一种水泥混凝土拌合物压力扩展度变化量试验及评价方法
阅读说明：本技术 一种水泥混凝土拌合物压力扩展度变化量试验及评价方法 (Test and evaluation method for pressure expansion degree variation of cement concrete mixture ) 是由 张从凯 李海波 常建 张士虎 姜利丰 史同愿 韩隆伟 刘宇豪 于 2021-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种水泥混凝土拌合物压力扩展度变化量试验方法,包括：(1)采用坍落度筒测定水泥混凝土拌合物扩展度k-0。(2)对上述步骤(1)的同一批水泥混凝土拌合物进行加压试验,并以加压完成后的水泥混凝土拌合物为检测对象,测定其压力扩展度k-m,且k-m与所述k-0的检测时间间隔不大于10min。(3)按照k-1＝δ-k×k-m的关系将k-m换算为k-1。(4)计算k-0和k -1之间的差值,即得水泥混凝土拌合物压力扩展度损失值△k,即△k＝k-0－k-1,△k值越大,相应的水泥混凝土拌合物在泵压作用的流动性损失越大,其可泵越差。本发明的这种方法实现了在施工前对水泥混凝土拌合物泵送压力扩展度损失值的检测和定量分析。(The invention relates to a test method for the pressure expansion variation of a cement concrete mixture, which comprises the following steps: (1) determination of the expansion k of a cement concrete mixture by means of a slump cone 0 . (2) Performing a pressurization test on the same batch of cement concrete mixture obtained in the step (1), taking the pressurized cement concrete mixture as a detection object, and measuring the pressure expansion degree k of the cement concrete mixture m And k is m And said k 0 The detection time interval of (2) is not more than 10 min. (3) According to k 1 ＝δ k ×k m Is given by the relationship of m Conversion to k 1 . (4) Calculating k 0 And k 1 The difference value between the two values is the pressure expansion loss value delta k of the cement concrete mixture, namely, delta k is k 0 －k 1 The larger the value of delta k, the greater the loss of fluidity of the corresponding cement concrete mixture under the action of pumping pressure, and the poorer the pumpability. This is the inventionThe method realizes the detection and quantitative analysis of the pumping pressure expansion loss value of the cement concrete mixture before construction.)
