Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для измерения вязкости бетонной смеси

Изобретение относится к процессу контроля качества бетонных смесей, в частности к контролю реологических свойств бетонной смеси, и может быть применена в строительных и научно-исследовательских лабораториях при измерении вязкости бетонной смеси.

Известны ротационные вискозиметры или вискозиметры с коаксиальными цилиндрами, состоящие из двух соосных вертикальных цилиндров, между которыми помещается испытуемая жидкость (цементное тесто или бетонная смесь). Один из цилиндров приводится во вращение электромотором или падающим грузом. Исследуемая жидкость (цементное тесто или бетонная смесь) оказывает вязкое сопротивление его вращению и передает движение второму цилиндру. У некоторых типов приборов вращается внутренний цилиндр, а у других – внешний. Как правило, ротационные вискозиметры выполняются из металла. Важным условием точных и воспроизводимых измерений вязкости является постоянное и возможно меньшее трение цилиндров и других движущихся деталей в опорах. Вращающийся цилиндр устанавливается на шариковых подшипниках. Для устранения скольжения испытуемого материала по стенкам цилиндров их внутренние поверхности иногда делают ребристыми, либо с продольной насечкой.

Известно (см. патент № 2267770, G01N11/1, опубл. 05.05.2004) устройство, используемое для определения вязкости дисперсных материалов и включающее в себя цилиндрический сосуд, внутри которого расположен шарик, соединенный струной с тяговым механизмом, и регистрирующую систему. Цилиндрический сосуд расположен вертикально и выполнен с эластичным дном, жестко закреплен на раме и содержит направляющие для шарика, при этом эластичное дно соединено с виброприводом.

Основным недостатком представленного устройства является ограниченность его применения по крупности используемых материалов, что делает невозможным определение вязкости бетонных смесей. Кроме того, данное устройство имеет небольшой диапазон измерения вязкости для структурированных систем (бетонная смесь, строительный раствор). Также в представленном устройстве неясно, из чего состоит регистрирующее устройство и как фиксируется время всплытия шарика на заданном отрезке пути, что имеет существенное значение при определении вязкости бетонной смеси.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является вискозиметр, который состоит из металлического цилиндра, закрепленного на виброплощадке, упругой нити проходящей через два блока роликов жестко закрепленных на раме. С одного конца упругой нити закреплен шарик, а с противоположного конца противовес. Всплытие шарика происходит под действием сил вибрации и груза массой m с умеренными скоростями (υ₁, υ₂, … υ_n) в сечении столба бетонной смеси. Шарик применяют неметаллический во избежание влияния на него магнитного поля с радиусом r, в 3…4 раза большим условного радиуса крупного заполнителя [Гусев Б. В., Зазимко В. Г. Вибрационная технология бетона. – К.: Будивэльник, 1991. – 160 с]. На шарик действует сила всплытия P, Архимедова сила A и сила тяжести G, сила трения F, выраженная по формуле Стокса через среднюю скорость на рассматриваемом участке столба бетонной смеси L, и коэффициент динамической вязкости ν.

При определенных параметрах вибровоздействия на бетонную смесь показания по движению шарика вверх фиксировали секундомером через каждые 2 см пути его перемещения. Затем считали среднюю скорость на каждом дискретном отрезке пути длиною 2 см. При найденных средних значениях скоростей υ_ср для двух смежных отрезков по формуле (1) вычисляли значение коэффициента динамической вязкости:

, (1)

Наиболее существенным недостатком представленного вискозиметра

является фиксирование времени на каждом дискретном отрезке пути перемещения шарика, которое затрудняет измерение времени и вычисление динамической вязкости бетонной смеси для строительных и научно-исследовательских лабораторий.

Задачей изобретения является упрощение измерения времени перемещения шарика на всем участке столба бетонной смеси в условиях строительных и научно-исследовательских лабораторий; создание условий для управления реологическими свойствами бетонной смеси в процессе формования железобетонных изделий и конструкций.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения вязкости бетонной смеси включает металлическую подошву, на которой смонтирована «Г»-образная стойка, в горизонтальной части которой размещаются два блока роликов, через которые проходит упругая нить с закрепленным на ней магнитом и противовесом на конце, на другом конце упругой нити закреплен свинцовый шарик, предварительно погруженный в съемный цилиндр, который вместе с резиновым вкладышем установлен на виброплощадке с вибратором и закреплен при помощи креплений, при этом в вертикальной части закрепляются два магнитоуправляемых герметичных контакта и считывающее устройство в виде электронного таймера.

