УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНОСТИ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области исследования технологических характеристик вяжущих материалов, в частности может применяться для оперативного измерения объемных деформаций (контракции) цемента при технологических процессах изготовления бетона, в строительстве бетонных и железобетонных конструкций.
В современной технике известны устройства, определяющие активность цемента по его контракции.
Известен контракциометр переносной КД-07 («Руководство по эксплуатации, паспорт», Менеделеево, 1998 г., ГП «ВНИИФТРИ»), содержащий сосуд, заполненный водой, с установленным в нем стаканом с исследуемым материалом. Сосуд герметично закрыт крышкой посредством крепежных винтов. Крышка соединена со стеклянной трубкой, помещенной в защитную оболочку. Верхний край стеклянной трубки закрыт заглушкой. Все устройство помещено в емкость с водой. Измерение контракции производится визуальным наблюдением по шкале стеклянной трубки за высотой столба жидкости (воды).
Емкость с водой контракциометра выполнена открытой, т.е. сообщающейся с воздухом, в связи с чем, в процессе испытаний возможно испарение части воды. Это приводит к изменению установленных изначально условий измерения и, как следствие, снижает их точность.
3
Контракциометр также характеризуется снижением точности измерений, связанным с необходимостью визуальной оценки уровня жидкости в стеклянной трубке и ручной обработкой результатов с округлением их до значения 0,1 см.
К тому же часть пузырьков воздуха, выделяющихся из цементного теста в процессе испытаний, собирается под крышкой, создавая дополнительное давление на стенки стакана, влияющее на точность показаний контракциомера.
В качестве ближайшего аналога принят прибор для определения активности цемента (RU 93988, опубл. 10.05.2010 г., МПК G01N 33/38), содержащий контейнер с полостью, заполненной водой, с установленным в ней стаканом с исследуемым материалом. Полость связана с отсеком, в котором установлен датчик объема, выполненный в виде сильфона. Полость контейнера герметично закрыта крышкой посредством винтов. Крышка имеет отверстие, закрываемое пробкой. В контейнере выполнен патрубок с пробкой для залива воды. Датчик объема связан с электронным блоком, принимающим, обрабатывающим и передающим данные измерений для последующего анализа.
Недостатком известного технического решения является использование сильфона в качестве чувствительного элемента датчика объема, имеющего ряд особенностей и ограничений по применению.
Сильфон должен обладать малой жесткостью, так как при использовании жесткого сильфона наблюдается большая погрешность при измерении изменения объема воды.
В данной конструкции обязательно должна сохраняться герметичность стакана с исследуемым материалом (цементным тестом), для обеспечения точности показаний прибора.
Частицы цемента (цементная пленка), осаждаемые на стенках сильфона, а также пузырьки воздуха, выделяемые из цементного теста, попадающие внутрь измерительной камеры, снижают податливость и чувствительность сильфона.
Большое влияние на точность измерений оказывает качество изготовления сильфона, в том числе возможные дефекты, оставшиеся при изготовлении (трещины, расслоения, пузыри, раковины, окалины и поверхностные коррозии, перекос гофров и неравномерность шага), которые ухудшают чувствительность сильфона к изменению давления воды и, как следствие, снижают точность показания прибора.
Таким образом, известные технические решения характеризуются недостаточно высокой надежностью и точностью измерений.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в повышении надежности конструкции, посредством исключения сложного в изготовлении и чувствительного к неоднородности среды сильфона, и повышении точности измерения.
Решение поставленной задачи в устройстве для определения активности вяжущих материалов, содержащем измерительную камеру с полостью, герметично закрываемой крышкой, стакан для исследуемого материала, устанавливаемый в полость, устройство измерения объема воды в измерительной камере и связанный с ним электронный блок обработки данных, достигается тем, что в качестве устройства измерения объема воды использован емкостной датчик объема, сообщающийся с полостью измерительной камеры.
