一种浆体流变参数自动检测装置及检测方法

1.本发明涉及水泥浆或砂浆浆体流变参数检测设备，尤其涉及一种浆体流变参数自动检测装置及检测方法。


背景技术：

2.作为混凝土的重要组成部分，水泥浆和砂浆的流变性在一定程度上决定着对应的混凝土的工作性能。通过水泥浆或砂浆的流变性对混凝土，尤其是自密实混凝土的工作性能进行预测是当前的热点研究问题。另外，通过小尺度的水泥浆或砂浆试验能够有效节约材料成本和劳动强度。因此在实验室或实际工程中，需要对水泥浆或砂浆的流变参数进行检测。
3.水泥浆或砂浆的流变性可借助浆体的扩展度试验得到的参数来计算，与扩展度值及浆体扩展度值对应的时间有关。目前，普遍在铺设玻璃板的试验台上进行净浆或砂浆扩展度试验，浆体停止流动后，利用刻度尺检测浆体的最终扩展度值。对于从扩展度筒开始提起到浆体扩展到一定值的时间的检测较为复杂，比如采用在玻璃板上做数值标记，或者采用视频回放读数的方法检测，而上述方法存在以下不足之处：
4.(1)检测精度取决于试验台是否平整，尤其当地面不平整时，难以对试验台进行调平；
5.(2)扩展度筒的提起速率难以保证匀速且符合规定的时间要求，进而影响检测结果；
6.(3)使用的玻璃板会反射日光灯的光线，影响对浆体图像的观测和检测；
7.(4)试验数据需要人工检测或通过后期视频处理，不能即时获得；
8.(5)试验装置不成体系，不方便捷携带至其他地点执行检测任务。
9.因此，目前对浆体流变参数的检测目前存在检测复杂、误差较大、结果反馈不及时的问题，限制了基于净浆或砂浆流变参数预测混凝土工作性能方法的推广应用。


技术实现要素：

10.发明目的：为了解决现有试验中存在的技术问题，本发明提供一种浆体流变参数自动检测装置及检测方法，省去了人工记录和计算过程，并将数据记录与计算合为一体，计算结果更加精确，解决了浆体扩展度测试试验平台不规范，检测精度不高，试验装置不便携带，测试结果不能及时获得的问题。
11.技术方案：本发明浆体流变参数自动检测装置包括检测台、检测组件和调平组件；检测台上安装有水准器；
12.检测组件包括扩展度筒、匀速牵引单元、通电致磁圆盘、参考标识和带有流变参数检测软件的手机终端；参考标识位于检测台表面来间接检测浆体尺寸；
13.通电致磁圆盘在匀速牵引单元的作用下吸附扩展度筒匀速提升至与浆体分离，手机终端通过参考标识的坐标变换计算出浆体流变参数。
14.调平组件包括平衡支架、万向调节脚和旋钮，通过旋钮松开或锁紧平衡支架来调节平衡支架的高度。
15.匀速牵引单元包括匀速牵引器、控制器、电机和牵引绳，匀速牵引单元通过牵引绳带动通电致磁圆盘升降。
16.检测台上设有对扩展度筒定位的圆形标记。
17.检测台表面为防反光材质，进而提高检测准确率。
18.本发明浆体流变参数自动检测方法包括以下步骤：
19.(1)通过调平组件和水准器调节检测台的位置水平；
20.(2)在检测台上放置扩展度筒，使得扩展度筒底部与检测台上的圆形标记重合，并将扩展度筒上口与通电致磁圆盘对齐；
21.(3)固定手机终端，打开手机终端的流变参数检测软件；
22.(4)将浆体从扩展度筒的上口装填至扩展度筒内，并将浆体抹平；
23.(5)控制匀速牵引单元下放通电致磁圆盘，打开电源使通电致磁圆盘与扩展度筒的上口连接；
24.(6)通过匀速牵引单元和通电致磁圆盘将扩展度筒匀速提升至扩展度筒与浆体脱离，录制浆体在重力作用下流动的视频；
25.(7)通过图像处理软件将参考标识的尺寸对视频图像进行坐标变换，将待检测的视频图像变化到参考标识定义的平面中，获取每一帧视频中浆体的扩展度及对应的时间，并绘出扩展度-时间的函数关系图；计算浆体的屈服强度和粘度；
