度数据传送至数据处理单元。

14、进一步地，还包括搅拌机构，所述搅拌机构包括竖直设置的搅拌棒以及搅拌棒下端设置的叶片，所述搅拌棒通过升降机构可升降设置在超声震板上方，所述搅拌棒上端和电机连接，控制单元和电机连接，便于控制电机启停以对容器中的试样进行搅拌。

15、本发明还提供了一种砂石表观密度自动测定方法，该测定方法包括以下步骤：

16、s1：将容器放置在重量传感器上，获取空容器的质量为m0，然后打开第二注水阀，向容器内注入水，当水浸传感器检测有溢水管有溢水时，关闭第二注水阀，获取此时容器和水的总质量为m1；

17、s2：旋转机械夹爪将容器内的水倒出后，旋转机械夹爪使容器回正后，将容器放置在重量传感器上，然后将试样装入容器内，获取此时容器和试样的总质量为m2；

18、s3：将装有试样的容器放置在超声震板上，开启第一注水阀，向容器内注入定量的水，并使水没过试样，关闭第一注水阀；

19、s4：开启超声震板，超声处理8～10min，然后关闭超声震板，静置3～5min；

20、s5：将步骤s4中装有试样的容器转移至重量传感器上，然后打开第二注水阀，向容器内注入水，当水浸传感器检测有溢水管有溢水时，关闭第二注水阀，获取此时容器、试样和水的总质量为m3；同时获取此时水箱内的水温t，再获取不同水温对试样表观密度影响的修正系数αt，最后根据以下公式计算得到试样表观密度ρ0：

21、

22、式中：m0、m1、m2和m3的单位均为g；

23、ρw—水的密度，取1000，单位为kg/m3；

24、其中，不同水温对试样表观密度影响的修正系数见下表：

25、 水温t/℃ 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 <![cdata[α_t]]> 0.002 0.003 0.003 0.004 0.004 0.005 0.005 0.006 0.006 0.007 0.008

26、步骤s1～s5均在控制单元的控制下自动实现。

27、进一步地，所述试样为砂、卵石或碎石，当对测定砂的表观密度时，在开启超声震板的同时，还将搅拌棒伸入容器内进行搅拌，搅拌8～10min，然后关闭超声震板和搅拌棒，并将搅拌棒伸出容器，静置3～5min。

28、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

29、1、本发明能够实现砂石表观密度的自动测定，且采用超声震动和搅拌方式，能有效加快试样吸水饱和，缩短试样饱和吸水时间，提高测定效率，采用本发明所述测定装置测定试样表观密度，可在30min左右完成测定，能有效控制实验过程中的温差，相较于传统的测定方法，有效提高了测定效率和精度。

30、2、本发明通过水浸传感器感应溢水情况控制第二注水阀启闭，保证注水量的精确性，避免人工读数，同时采用重量传感器称取重量，避免人工称重，从而避免过多人为因素导致的相关问题，提高了测定效率和精度，使得测定结果更加客观，且可重复性好。