技术领域
本发明涉及水泥混凝土拌合物流动性测试
技术领域
，尤其涉及一种水泥混凝土拌合物压力扩展度变化量试验及评价方法。背景技术
本发明
背景技术
中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。扩展度是表征水泥混凝土拌合物流动性的主要技术指标，扩展度越大，相应的流动性越大。泵送施工是通过混凝土输送泵和泵管将水泥混凝土拌合物输送至结构上端面进行浇筑施工，流动性是表征水泥混凝土拌合物泵送施工难易程度的主要性能，扩展度越大，流动性越大，相应的水泥混凝土拌合物越易于泵送浇筑施工，反之，扩展度越小，流动性越小，越不利于泵送浇筑施工，甚至出现泵管堵塞无法进行浇筑施工。实践发现：在泵送过程中水泥混凝土拌合物的流动性在泵送压力下往往会发生降低和损失现象，其主要原因如下：
第一方面，在泵压作用下，水分进入到骨料的毛细孔隙中，减少了水泥混凝土拌合物浆体自由水含量。
第二方面，骨料间的起润滑效果的气泡在泵送压力作用下发生破裂。
第三方面，水泥混凝土拌合物中具有湿涨性质的泥粉等物质在泵压作用下发生压力吸水湿涨，增大了对起流化作用的减水剂分子的吸附量。
以上方面都会造成水泥混凝土拌合物在泵送扩展度降低，变稠、流动性下降，严重时会出现水泥混凝土拌合物出现离析干涩现象。
当前，对水泥混凝土拌合物扩展度在泵送压力下损失值的测定是通过在实际现场施工进行，首先测定入泵时的水泥混凝土拌合物扩展度，然后测定浇筑面输泵管口的水泥混凝土拌合物扩展度，两者之差价即为水泥混凝土拌合物泵送压力扩展度损失值。但是这种检测控制方法仅限于现场控制，而水泥混凝土拌合物在泵送前其泵送压力扩展度损失值是不可知和不可控的，只能尝试性去进行实际施工泵送检测才能获得，使泵送施工的不可预知性和风险性加大，也许这次泵送施工没有任何问题，也许会因泵送施工过程中水泥混凝土拌合物泵送压力扩展度损失值过大，导致浇筑难度加大，甚至出现堵泵施工中断，耗费较大的人力物力去处理，造成不必要的质量和经济损失。
发明内容
水泥混凝土拌合物泵送压力扩展度损失值无法提前进行检测和评价，相应的水泥混凝土拌合物的可泵性无法做到提前预控，是当前混凝土泵送施工控制急需要解决的关键问题，特别是针对超长、超高程泵送施工控制显得尤其重要。为此，本发明提供一种水泥混凝土拌合物压力扩展度变化量试验及评价方法，实现了在施工前对水泥混凝土拌合物泵送压力扩展度损失值的检测和定量分析。为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
在本发明的第一方面，公开一种水泥混凝土拌合物压力扩展度变化量试验方法，包括步骤：
（1）采用坍落度筒测定水泥混凝土拌合物扩展度k0。
（2）对上述步骤（1）的同一批水泥混凝土拌合物进行加压试验，并以加压完成后的水泥混凝土拌合物为检测对象，测定其压力扩展度km，且km与所述k0的检测时间间隔不大于10min，以确保计算结果的准确性。
（3）按照k1＝δk×km的关系将km换算为k1，其中：所述k1表示坍落度筒折算扩展度，δk表示折算系数，且k0、k1、dm单位相同；所述δk＝2.3－0.1k0/300＋0.008dm。
（4）计算k0和k 1之间的差值，即得水泥混凝土拌合物压力扩展度损失值△k，即△k＝k0－k1。
进一步地，步骤（1）中，所述k0的测试方法为：准备水泥混凝土拌合物并拌合均匀，抽取其中一部分水泥混凝土拌合物，将该水泥混凝土拌合物装入坍落度筒中，待坍落度筒内混凝土拌合物表面不见大气泡和不再下沉，计算该水泥混凝土拌合物扩展度k0，即得。