26.(8)关闭电源，收起平衡支架。
27.步骤(7)中，通过图像处理软件将参考标识的尺寸对视频中的图像进行坐标变换的过程为：在图像处理软件中将参考标识转换为校正后的标识。
28.步骤(7)中，浆体为净浆时，所述净浆的屈服强度为：
[0029][0030]
式中：ρ
paste
表示净浆的表观密度，v
paste
表示净浆扩展度筒内的净浆的体积，sfpaste表示净浆扩展度，λ取值0.00005。
[0031]
步骤(7)中，浆体为净浆时，净浆的粘度为：
[0032][0033]
式中：ρ
paste
表示净浆的表观密度，h
paste
表示净浆扩展度筒的高度，v
paste
表示净浆扩展度筒内所装净浆的体积，tn表示净浆扩展度为n时的时间，slump为净浆扩展度是n时对应的坍落度；sf
pres
代表设定的净浆扩展度值，数值上等于n。
[0034]
步骤(7)中，浆体为砂浆时，砂浆的屈服强度为：
[0035][0036]
式中：ρ
mortar
表示的砂浆表观密度，v
mortar
表示砂浆扩展度筒内砂浆的体积，sf
mortar
表示砂浆扩展度。
[0037]
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0038]
(1)本发明用于浆体扩展度测试，将数据记录与计算合为一体，计算结果更加精确且实时得到试验结果，装置结构合理，携带方便。
[0039]
(2)本发明通过调平组件和水准器实现了试验过程中的检测台水平，消除了试验误差。
[0040]
(3)检测台采用防反光的疏水玻璃材质，防止浆体从扩展度筒下方渗出，防反光材质利于排除光线明暗对手机软件计算的干扰，减少了实验误差。
[0041]
(4)采用匀速牵引单元匀速提升扩展度筒，消除了人工操作产生的误差。
[0042]
(5)扩展度筒与匀速牵引单元之间采用通电致磁吸引方式连接，便于扩展度筒的拆卸和清洗。
[0043]
(6)本发明的检测装置为一个整体，检测装置的内部还设置有储物空间，便于携带进行异地作业。
附图说明
[0044]
图1为本发明浆体流变参数自动检测装置的整体结构示意图；
[0045]
图2为本发明调平组件的内部结构示意图；
[0046]
图3为本发明收纳抽屉的内部结构示意图；
[0047]
图4为本实施例中浆体图像的透视变换过程与结果示意图。
具体实施方式
[0048]
如图1所示，本发明浆体流变参数自动检测装置包括检测台、检测组件和调平组件，检测台上安装有水准器10。检测组件包括扩展度筒2、匀速牵引单元、通电致磁圆盘15、参考标识9和带有流变参数检测软件的手机终端4。参考标识位于检测台表面来间接检测浆体尺寸。
[0049]
调平组件包括平衡支架18、万向调节脚19和旋钮20，通过旋钮松开或锁紧平衡支架来调节平衡支架的高度。
[0050]
匀速牵引单元包括匀速牵引器13、控制器16、电机17和牵引绳14，匀速牵引单元通过牵引绳带动通电致磁圆盘15升降。
[0051]
本实施例中，检测台5固定在框架箱1的上表面，框架箱1的箱身主体为600mm
×
600mm
×
200mm，采用塑料材质；收纳抽屉6位于框架箱箱身内部，采用400mm
×
400mm
×
150mm的箱式结构，壁厚为5mm。
[0052]
该检测台5的表面涂刷防反光的材质。检测台5的台面上标刻有对不同规格的扩展度筒2进行定位的圆形标记7。该圆形标记7的尺寸与扩展度筒的底部直径相同。扩展度筒2分为净浆扩展度筒和砂浆扩展度筒。
