[发明专利]确定混凝土的流变特性的设备和方法

说明书

本发明涉及一种用于确定混凝土的流变特性的便携式手持设备(10)，包括：手柄(11)，用于手动操作设备；桨叶(12)，被不能旋转地附接到所述手柄(11)；传感器装置(14)，用于确定作用在桨叶(12)上的力；电子模块(17)，用于评估由所述传感器装置(14)收集的数据；以及电源，向所述传感器装置和电子模块供应电能。本发明还涉及使用这样的便携式手持设备确定混凝土的流变特性的方法，包括以下步骤：将设备的桨叶(12)完全浸入混凝土内；手动地使桨叶(2)沿着线性路径通过混凝土移动预定距离；在桨叶移动通过混凝土期间测量作用在桨叶(12)上的力并且收集力数据；评估测量的力数据并且显示评估结果。

本发明涉及确定混凝土的流变特性的设备和使用所述设备确定混凝土的流变特性的方法。

最近，混凝土技术已经被推向极限边界：一方面，现今可能生产具有极端机械特性和挠曲特性的构件，以浇注在最严酷的条件下保持施工性能(workability)达数小时的混凝土，且以确保在耐用性和美观性方面性能非常高。另一方面，达到这样的极端边界意味着采用变得越来越难以处理、移动、泵送、浇注和精整的材料。

可以使用添加剂(诸如超增塑剂)来改善混凝土(例如自密实混凝土)的流变特性。含有基于合成聚合物的掺合料(admixture)的混凝土通常被表示为“流变塑性混凝土(rheoplastic concrete)”。新鲜状态的混凝土特性通常在施工现场用标准化方法(诸如坍落度测试、坍落流动度测试或VEBE测试)来表征。所获得的值被用来描述混凝土的初始流动性和其施工性能保持性。然而，这些方法不能表征混凝土的可能对其生产具有重要影响的流变特性。从混合时间到表面精整，通过泵送和浇筑(placing)，混凝土流变性对建筑物寿命起着关键作用，但其在每步中的量化并非易事。

根据定义，流变性是对物质流动的研究，主要在液体状态下，但是在一些条件下也作为“软固体”或固体，在这些条件下，它们响应于施加的力以塑性流动而非弹性变形来做出响应。作为胶体系统，混凝土的流变性可以由Bingham模型表达。Bingham流体是一种粘塑性材料，该粘塑性材料在低应力下表现为刚性体，但是在高应力下作为粘性流体流动。屈服应力(τ₀)确定混凝土在其自身质量下开始流动时的值。塑性粘度(μ)确定浇注或泵送期间混凝土的流动时间或速度。此值指示混凝土可以被浇筑或填充到模板(form)内的容易程度。

用于混凝土的流变仪被设计成表征混凝土的静态屈服应力、动态屈服应力和塑性粘度。高静态屈服应力是期望的，因为它降低了模架(formwork)的压力并且增加了抗离析性。但是为了易于泵送、浇筑和自固结(self-consolidation)，低动态屈服应力是必需的。动态粘度提供了凝聚力，且有助于在混凝土流动时减少离析。到目前为止，在实验室内和在施工现场处执行的测试集中于通过测量坍落度或坍落流动度的改变来评估新鲜水泥基材料的施工性能。这些工业测试在大多数情况下与屈服应力直接相关。尽管水泥基材料不仅是屈服应力流体，此实际方法由以下事实证明是正确的：屈服应力常常是描述材料在其自身重量下填充模架或更一般地模具的能力的最相关的参数。

然而，改良配料设计(mix design)(降低水/粘合剂比率，添加粗糙骨料(aggregate)等)方面的最近趋势已经表明对材料的施工性能具有显著影响，且工人在建筑工地处常常抱怨这些“黏性”混凝土，因为它们不能够浇筑和表面精整。此“黏性”且更具体地处理该材料所需的附加应力不仅与屈服应力有关，而且与塑性粘度有关。因此，屈服应力(τ₀)和塑性粘度(μ)的降低有助于改善混凝土的流变特性。黏性和流变性的实际评估通常是一项艰巨的任务，该任务相当难地来将单个数字认为是顾客所具有的流变性的“感知感觉”的结果。

通常，使用流变仪来测量屈服应力值和塑性粘度值，但是这两个数字与在施工现场所测量的混凝土特性并不直接地且容易地相关，且并不是所有施工现场通常都配备有这样的仪器。