一种水泥基材消泡剂的消泡率的检测方法
技术领域
本发明属于建筑材料性能检测领域,特别是水泥基材消泡剂的消泡率的检测方法。
背景技术
水泥基材料是目前建筑领域内使用范围最广、用量最大的材料之一,消泡剂在水泥基材料中有着很重要的作用,消泡剂能够释放水泥基材料混合、搅拌以及施工过程中夹带或产生的气泡,对提高抗压强度、改善表面状态有很大的帮助。
目前对消泡剂的检测标准为:有机硅消泡剂(GB/T26527-2011),此标准中对于消泡剂的检测方法较为繁琐,对试验条件要求比较严苛,而且无法客观真实的反应消泡剂在水泥基材料中的消泡效果,试验结果受人为因素、环境条件影响较大。
现有的消泡剂检测方法中,例如中国专利申请CN106267910A中,对于制备的消泡剂是利用密度变化的原理,具体是先按油井水泥国标GB/T 19139配制不加消泡剂和加了消泡剂的水泥浆,分别测定密度三次,记录并计算平均值。按照公式D=[ρ0(ρ2-ρ1)×100]/[ρ2 (ρ0-ρ1)]计算消泡率,式中D为消泡率(%),ρ0为水泥浆设计密度(g/cm3),ρ1为水泥浆消泡前实测密度(g/cm3),ρ2为水泥浆消泡后实测密度(g/cm3)。
例如中国专利申请CN106082775A中,消泡剂的消泡效果同样是利用体积变化的原理,具体按照油井水泥国标GB/T 19139-2012油井水泥试验方法方法制备水泥净浆,然后按公式消泡率=(V1-V2)×100%/(V1-201),V1和V2分别为不加消泡剂和加入消泡剂后的溶液体积。
又例如中国授权专利CN101780382A中,消泡剂的消泡效果是利用高度变化的原理,具体按照以下方法检测的:取500mL起泡液,装入带胶塞的量筒中,放入恒温浴槽中加热至60℃,起动气体泵,通过气体扩散头向起泡液中通气,待泡沫层稳定后,即静态泡沫在某一高度持续1分钟不发生变化,记录泡沫层的高度;然后在泡沫上部快速加入指定量的消泡剂与加氢柴油的复配液(消泡剂与加氢柴油的质量比为20∶80),记录泡层的最低高度,消泡率(ε)的计算公式为:∈=[(H0-H1)×100%]/H0,H0为加入消泡剂之前的泡沫高度,H1为加入消泡剂后泡沫的高度。
然而上述这些现有的消泡剂消泡性能的检测判断方法,并不能客观地反映消泡剂在水泥基材料中的消泡效果,易受环境、人为操作影响,准确率、时效性和重复率需要进一步提升。
发明内容
针对以上现有技术的不足,本发明提供了一种水泥基材消泡剂的消泡率的检测方法,采用与上述现有检测方法完全不同的技术思路,显著提升了检测结果的准确度和时效性,基本不受环境、人为操作影响。具体通过以下技术实现。
一种水泥基材消泡剂的消泡率的检测方法,包括以下步骤:
S1、按特定比例选用基准水泥和水经第一次搅拌制成三组等量的水泥净浆初品,第一组水泥净浆初品保持不变,第二组水泥净浆初品加入引气剂,第三组水泥净浆初品加入与第一组水泥净浆初品等量的相同引气剂,还加入待测消泡剂,分别第二次搅拌均匀,制得三组水泥净浆成品;
S2、取三个重量、体积、形状相同的容器,装满水后记录水的净重;再分别用步骤S1制得的三组水泥净浆成品装满,记录装满的三组水泥净浆成品的净重;另取步骤S1制备的第二组、第三组水泥净浆成品,分别倒入模具中,按相同的养护方法成型制成试块;
S3、根据步骤S2测得的水的净重和三组水泥净浆成品的净重,计算得到三组水泥净浆成品的相对密度,再计算得到待测消泡剂的消泡率;
或者,取步骤S2制得的两个试块,分别拍摄两个试块任一剖面的图像,计算获得两个试块剖面的气泡总面积,计算得到待测消泡剂的消泡率。
