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精品机制砂质量检测方法

阅读：141发布：2020-05-11

专利汇可以提供精品机制砂质量检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种精品机制砂质量控制方法，在机制砂生产工艺的整形工序中采用粒形检测仪检测整形后砂粒的粒形，按标准规定进行颗粒级配试验，得各级筛余颗粒；分别称量0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75 mm筛余质量，精确至1g；将需要检测的粒级砂粒注入粒形检测仪，采集砂粒的外形图像；粒级砂粒完全通过粒形检测仪后，将采集的每一幅图像中显示的砂粒的图形面积，换算成等效面积圆的周长，得砂粒球形度，计算砂粒中的球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7，完成精品机制砂质量检测。该检测方法采用“球形度比”来评价精品机制砂的粒形特征，进而控制机制砂的质量，以便为精品机制砂混凝土的各种性能研究奠定基础。，下面是精品机制砂质量检测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种精品机制砂质量控制方法，其特征在于，在机制砂生产工艺的整形工序中采用粒形检测仪检测整形后砂粒的粒形，具体为：
1）按GB/T 14684—2011《建设用砂》中7.3的规定进行颗粒级配试验，得各级筛余颗粒；
2）分别称量0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75 mm筛余质量，精确至1g；
将需要检测的粒级砂粒注入粒形检测仪内，砂粒掉落过程中，采集砂粒的外形图像；
3）待粒级砂粒完全通过粒形检测仪后，粒形检测仪将采集的每一幅图像中显示的砂粒的图形面积，换算成等效面积圆的周长，得到砂粒的球形度，计算粒级砂粒中的球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7，完成精品机制砂的质量检测。
2.如权利要求1所述的精品机制砂质量控制方法，其特征在于，所述步骤3）中，按下述公式计算砂粒的球形度S：
S=PEQPC÷Preal=2(πA)(1/2)÷Preal         （1）
（1）式中，PEQPC表示砂粒的等效投影圆周长；Preal表示砂粒投影图像的实际周长；A表示投影面积；
再计算球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7：
Sr0.8=（N0.8÷N）×100%        （2）
Sr0.7=（N0.7÷N）×100%        （3）
N0.8为试样中球形度不小于0.80的颗粒数；
N0.7为试样中球形度不小于0.70的颗粒数；
N为试样总颗粒数；
Sr0.8指球形度不小于0.8的颗粒数占检测试样总颗粒数的百分比；
Sr0.7指球形度不小于0.7的颗粒数占检测试样总颗粒数的百分比；
Sr0.8和Sr0.7越大，则表示球形度不小于0.8或0.7的颗粒数越多，精品机制砂的整体粒形越好。
3.如权利要求2所述的精品机制砂质量控制方法，其特征在于，所述球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7分别取两次试验结果的算术平均值，精确至0.1%；单次试验单个砂样的球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7时，分别取各粒级总和的平均值，精确至0.1%；若某个粒级上的筛余量为0时，则该粒级的球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7均按100%计。

说明书全文

精品机制砂质量检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于基础设施建设技术领域，涉及一种精品机制砂质量检测方法。

背景技术

[0002] 机制砂是指通过制砂机和其它附属设备将碎石加工而成的砂子，成品更加规则，可以根据不同工艺要求加工成不同规则和大小的砂子，更能满足日常需求。

[0003] 随着基础设施建设的不断发展，混凝土的需求量日趋增大，混凝土原材料的用量，特别是混凝土用骨料的用量也达到了前所未见的高度，造成了资源，尤其是天然砂的紧缺。为了应对天然砂紧缺，我国从上世纪60年代就开展机制砂的研究和应用工作。国家颁布的《建设用砂》（GB/T14680-2011）、《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》（JGJ52-2006）、《人工砂混凝土应用技术规程》（JGJ/T241-2011）等标准中，均有对机制砂的试验方法和验收方法。

[0004] 虽然，各地均有对机制砂的应用研究，国家已出台了国家标准，部分地区也出台了地方标准，但各地区的实际情况均存在显著的差异。西南交通大学土木工程学院在《机制砂混凝土研究现状与存在问题分析》的研究中表明，国内外及国内各地区对机制砂主要指标的要求不尽相同，机制砂在实际应用中仍有许多问题需要解决。