[0053]
本实施例中，净浆扩展度筒的规格为顶部内直径36mm，底部内直径60mm，垂直高度为60mm的空心圆台，底部外直径70mm，材质采用可被磁性吸引的金属材质。其中净浆扩展度筒的圆形标记7的直径为70mm。
[0054]
砂浆扩展度筒的规格为顶部直径70mm，底部内直径100mm，垂直高度60mm的空心圆台，底部外直径112mm，材质采用可被磁性吸引的金属材质。砂浆扩展度筒的圆形标记8的直
径为112mm。
[0055]
扩展度筒是一个中空的圆台型筒，扩展度筒底部与检测台接触，将浆体从上口填充进去，在扩展度筒未提起之前，浆体不会流出或渗出，将扩展度筒竖直向上提起，浆体在自重作用下与扩展度筒脱离，并在检测台上流动。
[0056]
检测台5选用减轻反光现象的玻璃材质。水准器10采用气泡式水准器，水准器位于框架箱上表面中心处，内含20mm
×
20mm水准气泡，水准器10的平面与检测台5的台面齐平。
[0057]
框架箱1上表面配置有参考标识9，用于对手机终端4的检测软件进行定位。该参考标识9上有被手机终端4识别的图片，本实施例中，该标识9是石头图像，如图4所示，本实施例中参考标识的尺寸为105.5
×
74mm，通过在手机终端4内修改参数来调整该参考标识中图片的尺寸。参考标识9粘贴于检测台5表面，与浆体位于同一平面内，进而间接检测浆体的尺寸。
[0058]
框架箱1上设置两根竖向支撑杆11，两支撑杆11之间水平架设一个固定杆12，固定杆12中部设置有匀速牵引单元，装置下方通过牵引绳14悬挂通电致磁圆盘15。其中，竖向支撑杆规格选用50mm
×
30mm
×
600mm，材质采用具备刚度的金属材料。竖向支撑杆通过固定上方结构，确保均匀速牵引单元13位于装置正上方。固定杆采用直径为40mm，壁厚2mm，长度540mm的圆形钢管。通电致磁圆盘的规格为直径100mm，厚度2mm。
[0059]
匀速牵引单元配备有匀速牵引器13和控制器16，通过控制器16控制电机17，电机17驱动匀速牵引器13，牵引绳14缠绕带动通电致磁圆盘15移动，通电致磁圆盘15吸引带动扩展度筒2一起上升。通过通电磁性圆盘15连接扩展度筒2，匀速牵引器13牵引通电磁性圆盘15匀速上升，避免人工提升扩展度筒的速度不均匀而产生误差。
[0060]
扩展度筒2为内部中空的圆台状筒体金属开口容器，下口为广口、上口为缩口，扩展度筒2的上口与通电致磁圆盘15匹配，与匀速牵引单元通过通电致磁圆盘15连接。
[0061]
框架台1内部设置收纳抽屉6，并对该收纳抽屉6的空间进行划分，用于存放如搅拌棒21、抹布23之类的试验设备。如图2所示，框架台1下方四角处配置有调平组件，该调平组件包括平衡支架18、万向半球脚19和固定旋钮20；平衡支架18采用边长为40mm，壁厚为3mm的方形钢管，底端通过圆球与万向半球脚19铰接，半球脚的直径为40mm，辅助装置平衡，通过旋转固定旋钮20松开或锁紧平衡支架18，以此调节支架18的高度，适应不同倾斜角度的地面，使装置整体水平。当水准器10的液泡位于水准器正中间时，认为该检测台5已调平。
[0062]
移动式三脚架3的高度范围为300mm-900mm，该移动式三脚架3用于固定手机终端4，手机终端4安装有视频图像录制检测软件，该软件自动分析试验浆体的流变参数。该软件内置检测模块、计算模块和输出模块，这三个模块之间通过数据传递。手机终端4记录的数据为净浆或砂浆的扩展度及对应的时间。本实施例中，净浆和砂浆的屈服强度和粘度的计算过程如下：
