CN102147387A - 一种测试水泥基材料内部不同开裂情况的装置和方法 - Google Patents

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一种测试水泥基材料内部不同开裂情况的装置和方法，属于建筑材料测试领域。试验方法为将标准尺寸40×40×160mm的水泥基材料试件(1)四周用塑料薄膜包裹密封，固定于抗折试验机(2)中，在试件(1)两个相对的40×40mm的平行面上分别固定两个不锈钢电极(3)，(3)与恒电位仪通过工作电极(5)和参比电极(6)分别相连。测试时，通过抗折试验机(2)对试件(1)施加不同等级的弯曲荷载，使试件(1)达到不同开裂情况，完成恒电位仪(4)进行交流阻抗谱的测试过程，以电脑(7)采集到阻抗参数R来反映水泥基材料内部的不同开裂情况。该测试方法能够快捷、准确的反映水泥基材料内部的不同开裂情况，并且简单实用。

Description

一种测试水泥基材料内部不同开裂情况的装置和方法
技术领域
本发明属于建筑材料检测技术领域。是一种测试水泥基材料内部不同开裂情况的装置和方法。
背景技术
裂缝是常见的水泥混凝土的缺陷之一，对建筑物的危害很大，特别是内部裂缝，比较隐蔽，危害更大。但是目前常用的无损检测方法只能检测到较浅范围(20cm-30cm)内的裂缝，范围有限，且至今还没有一种方法能达到实时监测，研究混凝土内部裂缝缺陷动态变化情况。
目前普遍采用的检测方法有：超声波检测、雷达检测、光纤传感检测、冲击回波法和红外线成像法等。不同的方法存在不同的问题。
1)超声波法。是综合超声脉冲通过缺陷或损伤时的声速、波幅和频率等参数的相对变化，判断和评定混凝土的缺陷和损伤情况。仅适用于裂缝位置已知的情况，而且只能探测裂缝的深度。
2)雷达法。利用一个天线发射高频率宽频带短脉冲电磁波，另一个天线接收来自内部介质界面的发射波，根据接收到波的旅行时间、幅度和波形等资料，可探测介质的内部结构和内部缺陷。工作量大，要求相邻两种物质的介电常数相差较大，且探测深度有限，无法实时监测。
3)光纤传感检测法。须预先埋入光纤，只能检测埋入光纤位置处的裂缝，在实际工程应用中环境条件对精密纤细的光纤存活构成了极大威胁。
4)冲击回波法。用一钢珠冲击混凝土表面，在混凝土内产生一应力波，接收该应力波遇到混凝土内缺陷或地面产生的反射波，转为频谱图，并根据频谱图中峰值频率计算混凝土缺陷的位置与混凝土厚度。适用于只有一个测试面的混凝土检测，且无法监测混凝土结构的内部缺陷。
5)红外线成像法。通过测量混凝土的热量及热流判断其质量改变处即缺陷的类型和位置特征。由于受红外线穿透能力的限制，对于混凝土深层的内部缺陷难以检测。
针对目前工程现状及存在的问题，以及以上对目前水泥混凝土缺陷无损检测方法的分析，发现各种方法均有其不足或局限性，因此，发明一种更新的、更科学的、更实用的混凝土损伤检测技术方法十分迫切必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有测量装置的上述缺陷，提出一种测试水泥混凝土材料内部不同开裂情况的装置和方法。
本发明提供了一种测试水泥基材料内部不同开裂情况的装置，其特征在于：将包裹了塑料薄膜的水泥基材料试件1固定于抗折试验机2中，试件1两个相对的40×40mm的平行面上固定两个不锈钢电极3，恒电位仪4的工作电极5和参比电极6分别与两个不锈钢电极3相连。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：将标准尺寸40×40×160mm的水泥基材料试件1四周用塑料薄膜包裹密封，按标准方法固定于抗折试验机2中，在试件1两个相对的40×40mm的平行面上分别固定两个不锈钢电极3，3与恒电位仪通过工作电极5和参比电极6分别相连。测试时，通过抗折试验机2对试件1施加不同等级的弯曲荷载，使试件1达到不同开裂情况，完成恒电位仪4进行交流阻抗谱的测试过程。测试结果由电脑7采集。
具体测试和分析步骤如下：
1、将标准尺寸40×40×160mm的水泥基材料试件1四周用塑料薄膜包裹密封，以消除试件与抗折试验机直接接触对试验结果产生的影响。按照国家标准方法固定于抗折试验机2中。