上述水泥基材消泡剂的消泡率的检测方法,是通过在水泥净浆中加入引气剂的前提下,再加入消泡剂测量消泡剂的消泡性能。一般情况下,步骤S2中,重量、体积、形状相同的容器是一种理想情况,即使两个形状相同的容器,重量、体积实际上也会有差别。因此,所取用的每个容器都需要反复称量确认容器的自身重量,加水后和加入水泥净浆成品后都需要称量各自的重量。该方法的技术原理是:利用加入引气剂后的水泥基材产生气泡,然后消泡剂能够减少气泡的产生。计算消泡剂的消泡率时,可以根据加入消泡剂后的体积变化,计算消泡剂的消泡率,也可以根据成型的试块的任一剖面的气泡总面积变化,计算消泡剂的消泡率。相比于目前的现有检测方法,本发明开创性地在水泥净浆中加入引气剂,作用是使浆体更为蓬松,扩大消泡剂的之间消泡效果的差异,并且利用加入引气剂和消泡剂后水泥净浆体积的变化,或者利用加入引气剂和消泡剂后试块剖面的气孔面积大小来检测判断消泡剂的消泡效果,为消泡剂的消泡性能检测提供了全新的角度。
优选地,步骤S3中利用三组水泥净浆成品的相对密度,计算待测消泡剂的消泡率的具体方法为:按照公式
计算消泡剂的消泡率εa,公式中,mc为第一组、第二组和第三组的水泥净浆成品中基准水泥的重量,mw为第一组、第二组和第三组的水泥净浆成品中水的重量,mst为第二组和第三组的水泥净浆成品的引气剂的重量,ma为第三组水泥净浆成品的消泡剂的重量,ρst为第二组水泥净浆成品的相对密度,ρa为第三组水泥净浆成品的相对密度,ρ0为第一组水泥净浆成品的相对密度。
加入引气剂后水泥净浆成品的体积变化最大,加入引气剂和消泡剂后水泥净浆成品的体积变化相对较小,利用体积变化计算得到消泡率。
优选地,步骤S3中利用第二组和第三组的试块剖面的气泡总面积,计算待测消泡剂的消泡率的具体方法为:
用图像识别设备分别拍摄两个试块任一剖面的图像,计算获得两个试块剖面的气泡总面积Sst和Sa,按照公式
计算消泡剂的消泡率εa,公式中,Sst为第二组试块的气泡总面积,Sa为第三组试块的气泡总面积。
上述方法是利用图像识别设备(例如高清相机、高清摄像头等)拍摄获取试块剖面的图像,通过计算获得剖面的气孔的尺寸和数量,由此计算出试块剖面所有气孔的总面积,最后计算得到消泡剂的消泡率。气孔尺寸和数量的计算方法可以采用网格计数法,即将拍摄的剖面照片处理成高对比度的图片,然后放入网格中,比对气泡所占的网格数量,即可计算出气泡的总面积。当然,也可以采用例如相应的图像识别和软件算法实现气泡面积的计算。水泥净浆成品的相对密度是倒入容器中的加入引气剂(引气剂+消泡剂)的水泥净浆成品的密度与未加任何引气剂或消泡剂的水泥净浆成品的密度的比值。
优选地,步骤S1中,所述水泥净浆初品的流动度为200±10mm。
优选地,步骤S1中,步骤S1中,制备水泥净浆初品时的第一次搅拌方法为:先低速搅拌120s,停15s,将搅拌设备的搅拌叶片和内壁的残留物刮下,再高速搅拌120s停机。低速和高速搅拌的方式按照建材行业标准JC/T 681-2005《行星式水泥胶砂搅拌机》的规定进行操作。
优选地,步骤S1中,所述引气剂为K12发泡剂、三萜皂苷或符合GB/T26527-2011的标准起泡液。所用的K12发泡剂、三萜皂苷都属于市售的常见引气剂,国家标准GB/T26527-2011也提供了标准气泡液的制备方法。
优选地,步骤S1中,所述引气剂的掺量为基准水泥重量的0.2-1%,所述消泡剂的掺量为基准水泥重量的0.2-0.5%。
优选地,步骤S2中,在所述容器中装满水或装满水泥净浆成品的方法为:在所述容器中装满水或水泥净浆成品至液面高出瓶口后,用一刮尺或抹刀以相互垂直的两个方向刮去多余的水或者水泥净浆成品,最后擦净容器侧壁直至无明显液体残留;刮尺或抹刀所在平面与水或水泥净浆成品液面的角度为80-85°。
优选地,步骤S2中,所述试块的尺寸为40mm×40mm×160mm。
优选地,步骤S1中,所述基准水泥为P·I42.5硅酸盐水泥。
与现有技术相比,本发明的有益之处在于:本发明的检测方法,开创性地从水泥基材产生的气泡的数量和面积的角度入手,通过图像识别和软件算法计算水泥基材成型试块内部产生的气泡总面积,以此检测消泡率。不同于现有的检测方法,本发明提供了完全不同的技术思路,显著提升了检测结果的准确度和时效性,基本不受一种水泥基材消泡剂的消泡率的检测方法。