[0063]
(1)净浆的屈服强度计算如下：
[0064][0065]
式中：ρ
paste
表示净浆的表观密度，v
paste
表示净浆扩展度筒内净浆的体积，sf
paste
表示净浆扩展度，λ取值0.00005。
[0066]
(2)净浆的粘度计算：
[0067][0068]
式中：ρ
paste
表示净浆的表观密度，h
paste
表示净浆扩展度筒的高度，v
paste
表示净浆扩展度筒内所装净浆的体积，t
200
表示净浆扩展度为200的时间，slump为净浆扩展度是200mm时对应的坍落度。本实施例中，sf
pres
为200mm。
[0069]
(3)砂浆的屈服强度计算：
[0070][0071]
式中：ρ
mortar
表示的砂浆表观密度，v
mortar
表示砂浆扩展度筒内砂浆的体积，sf
mortar
表示砂浆扩展度。
[0072]
从图表中得出浆体扩展度sf与达到相应扩展度所需时间t200，根据砂浆和净浆流变特性公式，计算浆体流变参数，该浆体流变参数包括净浆的屈服强度与粘度，以及砂浆的屈服强度。
[0073]
净浆的流变参数包括屈服强度和粘度，分别根据公式(1)和公式(2)计算得到。其中净浆的表观密度、净浆扩展度筒的高度，净浆扩展度筒内所装净浆的体积通过测试得到，这部分数据内置在已设定好的手机软件中，手机软件通过记录分析得到净浆扩展度为200mm的时间t200、净浆的最终扩展度，通过内置在手机软件中的公式(1)、公式(2)计算得出净浆的屈服强度与粘度。
[0074]
手机终端的软件通过摄像头实时记录浆体的扩展度及对应的时间，将这两项数据制成扩展度-时间的函数关系图，本实施例中，从图表中即读出当净浆的扩展度为200mm时所需时间t200。
[0075]
本发明浆体流变参数检测方法包括以下步骤：
[0076]
(1)放下调平组件，旋转旋钮20进而调节平衡支架18的高度，当水准器10的液泡位于中间时，则检测台5的位置为水平；
[0077]
(2)在检测台上放置扩展度筒2；使得扩展度筒2底部的外边缘与检测台上的圆形标记重合，以便将扩展度筒的上口与上方的通电致磁圆盘15对齐；
[0078]
(3)将手机终端4固定在三角架上，打开视频录制检测软件；
[0079]
(4)将浆体从扩展度筒2的上口装填至扩展度筒内，用搅拌棒21搅拌并用腻子铲22将浆体抹平；
[0080]
(5)控制匀速牵引单元下放通电致磁圆盘15，打开电源使通电致磁圆盘15与扩展度筒上口通过磁性连接；
[0081]
(6)打开手机终端，控制匀速牵引单元和通电致磁圆盘15将扩展度筒匀速提升至扩展度筒与浆体分离，浆体在重力作用下自由流动，记录浆体流动过程。
[0082]
(7)通过图像处理软件将参考标识(9)的尺寸对视频中的图像进行坐标变换，将待检测的视频图像变化到参考标识(9)定义的平面中，获取每一帧视频中的浆体的扩展度及对应的时间，并绘出扩展度-时间的函数关系图；计算浆体的屈服强度和粘度；具体过程如图4所示，借助在检测台上设置的尺寸已知的矩形参考标识9，经过透视变换，将镜头中的参考标识abcd转换为校正后的标识abcd，由于浆体与参考标识位于同一平面内，原来斜视的
浆体将变换为俯视的浆体。按照这种方法，将视频中每一帧图片进行变换，再使用图像处理软件，根据参考标识的实际尺寸对视频中的流淌在检测台平面上的浆体进行测量，最终获取每一帧视频中的浆体扩展度值及该扩展度值对应的时间；并绘出扩展度-时间的函数关系图；计算浆体的屈服强度和粘度；
[0083]
(13)关闭电源，收起伸缩平衡支架，清洗装置。