进一步地，将所述水泥混凝土拌合物装入坍落度筒中后，采用锤敲击坍落度筒外壁，一方面，以保证混凝土拌合物能够完全填充坍落度筒和促进其中的气体地排出，另一方面，防止采用捣棒插将石子过度的堆积在坍落度筒底部并出现较大表面浮浆而导致底部造成坍落度筒内水泥混凝土拌合物各组份出现分层沉降等不均质现象，从而导致较大的试验误差。
进一步地，步骤（2）中，采用混凝土压力泌水仪测试所述km。优选地，所述混凝土压力泌水仪的底仓中，由下至上依次放入金属网、下层滤纸、穿孔钢板、上层滤纸，并在底仓内注水至与所述穿孔钢板表面平齐。
进一步地，采用混凝土压力泌水仪测试所述km的方法步骤包括：振捣水泥混凝土拌合物、对振捣后的水泥混凝土拌合物进行加压、采用半坍落度筒测定加压后的水泥混凝土拌合物扩展度km。
进一步地，所述振捣水泥混凝土拌合物的方法包括：将水泥混凝土拌合物分两层装入承压缸体内，每装入一层均进行插捣，并用锤子对承压缸体外壁对称均匀敲打，至水泥混凝土拌合物表面插捣孔消失并不见大气泡为止。可选地，进行上述插捣时，捣棒由边缘向中心均匀插捣。
进一步地，所述对振捣后的水泥混凝土拌合物进行加压的方法包括：通过混凝土压力泌水仪的加压装置对承压缸体内的水泥混凝土拌合物进行加压，加压压力为4~6MPa，并保持20~30s，优选为加压压力为5.5MPa，并保持30s；加压完成后，将水泥混凝土拌合物取出并拌合均匀，记为待测水泥混凝土拌合物。
进一步地，所述采用半坍落度筒测定加压后的水泥混凝土拌合物扩展度km的方法包括：筛除所述待测水泥混凝土拌合物中尺寸超过31.5mm的骨料，将其装入半坍落度筒，且装料时不可插捣，通过橡皮锤敲击半坍落度筒，待半坍落度筒内混凝土拌合物表面不见大气泡和不再下沉，计算待测水泥混凝土拌合物扩展度km，即得。一般情况下，半坍落度筒的容量有限，尺寸超过31.5mm的骨料过多时，拌合物中的其他物料就难以加入半坍落度筒中或者占比为少数，从而导致得到的拌合物样品量不够用。
进一步地，将所述待测水泥混凝土拌合物装入半坍落度筒中后，采用锤敲击坍落度筒外壁，以促进混凝土拌合物沉降和其中气体地排出。
进一步地，步骤（3）中，还可以采用本发明提出的下表中k0、dm、δk的换算关系获得k1的数值。相对于按照k1＝δk×km，δk＝2.3－0.1k0/300＋0.008dm的关系计算所述k1，采用查表的方式更加方便快捷。
k0、dm、δk的换算关系，表中数值的单位均为mm。
进一步地，步骤（3）中，所述k0、k1、dm均精确至1mm，所述δk精确至0.01mm。
在本发明的第二方面，公开一种水泥混凝土拌合物可泵性的评价方法：根据所述△k对水泥混凝土拌合物可泵性进行评价：△k值越大，相应的水泥混凝土拌合物在泵压作用的流动性损失越大，其可泵越差。
进一步地，所述△k≤120、△k≤90、△k≤60分别对应该水泥混凝土拌合物的可泵性为合格、良、优。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提出的测试方法实现了施工前对水泥混凝土拌合物泵送压力扩展度损失值的检测和定量分析，提供了水泥混凝土拌合物压力扩展度损失值△k及水泥混凝土拌合物可泵性评价方法，以及相对应的不同泵送高度对水泥混凝土拌合物压力扩展度损失值△k的技术要求，实现了科学和客观地对水泥混凝土拌合物可泵性进行提前预控和评价。从而：实现了提前预知所施工的混凝土是否满足泵送施工浇筑要求的目的，避免出现堵泵和浇筑质量问题的出现，对规避和降低泵送施工和质量风险，减少和避免经济损失，特别是实现对超长、超高程泵送施工的有效控制和顺利施工意义重大。此外，还能够对配合比设计性能评价和改进提供数据支持和依据，从而提高水泥混凝土的施工质量。
（2）采用混凝土压力泌水仪测试所述km时，本发明采用滤纸、穿孔钢板、金属网组合的方式放置于底仓中，并将底仓加注满水，其优势是：一方面，可避免水泥混凝土试样在活塞压力作用下将水份和水泥浆过多的压入底仓。另一方面，由于滤纸的作用，可防止在装料振捣时底仓中的水多过的迁移到混凝土中；能够较好地反应水泥混凝土拌合物实际泵送受压状态，提高检测的有效性和准确性。