Технический результат – точное вычисление динамической вязкости бетонной смеси, которое стало возможным благодаря применению в устройстве магнитоуправляемых герметичных контактов и электронного таймера, что обеспечивает точное измерение пути и времени движения шарика в сечении столба бетонной смеси и дает возможность управлять реологическими свойствами бетонной смеси при изготовлении железобетонных изделий и конструкций.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где показано устройство для измерения вязкости бетонной смеси.

Предлагаемое устройство для измерения вязкости состоит из металлической подошвы 1, на которой смонтирована «Г»-образная стойка 2. На вертикальной части стойки закрепляются два магнитоуправляемых герметичных контакта Г1 – замыкающий контакт 3 и Г2 – размыкающий контакт 4 и рядом устанавливается считывающее устройство «электронный таймер» 5. В верней части горизонтальной «Г»-образной стойки 2 размещены два блока роликов 6 через которые проходит упругая нить 18 с закрепленным на ней магнитом 7 и противовесом 8 на конце. На другом конце упругой нити 18 закрепляется свинцовый шарик 9, который предварительно погружают в съемный цилиндр 10 для определения динамической вязкости. Металлический цилиндр 10 вместе со съемным дном цилиндра 11 и резиновым вкладышем 12 устанавливают на виброплощадку 13 с вибратором 14 и закрепляют при помощи креплений 15. На стойке 2 установлена подставка 16 под противовес 8.

Данное устройство работает следующим образом: металлический цилиндр 10 вместе со съемным дном цилиндра 11 и резиновым вкладышем 12 устанавливают на виброплощадку 13 с вибратором 14 и закрепляют при помощи креплений 15. Свинцовый шарик 9 (d=48 мм, ρ=11,51 г/см³) погружают на съемное дно цилиндра 11 и фиксируют его положение подставкой 17 под шарик 9. Далее в цилиндр 10 загружают свежеприготовленную бетонную смесь. Одновременно на вертикальной части «Г»-образной стойки 2 устройства магнит 7 устанавливают в такое положение относительно замыкающего контакта Г1 3, при котором он находится на некотором расстоянии от него (20-30 мм). После загрузки бетонной смеси в металлический цилиндр 10 ее уплотняют на виброплощадке 13 в течение нескольких секунд. Высота сечения столба (l) уплотненной бетонной смеси соответствует расстоянию между магнитоуправляемыми герметичными контактами 3 (Г1) и 4 (Г2). На противоположном конце упругой нити 18 подвешивается противовес 8 массой M. Затем включается электронный таймер 5 в положение «готов к работе» и виброплощадка 13. Под воздействием вертикально направленных колебаний бетонная смесь тиксотропно разжижается. Противовес 8 массой M и действующие силы приводят в движение свинцовый шарик 9, и он вертикально поднимается по сечению столба бетонной смеси, тем самым перемещая магнит 7 вниз. При движении магнит 7 образует магнитное поле возле герметичного замыкающего контакта 3 - Г1, происходит замыкание контактов, и в этот момент электронный таймер 5 включает отсчет времени. Пройдя путь, соответствующий высоте сечения столба бетонной смеси, магнит 7 достигает герметичного размыкающего контакта 4 - Г2 и происходит размыкание контактов, и отсчет времени останавливается, а противовес 8 становится на подставку 16. Время всплытия шарика 9 фиксируется электронным таймером 5 с точностью ± 0,01 с. Таким образом, формула для расчета динамической вязкости приобретает следующий вид:

,

где M – масса дополнительного груза, кг; m – масса шарика, кг; r – радиус шарика, м; v – скорость всплытия шарика на участке сечения столба бетонной смеси l, м/с; ρ_ш и ρ_б – плотность материала шарика и бетонной смеси, соответственно, кг/м³; g – ускорение свободного падения, м/с².

Предлагаемое изобретение позволяет более точно и быстро определять динамическую вязкость бетонной смеси в условиях строительных и научно-исследовательских лабораторий. На полученной модели можно без дополнительной доработки определять реологические свойства, которые необходимы для описания процесса структурообразования бетонной смеси при изготовлении железобетонных изделий и конструкций.