附图说明
图1为采用实施例1的方法时,锥形瓶分别为空瓶、装满水和装满水泥净浆成品状态的现场图片;
图2为采用实施例3的方法制成的,含有3g引气剂和2g待测消泡剂A的试块的剖面图片;
图3为图2的试块剖面图片经过photoshop软件处理后得到的气泡黑白图片;
图4为采用实施例4的方法制成的,含有3g引气剂和2g待测消泡剂B的试块的剖面图片;
图5为采用实施例5的方法制成的,含有3g引气剂和4g待测消泡剂A的试块的剖面图片。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例所采用的基准水泥为抚顺水泥股份有限公司生产的P·I42.5硅酸盐水泥,所用的引气剂为市售的三萜皂苷;待测消泡剂A、B为在市面上采购的任意两种消泡剂。制备水泥净浆的第一次搅拌方法为:使用无锡建仪仪器机械有限公司的生产的胶砂搅拌机,按照建材行业标准JC/T 681-2005《行星式水泥胶砂搅拌机》中对低速和高速搅拌的规定进行操作,先低速搅拌120s,停15s,将搅拌设备的搅拌叶片和内壁残留的水泥浆刮下,再高速搅拌120s停机制成。成型试块的尺寸为40mm×40mm×160mm。
实施例1
本实施例提供的待测消泡剂A的消泡率的检测方法,按如下步骤进行:
S1、分别选用1000g基准水泥加水第一次搅拌制备成流动度为200±10mm的三组水泥净浆初品,第一组水泥净浆初品保持不变,第二组水泥净浆初品加入3g三萜皂苷,第三组水泥净浆初品也加入3g的三萜皂苷,还加入2g待测消泡剂A,分别第二次搅拌均匀,制得三组水泥净浆成品;
S2、如附图1所示,取三个重量、体积、形状相同的锥形瓶,记录空的锥形瓶的重量,装满水后计算得到水的净重并记录;再分别用步骤S1制得的三组水泥净浆成品装满锥形瓶至液面高出瓶口后,用一刮尺或抹刀以相互垂直的两个方向刮去多余的水或者水泥净浆成品,最后擦净锥形瓶侧壁直至无明显液体残留;刮尺或抹刀所在平面与水或水泥净浆成品液面的角度为80°左右,计算和记录装满锥形瓶的三组水泥净浆成品的净重;
S3、根据步骤S2测得的水的净重和三组水泥净浆成品的净重,计算得到三组水泥净浆成品的相对密度,再按照公式
计算得到待测消泡剂的消泡率,计算气泡面积的方法计算消泡剂消泡率εa,公式中,mc为第一组、第二组和第三组的水泥净浆成品中基准水泥的重量,mw为第一组、第二组和第三组的水泥净浆成品中水的重量,mst为第二组和第三组的水泥净浆成品的三萜皂苷的重量,ma为第三组水泥净浆成品的消泡剂的重量,ρst为第二组水泥净浆成品的相对密度,ρa为第三组水泥净浆成品的相对密度,ρ0为第一组水泥净浆成品的相对密度。
上述公式中,mc+mw+mst即第二组水泥净浆成品(含有基准水泥、水和三萜皂苷)的总净重量。mc+mw+mst+ma即第三组水泥净浆成品(含有基准水泥、水、三萜皂苷和消泡剂)的总净重量。
实施例2
本实施例提供的待测消泡剂B的消泡率的检测方法,与实施例1基本相同,唯一区别是:步骤S1中,将待测消泡剂A替换成待测消泡剂B,且未按照实施例1的方法设置第一组和第二组水泥净浆,而是直接在水泥净浆初品中加入3g三萜皂苷和2g待测消泡剂B,制成水泥净浆成品。
实施例3
本实施例提供的待测消泡剂A的消泡率的检测方法,按如下步骤进行:
S1、分别选用1000g基准水泥加水第一次搅拌制备成流动度为200±10mm的三组水泥净浆初品,第一组水泥净浆初品保持不变,第二组水泥净浆初品加入3g三萜皂苷,第三组水泥净浆初品也加入3g三萜皂苷,还加入2g待测消泡剂A,分别第二次搅拌均匀,制得三组水泥净浆成品;
S2、取步骤S1制备的第二组、第三组水泥净浆成品,分别倒入模具中,按相同的标准养护方法养护1天,成型制成40mm×40mm×160mm的试块。