（3）由于受混凝土压力泌水仪容量所限，压力试验完毕后缸体内的水泥混凝土拌合物试样量不能满足一次坍落度筒扩展度检测所需的试样量，而加大试验次数，又会增加试验工作量和时间，降低试验效率，为此，本发明采用半坍落度检测扩展度所需的水泥混凝土试样量较少、能够满足次试验需要的量；并且提供了半坍落度检测的扩展度与坍落度筒检测的扩展度的相关性数学公式和推荐表，实现半坍落度检测的扩展度与坍落度筒检测的扩展度算换，显著节省了试验工作量和时间，提高了试验工作效率。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中锥形的坍落度筒的结构示意图，其中：坍落度筒为圆台体上下贯通的筒状结构，上端面内直径d 1 为100mm，下底面内直径d 2 为200mm，高度h 1 为300mm。
图2为本发明实施例中混凝土压力泌水仪的结构示意图。
图3为本发明实施例中滤纸、穿孔钢板、滤纸、金属网组合示意图。
图4为本发明实施例中锥形的半坍落度筒的结构示意图，其中：坍落度筒为圆台体上下贯通的筒状结构，上端面内直径d 3 为50mm，下底面内直径d 4 为100mm，高度h 2 为150mm。
上述图中标记分别代表：1-压力表；2-油泵；3-活塞；4-承压缸体；5-底仓；6-上层滤纸；7-穿孔钢板；8-下层滤纸；9-金属滤网；10-紧固螺栓。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。现结合说明书附图和具体实施例进一步说明。
第一实施例
一种水泥混凝土拌合物压力扩展度变化量试验及评价方法，具体步骤如下：
（1）配制用于泵送的C30水泥混凝土拌合物，取样数量为20L，骨料最大公称粒径为25mm，将试样拌合均匀，得水泥混凝土拌合物试样，备用。
（2）从所述水泥混凝土拌合物试样中抽取其中一部分试样，装入如图1所述的坍落度筒测定水泥混凝土拌合物扩展度k0，得到实测值为650mm。
（3）由于受混凝土压力泌水仪容量所限，无法一次性获取坍落度筒所需的水泥混凝土拌合物样品分量，多次模拟施压又会导致试验时间过长，多次获得的水泥混凝土拌合物样品出现变量，所以，本实施例同时从步骤（1）制备的所述水泥混凝土拌合物试样中再抽取部分，用图2所示的混凝土压力泌水仪进行加压试验，并在此基础上测定该部分水泥混凝土拌合物的压力扩展度km，得到实测值为200mm，且km与所述k0的检测时间间隔在10min之内，样品取出后，时间过长会产生变化，即使同一取样样品，如果两个样品一个是刚取出进行测试，一个取出后放置一段时间测试，也会导致测试出来的数据不准确。km的具体测定步骤如下：
（i）将混凝土压力泌水仪放置于平整地面，并使其保持水平，打开混凝土压力泌水仪，如图2和3所示，在混凝土压力泌水仪的底仓5中上由上至下依次放入上层滤纸6、穿孔钢板7、下层滤纸8、金属网9，然后箱底仓5内注水至与穿孔钢板7的上表面平齐。
（ii）将水泥混凝土拌合物试样分两层装入压力泌水仪的承压缸体4内，每装入一层插捣次数为6次，捣棒由边缘向中心均匀插捣，并用橡皮锤轻轻对缸体外壁对称均匀敲打6次，至拌合物表面插捣孔消失并不见大气泡为止。
（iii）盖好混凝土压力泌水仪盖体后，拧紧紧固螺栓10，并保证不透气，启动油泵2，带通活塞3进行加压，加压至5.5MPa并保持30s，加压压力可从压力表中读出，完成后打开盖体将水泥混凝土拌合物试样取出，然后拌合均匀，得待测水泥混凝土拌合物试样。
（iv）装料前，用孔径31.5mm筛筛除所述待测水泥混凝土拌合物试样中尺寸超过31.5mm的骨料，然后将该待测水泥混凝土拌合物试样放入如4所示的半坍落度筒中，用橡皮锤轻轻对缸体外壁对称均匀敲打6次，至半坍落度筒内混凝土拌合物表面不见大气泡和不再下沉为止，然后测定水泥混凝土拌合物扩展度km，得到实测值为200mm。