发明内容

[0005] 本发明的目的是提供一种精品机制砂质量控制方法，通过控制机制砂的粒形，使符合粒形要求的颗粒的数量占总颗粒数量的一定比例，成为精品机制砂。

[0006] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种精品机制砂质量检测方法，在机制砂生产工艺的整形工序中采用粒形检测仪检测整形后砂粒的粒形，具体为：1）按GB/T 14684—2011《建设用砂》中7.3的规定进行颗粒级配试验，得各级筛余颗粒；
2）分别称量0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75 mm筛余质量，精确至1g；
将需要检测的粒级砂粒注入粒形检测仪内，砂粒掉落过程中，采集砂粒的外形图像；
3）待粒级砂粒完全通过粒形检测仪后，粒形检测仪将采集的每一幅图像中显示的砂粒的图形面积，换算成等效面积圆的周长，得到砂粒的球形度，计算粒级砂粒中的球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7，完成精品机制砂的质量检测。

[0007] 本发明质量检测方法是基于机制砂颗粒粒形特征，从颗粒不同圆周方向的周长比差异性角度，提出了“球形度比”的概念，并采用“球形度比”来评价精品机制砂的粒形特征，进而控制机制砂的质量，以便为精品机制砂混凝土的各种性能研究奠定基础，也为优化生产工艺、提高精品机制砂生产效率提供指导。附图说明

[0008] 图1是本发明质量检测方法中使用的粒度粒形检测仪的示意图。

[0009] 图2是图1所示粒度粒形检测仪中多层折流分散管的示意图。

[0010] 图3是本发明质量控制方法计算砂粒球形度时，砂粒投影图像的实际圆周长Preal和投影面积A的示意图。

[0011] 图4是砂粒形状等效投影圆面积示意图。

[0012] 图5是天然砂混凝土和精品机制砂混凝土60次单面盐冻对比试验的单位测试表面面积剥落物曲线图。

[0013] 图6是天然砂混凝土和精品机制砂混凝土盐冻实验60次循环后吸水率对比图。

[0014] 图7是天然砂混凝土和精品机制砂混凝土盐冻实验60次超声波相对传播时间对比图。

[0015] 图8是天然砂混凝土和精品机制砂混凝土盐冻实验60次超声波相对动弹性模量对比图。

[0016] 图1和图2中：1.料斗，2.多层折流分散管，3.光源，4.回收盒，5.摄像头，6.图像处理系统，7.振动走料板，8.第一折流板，9.第二折流板，10.砂粒出口，11.壳体。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0018] 本发明提供了一种精品机制砂的质量检测方法，按现有的机制砂生产工艺：原材料-除尘-存储-输送-破碎-整形-筛分-除尘-输送生产机制砂，在其中的整形工序中，采用粒形检测仪检测整形后砂粒的粒形，具体为：1）按GB/T 14684—2011《建设用砂》中7.3的规定进行颗粒级配试验，各级筛余颗粒备用；
2）分别称量0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75 mm筛余质量，精确至1g；
取图1所示的粒度粒形检测仪，该粒度粒形检测仪包括水平设置的振动走料板7、多层折流分散管2、光源3、回收盒4和摄像头5，摄像头5与图像处理系统6 信号连接；振动走料板7的一端固接有底部设有出料口的料斗1，多层折流分散管2位于振动走料板7另一端的下方，即多层折流分散管2位于振动走料板7没有设置料斗1的一端的下方，回收盒4位于多层折流分散管2下方；光源3和摄像头5位于多层折流分散管2和回收盒4之间，光源3和摄像头5相对设置，并分别位于多层折流分散管2下方的两侧。