S3、取步骤S2制得的两个试块,分别用高清摄像头拍摄两个试块任一剖面的图像,使用Photoshop图像处理软件将截面的高清图片进行处理,将气泡位置进行涂白,将其余部分设置为黑色;实施例3的试块处理前后的剖面照片如图2、3所示,通过气泡面积计算软件(类似于市面上常用的球墨铸铁金相分析软件)计算白色部分面积,或者可通过网格法计算,将处理过的图片均匀分割为若干个小格子,通过计算白色部分所占据的格子数量计算面积。计算获得两个试块剖面的气泡总面积,按照公式
计算气泡面积的方法计算消泡剂消泡率εa,公式中,Sst为第二组试块的气泡总面积,Sa为第三组试块的气泡总面积。
为了节省实验步骤,本实施例的步骤S1中,第一组和第二组的水泥净浆成品继续采用实施例1的第一组和第二组的水泥净浆成品的数据。
实施例4
本实施例提供的待测消泡剂B的消泡率的检测方法,与实施例3的方法基本相同,唯一区别是:步骤S1中,将待测消泡剂A替换成待测消泡剂B,且未按照实施例1的方法设置第一组和第二组水泥净浆,而是直接在水泥净浆初品中加入3g三萜皂苷和2g待测消泡剂B,制成水泥净浆成品。
实施例5
本实施例提供的待测消泡剂A的消泡率的检测方法,与实施例1的方法基本相同,唯一区别是:步骤S1中,待测消泡剂A的加入量为4g。
上述实施例1、2、5的消泡率测试结果如下表1所示。
表1实施例1、2、5的消泡率测试结果
上述实施例3、4的消泡率测试结果如下表1所示。
表2实施例3、4的消泡率测试结果
由上表1、2和附图2-5可知,附图4(待测消泡剂B)的试块密实度较好,气孔的数量较少且气孔的尺寸较小,密实度明显优于附图2(待测消泡剂A),与表1、2的消泡率检测结果比较一致。说明待测消泡剂B的消泡性能强于待测消泡剂A。采用实施例1-5的方法,能够客观真实反应地消泡剂在水泥基材料中的消泡效果。
对比例1
本实施例提供的待测消泡剂A的消泡率的检测方法,分别按如下步骤进行:
S1、选用1000g基准水泥加水第一次搅拌制备成流动度为200±10mm的水泥净浆初品,加入2g待测消泡剂A,不加入任何引气剂,第二次搅拌均匀,制得本对比例的水泥净浆成品;
S2、取与实施例1相同的锥形瓶,记录空的锥形瓶的重量,装满水后计算得到水的净重并记录;再用步骤S1制得的水泥净浆成品装满锥形瓶至液面高出瓶口后,用一刮尺或抹刀以相互垂直的两个方向刮去多余的水泥净浆成品,最后擦净锥形瓶侧壁直至无明显液体残留;刮尺或抹刀所在平面与水或水泥净浆成品液面的角度为80°左右,计算和记录装满锥形瓶的水泥净浆成品的净重,进而计算相对密度,如下表3所示。
对比例2
本实施例提供的待测消泡剂A的消泡率的检测方法,分别按如下步骤进行:
S1、选用1000g基准水泥加水第一次搅拌制备成流动度为200±10mm的水泥净浆初品,加入2g待测消泡剂A,加入3g三萜皂苷,不加入任何消泡剂,第二次搅拌均匀,制得本对比例的水泥净浆成品;
S2、取与实施例1相同的锥形瓶,记录空的锥形瓶的重量,装满水后计算得到水的净重并记录;再用步骤S1制得的水泥净浆成品装满锥形瓶至液面高出瓶口后,用一刮尺或抹刀以相互垂直的两个方向刮去多余的水泥净浆成品,最后擦净锥形瓶侧壁直至无明显液体残留;刮尺或抹刀所在平面与水或水泥净浆成品液面的角度为80°左右,计算和记录装满锥形瓶的水泥净浆成品的净重,进而计算相对密度,如下表3所示。
表3对比例1、2的数据测试结果
由上表3可以看到,在基准水泥、消泡剂重量相同的情况下,如果水泥净浆成品中不加入引气剂,只加入消泡剂A或B,与不加入任何引气剂和消泡剂的空白水泥净浆成品相比,密度(相对密度)基本没有影响,由此可以推论得出体积或者养护成型后的试块高度也相差不大,因此,即使按照现有的利用体积差、高度差等方法,也不可能计算出消泡剂的消泡率,无法真实的体现出不同品种的消泡剂的使用效果。如果只加入引气剂,不加入任何消泡剂,则水泥净浆成品的相对密度明显低于实施例1-5的加入引气剂和消泡剂的水泥净浆成品。