Устройство для определения активности вяжущих материалов дополнительно содержит устройство изменения уровня воды в емкостном датчике объема, представляющее собой цилиндр с поршнем, совершающим поступательное движение. Положение поршня отображается на шкале цилиндра.
В измерительной камере выполнен заливной патрубок, закрываемый пробкой.
Емкостной датчик объема воды сообщается с полостью измерительной камеры через соединительный канал, в котором установлен сменный фильтр.
Соединительный канал выполнен в нижней части измерительной камеры.
Емкостной датчик объема воды выполнен в виде стеклянной трубки с размещенными в ней соосно и вертикально металлической нити и металлического покрытия, нанесенного на наружную поверхность стеклянной трубки, выполняющих функцию обкладок конденсатора.
Стеклянная трубка сверху закрыта кожухом и съемной крышкой.
Емкостной датчик объема снабжен встроенным датчиком температуры воды.
Крышка измерительной камеры выполнена с отверстием, закрываемым пробкой.
Крышка прикреплена к измерительной камере прижимными винтами.
На внутренней стороне крышки измерительной камеры выполнена полость, например, сферическая.
Стакан снабжен ручкой.
Стакан выполнен со съемным дном.
Стакан имеет конусообразную форму.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы устройства и срока его эксплуатации в результате исключения сложного и критичного к условиям эксплуатации элемента - сильфона, путем его замены на емкостной датчик объема, характеризующийся надежностью и высокой точностью измерений.
Емкостной датчик объема воды в сравнении с сильфоном значительно проще в изготовлении, имеет меньшую стоимость и более высокую чувствительность.
Возможное присутствие цементной пленки и частиц цемента в полости измерительной камере не оказывает влияния на точность измерения, благодаря использованию фильтра, устанавливаемого в соединительном канале, не пропускающего твердые частицы в емкостной датчик.
Выполнение фильтра сменным обеспечивает чистоту измерительной системы и качество проведения испытаний.
Конструкция устройства, а именно горизонтальное расположение соединительного канала в нижней части измерительной камеры, не позволяет присутствующим в измерительной камере пузырькам воздуха попадать в датчик объема воды, пузырьки воздуха поднимаются вверх под крышку и не влияют на точность показания датчика.
Столб жидкости в емкостном датчике объема связан с атмосферой, поэтому в измерительной камере не создается разряжение при измерении объема воды, следовательно, наличие пузырька воздуха в измерительной камере не влияет на точность измерений.
Применение устройства регулирования уровня воды в емкостном датчике, расширяет диапазон измерений объемных деформаций.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 приведен вид спереди устройства без емкостного датчика объема (продольный разрез), на фиг.2 - вид сверху, на фиг.3 - вид сбоку устройства (продольный разрез).
Устройство для определения активности вяжущих материалов состоит из измерительной камеры 1, стакана 2, емкостного датчика изменения объема воды 3 и электронного блока (на чертеже не показан).
Измерительная камера 1 представляет собой корпус 4, имеющий полость 5, заполняемую водой. В полость 5 при проведении испытаний помещают стакан 2 с пробой испытуемого материала. Полость 5 сообщается с образованным в корпусе 4 отсеком 6, который в свою очередь сообщается с емкостным датчиком изменения объема воды 3 (датчик объема), снабженным встроенным цифровым датчиком температуры воды (на чертеже не показан). Благодаря датчику температуры обеспечивается возможность точного измерения температуры воды и введения температурной коррекции результатов измерений.
Датчик объема 3 установлен на краю измерительной камеры 1 вертикально с возможностью его разъемного соединения. Датчик объема 3 сообщается с отсеком 6 через узкий соединительный канал 7, расположенный в нижней части отсека 6.
Стакан 2 конусообразной формы имеет ручку 8 и съемное дно 9. Конусообразная форма стакана 2 позволяет легко извлекать затвердевшую пробу цементного теста. Стакан 2 выполнен из композитного материала. Наличие ручки 8 обеспечивает удобство размещения стакана 2 в полости 5 измерительной камеры 1 и извлечения из нее.