[0019] 该粒度粒形检测仪中的多层折流分散管2，如图2所示。包括桶形的壳体11，壳体11的下端盖上设有砂粒出口10；壳体11的内壁上相对设置有两组折流板组，其中一组折流板组由多块第一折流板8组成，该多块第一折流板8从上往下沿壳体内壁依次设置，另一组折流板组由多块第二折流板9组成，该多块第二折流板9从上往下沿壳体内壁依次设置，所有的第一折流板8和所有的第二折流板9均倾斜设置，所有的第一折流板8相平行，所有的第二折流板9相平行，且第一折流板8和第二折流板9交错设置，即第一折流板8的一端与壳体11内壁固接，第一折流板8的另一端为自由端，第二折流板9的一端与壳体11内壁固接，第二折流板9的另一端为自由端，第一折流板8的自由端既不与壳体11固接也不与第二折流板9相接，第二折流板9的自由端既不与壳体11固接也不与第一折流板8相接。

[0020] 开启粒度粒形检测仪，将需要检测的粒级砂粒注入料斗1内；振动走料板7产生振动，料斗1内的粒级砂粒从料斗1底部的出料口流出，沿振动走料板7向振动走料板7的另一端移动，在此过程中，砂粒均匀平铺在振动走料板7上，到达振动走料板7另一端的砂粒从振动走料板7上自由下落，进入多层折流分散管2内，进入多层折流分散管2的砂粒沿多层折流板组成的曲折通道下滑，最后从砂粒出口10流出，坠落到回收盒4内；在砂粒掉落过程中，光源3发出的光被下落的砂粒遮挡，砂粒外形阴影被摄像头5采集，形成图像，该图像为砂粒的外形图像，能够真实反映机制砂外形特征，能清晰识别机制砂图形的周长和面积。摄像头5将采集的图像传输给图像处理系统6；
振动走料板7和多层折流分散管2能使砂粒均匀下落。

[0021] 3）待试样完全通过检测完成后，图像处理系统6将采集的每一幅图像中显示的砂粒的图形面积，换算成等效面积圆的周长：a.按下述公式计算砂粒的球形度S：
S=PEQPC÷Preal=2(πA)(1/2)÷Preal （1）
（1）式中，PEQPC表示砂粒的等效投影圆周长；Preal表示砂粒投影图像的实际周长；A表示投影面积。

[0022] 砂粒投影图像的实际周长Preal和投影面积A的示意图，如图3。

[0023] 图4是砂粒形状等效投影圆面积示意图。不规则的砂粒颗粒等效为圆，该圆为等效投影圆，其直径为等效投影圆面积直径x。

[0024] 当一个颗粒的投影面积与另外一个圆的投影面积相等时，把该圆的直径x称为该颗粒的等效投影圆面积直径。

[0025] 球形度S：指的是颗粒的等效投影圆周长除以颗粒投影图像的实际周长的商，精确至0.1。

[0026] 球形度S的数值处于0～1之间，数值越小代表颗粒形状越不规则，数值越大代表颗粒形状越圆润。

[0027] b.计算球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7：Sr0.8=（N0.8÷N）×100% （2）
Sr0.7=（N0.7÷N）×100% （3）
N0.8为试样中球形度不小于0.80的颗粒数；
N0.7为试样中球形度不小于0.70的颗粒数；
N为试样总颗粒数；
Sr0.8指球形度不小于0.8的颗粒数占检测试样总颗粒数的百分比；
Sr0.7指球形度不小于0.7的颗粒数占检测试样总颗粒数的百分比。

[0028] 球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7分别取两次试验结果的算术平均值，精确至0.1%；单次试验单个砂样的球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7时，分别取各粒级总和的平均值，精确至0.1%；若某个粒级上的筛余量为0时，则该粒级的球形度比Sr0.8和球形度比Sr0.7均按100%计。

[0029] N0.8和N0.7中的0.8和0.7分别代表球形度，其值越大，说明单颗粒机制砂粒形越接近于等效圆，粒形越好，反之，粒形越差，Sr0.8和Sr0.7越大，则表示球形度不小于0.8或0.7的颗粒数越多，精品机制砂的整体粒形越好。

[0030] 球形度及球形度比能够很好的反应机制砂颗粒及整体的粒形状态，故采用球形度比来评价机制砂的粒形质量。

[0031] 粒形较好的机制砂，其颗粒圆润，配制的混凝土其和易性较好，具有良好的工作性能、力学性能、体积稳定性能和耐久性能，其作用机理是：圆润的机制砂颗粒不仅可以很好的填充混凝土粗骨料形成的空隙，还可以在整个混凝土中起到润滑作用，同时也更容易致密，以达到各项优良的性能指标。