（4）将步骤（2）获得的坍落度筒测定的扩展度k0实测值650mm和水泥混凝土拌合物试样的粗骨料最大公称粒径dm的实测值25mm代入折算系数δk的计算公式中：δk= 2.3－0.1k0/300＋0.008dm，得出折算系数δk=2.28。
（5）将半坍落度筒测定的扩展度km实测值200mm代入坍落度筒折算扩展度k1的公式中：k1＝δk×km，得出k1=456mm。
（6）计算坍落度筒测定的扩展度k0实测值650mm和坍落度筒折算扩展度k1的实测值456mm之间的差值，记为△k＝k0－k1；所述△k即为水泥混凝土拌合物压力扩展度损失值，得出△k=194mm。
参照表1，压力扩展度损失值△k大于120，为不合格，故此水泥混凝土拌合物是在泵送后是不能满足施工要求的。
表1不同泵送高度对水泥混凝土拌合物压力扩展度损失值△k的技术要求
可泵性等级
合格
良
优
泵送高度（mm）
<100
100~200
>200
压力扩展度损失值△k（mm）
≤120
≤90
≤60
经过调查分析，压力扩展度损失值大的原因为：砂子中粒径大于5mm的颗粒强度低、吸水率，压碎指标值为33%。
改进调整措施为：采用4.75mm方孔筛将砂子过筛，按照相同的配合比配制混凝土，按照相同的方法进行压力扩展度损失值检测，检测结果为：骨料最大公称粒径dm为25mm，k0实测值为638mm，km实测值为258mm。经计算，δk为2.29，k1为590mm，△k为47mm。
对照表1继续进行分析评价，可以看出，改进调整后压力扩展度损失值△k符合要求，符合泵送高度>200mm的混凝土泵送施工，可泵等级为优。
进一步地，将该符合要求的水泥混凝土拌合物投入到施加泵送施工中，经检测：入泵扩展度为650mm，经泵送后出泵管口的扩展度为595，压力扩展度损失值△k为55mm，泵送浇筑施工顺利，满足施工技术质量要求。
第二实施例
（1）配制用于泵送的C50水泥混凝土拌合物，骨料最大公称粒径为20mm，用于泵送施工，经检测：入泵扩展度为660mm，经泵送后出泵管口的扩展度为400，压力扩展度损失值△k为260mm，压力扩展度损失很大，泵送浇筑速度慢，浇筑期间出现堵泵。
（2）经过调查分析，压力扩展度损失大的原因为：砂子中粒径大于5mm的颗粒压碎指标值为32%，强度低；石子为花岗岩材质，饱和面干吸水率为3.2%。改进调整措施为：采用4.75mm方孔筛将砂子过筛；石子更换为石灰石岩材质，饱和面干吸水率为0.8%，按照相同的配合比配制混凝土。
（3）对调整后配制的C50水泥混凝土拌合物进行压力扩展度损失值检测，检测方法参考上述第一实施例。检测结果为：骨料最大粒径dm为20mm，k0为645mm，km实测值为263mm。
（4）按照表2查找δk=2.24，经计算，k1为589mm，△k为56mm，对照上面表1进行分析评价，可以看出：改进调整后符合泵送高度>200mm的混凝土泵送施工，可泵等级为优。将水泥混凝土拌合物投入到施加泵送施工中，经检测：入泵扩展度为640mm，经泵送后出泵管口的扩展度为590，压力扩展度损失值△k为50mm，泵送浇筑施工顺利，满足施工技术质量要求。
表2 k0、dm、δk的换算关系，表中数值的单位均为mm。
可以看出，本发明提出的这种测试方法能够施工前在试验室里对水泥混凝土拌合物泵送压力扩展度损失值的检测和定量分析，实现了科学和客观地对水泥混凝土拌合物可泵性进行提前预控和评价。从而实现了提前预知所施工的混凝土是否满足泵送施工浇筑要求的目的，避免出现堵泵和浇筑质量问题的出现，对规避和降低泵送施工和质量风险，减少和避免经济损失，特别是实现对超长、超高程泵送施工的有效控制和顺利施工意义重大。
最后，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。