Полость 5 камеры 1 герметично закрыта крышкой 10 через уплотнительное кольцо, уложенное в паз крышки 10. Крышка 10 прижимается осевым усилием при помощи прижимных болтов 11. На крышке 10 выполнено контрольное отверстие 12 для удаления воздуха из полости 5 измерительной камеры 1 при заполнении ее водой, закрываемое пробкой 13. На внутренней стороне крышки 10 выполнена полость, например, сферической формы, обеспечивающая более полное удаление воздуха при заливе воды в камеру 1.
В корпусе 4 образован патрубок 14 для залива воды в полость 5 измерительной камеры 1, закрываемый пробкой 15.
Канал 7, соединяющий отсек 6 камеры 1 с датчиком объема 3, закрыт фильтром (на чертеже не показан). Фильтр выполнен сменным, изготовлен, например, путем сворачивания марлевого бинта в цилиндр.
На боковой стенке корпуса 4 измерительной камеры 1 размещено устройство регулирования уровня воды 16 в емкостном датчике объема 3, взаимодействующее с водой, находящейся в отсеке 6 камеры 1. Устройство 16 представляет собой цилиндр 17, в котором установлен поршень 18, перемещаемый вращением регулировочного винта 19 через винтовую пару. Поршень 18 совершает поступательное движение вдоль цилиндра 17. Положение поршня 18 определяется визуально по шкале, нанесенной на наружную поверхность цилиндра 17.
Электронный блок считывает информацию с датчика объема 3, анализирует, выводит ее на дисплей и передает для последующего анализа. В корпусе 4 выполнен разъем для подключения электронного блока к датчику объема 3 измерительной камеры 1 и разъем для связи его с компьютером и передачи данных в сервисную программу с целью детальной обработки полученной информации, подготовки отчета и архивированию результатов испытаний.
Датчик объема 3 измерительной камеры 1 подключается непосредственно к электронному блоку, при наличии нескольких измерительных камер 1 подключение к электронному блоку осуществляется через соединительную коробку (на чертеже не показаны).
Емкостной датчик объема 3 представляет собой полую стеклянную трубку 20, ориентированную вертикально и установленную в защитный кожух 21. В качестве стеклянной трубки 20 может быть использована бюретка. Сверху кожух 21 закрыт съемной крышкой 22. Вдоль вертикальной линии симметрии стеклянной трубки 20 расположен электрод 23 в виде натянутой и жестко закрепленной нихромовой нити с обеспечением кольцевого зазора между ее поверхностью и внутренней поверхностью стеклянной трубки 20. На наружную поверхность стеклянной трубки 20 нанесен чувствительный элемент (на чертеже не показан) в виде полосы из алюминиевой фольги. Нихромовая нить 23 и чувствительный элемент выполняют роль обкладок конденсатора, образуя тем самым преобразователь уровня воды в значение электрической емкости. Емкостной датчик 3 имеет два исполнения, рассчитанные на диапазон измерения объемных деформаций от 0 до 5 мл и от 0 до 20 мл соответственно.
Кожух 21, выполненный из нержавеющей стали, защищает емкостной датчик объема 3 от механических повреждений, а также является экраном, исключающим влияние на емкостной датчик 3 внешнего электромагнитного поля, благодаря чему повышается помехоустойчивость и точность показания устройства.
В нижней части датчика объема 3 находится накидная гайка, позволяющая снимать его с корпуса 4 измерительной камеры 1 для промывки проточной водой.
Принцип работы емкостного датчика объема 3 основан на изменении емкости между обкладками в результате изменения высоты столба воды.
Все металлические детали измерительной камеры 1 изготовлены из нержавеющей стали.
Для исследования процессов структурообразования при твердении цементного теста устройство может быть снабжено датчиками удельного электрического сопротивления и температуры цементного теста.
Устройство работает следующим образом.