[0032] 选择不同地区及工艺生产的机制砂按上述方法进行球形度比试验，对试验样品进行编号，其中1#、3#、6#、8#样为普通机制砂（PTS），2#、4#样为精品机制砂（JPS），5#、7#样为生产碎石产生的石粉（SF）。具体试验结果见表1。

[0033] 表1 机制砂的球形度比试验数据（%）由表1可见，无论是精品机制砂，还是普通机制砂或者石粉，球形度比0.5和球形度比
0.6均能达到98%以上；球形度比0.7及以上开始有了较为明显的变化，综合比较，球形度比
0.8及球形度比0.7两个技术指标的数据，参照现行标准规范对机制砂的球形度比进行类别划分，具体见表2。

[0034] 表2 机制砂的球形度比技术指标要求（%）结合规范中混凝土用砂质量要求，建议精品机制砂的粒形同时控制Sr0.8和Sr0.7两个技术指标，1类砂和2类砂均可用于混凝土，3类砂仅用于砂浆。

[0035] 采用精品机制砂和优质天然砂开展相关性能的对比试验，具体如下：对比试验采用同等条件，分别选取了0.35、0.40、0.45的水胶比，配合比设计参数均相同，粉煤灰掺量、水泥用量、砂率和单位用水量均相同，由于细骨料的石粉含量、颗粒级配有所差异，掺加的外加剂掺量有所变化，掺量范围为1.0～1.5%，具体配合比参数为：单位用水量155kg，粉煤灰掺量为30%，砂率为41～42%。

[0036] 对拌合物性能、56天抗压强度、56天电通量、56天氯离子扩散系数及28天至60天的收缩率变化、60次单面盐冻进行试验。

[0037] 1）拌合物性能对比试验，得到表3所示的天然砂和精品机制砂混凝土拌合物性能对比表。

[0038] 表3 天然砂和精品机制砂混凝土拌合物性能对比表2）56天抗压强度对比试验，得到表4所示的天然砂和精品机制砂混凝土56d抗压强度对比表。

[0039] 表4 天然砂和精品机制砂混凝土56d抗压强度3）56天电通量对比试验，得到表5所示的天然砂和精品机制砂混凝土56d电通量对比表。

[0040] 表5 天然砂和精品机制砂混凝土56d电通量-
4）56天氯离子扩散系数对比试验，得表6所示的天然砂和精品机制砂混凝土Cl扩散系数（0.1×10-12m2/s）对比表。

[0041] 表6 天然砂和精品机制砂混凝土Cl-扩散系数5）28天至60天的收缩变化率对比试验。见表7所示的天然砂和精品机制砂混凝土收缩率变化量/（1×10-6）对比表。

[0042] 表7 天然砂和精品机制砂混凝土收缩率变化量表3～7中的TRS表示天然砂，JPJZS表示精品机制砂。

[0043] 6）天然砂混凝土和精品机制砂混凝土60次单面盐冻对比试验，得到的单位测试表面面积剥落物质量对比图，见图5。

[0044] 天然砂混凝土和精品机制砂混凝土盐冻实验60次循环后吸水率对比图，如图6所示。

[0045] 天然砂混凝土和精品机制砂混凝土盐冻实验60次超声波相对传播时间对比图，如图7所示。

[0046] 天然砂混凝土和精品机制砂混凝土盐冻实验60次超声波相对动弹性模量对比图，如图8所示。

[0047] 从表3～表7和图5～图8可以看出，精品机制砂混凝土的各项性能与优质天然砂混凝土基本相同，部分性能指标还优于优质天然砂混凝土，例如：电通量、收缩率变化量等。

[0048] 上述试验所用机制砂，均是经过本发明检测方法提出的球形度比的检测，且满足提出的技术要求的机制砂，通过该项指标的控制，其粒形状态可以与天然砂基本保持一致，确保二者的一致性，通过混凝土性能对比试验，证明二者配制的混凝土具有一致性，进而证明通过本发明检测方法检测的精品机制砂可以作为混凝土细骨料替代天然砂。

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