Принцип работы устройства заключается в измерении уменьшения объема воды в закрытой и заполненной водой измерительной камере 1, внутрь которой предварительно помещен стакан 2 с пробой испытываемого материала (цементного теста). Уменьшение высоты столба воды в емкостном датчике 3 равно величине контракции цемента, изменяющейся во времени.
В процессе твердения испытуемого материала за счет химического связывания воды уменьшается ее объем, изменение которого во времени фиксируется датчиком объема 3 по принципу сообщающихся сосудов.
Об изменении объема судят по изменению уровня столба жидкости в вертикальном емкостном датчике 3 и по информации, выводимой на дисплей электронного блока.
Предварительно замешенное в соответствии с выбранными пропорциями цементное тесто укладывают в стакан 2. Цементное тесто в стакане 2 уплотняют на лабораторной виброплощадке, вибростоле или вручную до прекращения выделения из него пузырьков воздуха. Стакан 2 устанавливают в полость 5 камеры 1, заполнив предварительно дно полости 5 водой. Полость 5 герметично закрывают крышкой 10. Через заливной патрубок 14 доливают воду в полость 5 и отсек 6 измерительной камеры 1 до полного заполнения их водой, в это время контрольное отверстие 12 в крышке 10 камеры должно быть открыто для выведения скопившихся пузырьков воздуха. После наполнения камеры 1 водой контрольное отверстие 12 крышки 10 и патрубок 14 закрывают пробками 13 и 15. Затем начинают измерение контракции посредством электронного блока. Измерение проводится в течение трех часов.
В процессе гидратации цемента объем системы «цемент-вода» уменьшается и датчик объема 3 фиксирует ее изменение, передавая данные в электронный блок для последующей обработки. В процессе измерения фиксируется также температура воды внутри измерительной камеры 1, и ее значение передается в электронный блок для проведения соответствующей коррекции результатов с учетом изменения температуры. Обрабатывая полученные результаты по специальной методике, прогнозируют контракцию к любому, наперед заданному времени (7 суток, 14 суток, 28 суток и т.д.) и определяют активность цемента.
Основным режимом работы устройства является оперативная оценка активности цемента по трех часовой контракции. Устройство также может использоваться для исследования процессов контракции до семи суток с целью определения базовых показателей цемента и градуировки устройства на новый материал, содержащий, например, химические ускорители или замедлители твердения, пластификаторы и т.д.
Перед началом испытаний в электронном блоке устанавливают данные о марке цемента, времени процесса измерения, временном интервале между опросами датчика.
После окончания испытаний камеру 1 необходимо открыть, стакан 2 за откидную ручку 8 извлечь из полости 5, воду слить, датчик объема 3 при его загрязнении промыть. Затвердевшее цементное тесто удаляют из стакана 2 посредством нажатия на его дно 9.
При загрязнении емкостного датчика 3 его снимают с корпуса 4 измерительной камеры 1, откручивая накидную гайку, и промывают проточной водой. Полость 5 и отсек 6 измерительной камеры 1 также могут быть промыты проточной водой.
Во время проведения испытания измерительная камера 1 не должна испытывать прямого воздействия солнечных лучей и вибрации.
При недостаточной высоте столба жидкости в датчике объема 3 используют устройство изменения уровня воды 16 в емкостном датчике 3. Для этого вращают регулировочный винт 19 устройства изменения уровня воды 16, приводящий в движение поршень 18. Поршень 18, совершая поступательное движение, направленное в сторону отсека 6 камеры 1, занимает часть внутреннего объема отсека 6, уменьшая его объем. За счет этого часть воды переходит в емкостной датчик 3 (принцип сообщающихся сосудов), т.е. уровень столба жидкости в емкостном датчике объема 3 повышается.
С целью исключения засорения датчика объема 3 в соединительном канале 7 установлен сменный фильтр, выполненный, например, из марли, сформированной в цилиндрическую форму.
Результаты определения контракции цемента могут быть также использованы для прогнозирования морозостойкости, прочности и водонепроницаемости цементных материалов в соответствии с существующими методиками ВНИИФТРИ.