2、在试件1两个相对的40×40mm的平行面上分别用橡皮筋固定两个尺寸为40×50mm的不锈钢电极3，3与恒电位仪4通过工作电极5和参比电极6分别相连。
3、开启抗折试验机2，在试件抗折强度范围内施加不同等级的弯曲荷载，使试件1达到不同开裂情况，以完成恒电位仪4对试件2的不同开裂状态进行交流阻抗谱的测试。
4、试验中每种开裂情况均保持充分的弯曲荷载作用时间，同时进行阻抗的测试与采集。数据结果由电脑7上安装的采集软件进行采集。对数据进行处理，最后通过测得的阻抗参数的变化情况研究试件1的不同开裂情况。如果试件的阻抗值从某一级开始，后一级阻抗值首次突然增大为该级阻抗值的4倍以上则表明试件内部产生裂纹。并以该级阻抗作为基准值，如果后续阻抗值突然增大为该级阻抗值的30倍以上则表示试件断裂。
同时采用显微镜观察试件表面微裂缝产生情况。
该方法为交流阻抗谱方法，简单方便，试验结果精确、稳定，能够简单快捷连线的测定不同开裂情况，与宏观观测结果一致。
附图说明：
图1测试水泥基材料内部不同开裂情况的装置示意图
其中1为水泥基材料试件，2为抗折试验机，3为不锈钢电极，4为恒电位仪，5为工作电极，6为参比电极，7为电脑。
具体实施方式
为了验证可以用交流阻抗谱方法测试水泥基材料内部不同开裂情况，试验中选取水泥净浆和掺粉煤灰水泥浆体试件，水灰比分别为0.3和0.35，在试件抗折强度范围内施加四级荷载，并且结合附图按照以下步骤进行试验。
1、制成相同的2组且每组有4个尺寸为40×40×160mm的标准水泥基材料试件1，试件编号及配合比设计如表1所示。按标准方法在水浴中养护3天，后取出，用干燥洁净抹布擦拭试件表面。第一组试件四周用塑料薄膜包裹密封，第二组试件平行测抗折强度。
2、分别将第二组中的每个试件1按照国家标准方法固定于抗折试验机2中。开启抗折试验机2，测试其抗折强度，结果如表1所示。
3、在第一组试件1两个相对的40×40mm的平行面上分别用橡皮筋固定两个尺寸为40×50mm的不锈钢电极3，3与恒电位仪4通过工作电极5和参比电极6分别相连。开启抗折试验机2，按照表2测得的试件1抗折强度值大小，用ff表示，在抗折强度范围内，通过控制电动抗折试验机的加荷进程，分别对试件1施加不同等级的弯曲荷载，包括0％ff、10％ff、20％ff、30％ff、40％ff、50％ff、60％ff、70％ff和80％ffMPa，分别以f0、f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7和f8表示，使试件1达到不同开裂情况，每种开裂情况均保持充分的弯曲荷载作用时间，同时进行阻抗的测试与采集。同时采用显微镜观察试件表面微裂缝产生情况。试验中发现，当施加荷载值达到80％ff时，在停机进行阻抗测量时，由于水泥浆体的脆性，会发生突然断裂。
4、测试结果与计算
数据结果由电脑7上安装的采集软件进行采集。对数据进行处理，可以得到试件1在不同开裂情况下的不同的阻抗R。观察各个阻抗值，如果试件的阻抗值从某一级开始，后一级阻抗值首次突然增大为该级阻抗值的4倍以上则表明试件内部产生裂纹。并以该级阻抗作为基准值，如果后续测得的阻抗值突然增大为该级阻抗值的30倍以上则表示试件断裂。即：以Ri表示施加不同荷载时对应得到的阻抗值，其中i＝0，1…。观察数据结果，当首次出现Ri+1/Ri≥4时，认为阻抗值为Ri+1时，试件内部首次产生开裂，但并未断裂。之后以Ri作为基准值，观察Rj/Ri值的大小，其中j＝i+2，i+3…，当出现Ri+j/Ri≥30时，认为阻抗值为Ri+j时，试件发生断裂。
试验结果Ri如表2所示。从表2中可明显看出，首次出现Ri+1/Ri≥4为当i＝2时，即R3/R2≥4，表明阻抗值达到R3时，试件内部首次产生开裂，但并未断裂。此时采用显微镜同时进行观测，发现阻抗值达到R3时，试件表面局部产生0.05-0.1mm的非贯通微裂纹，此项结果可以更好的验证此时内部已经产生了开裂，认为外部试验结果与内部试验结果达到一致。表2中出现Rj/Ri≥30为当取R2为基准值时，即i＝2，j＝i+6＝8时，表明阻抗值达到R8时，试件发生断裂，与宏观观测结果一致。
表1  试件1编号、配合比设计和3天抗折强度注：FA：粉煤灰；ff：抗折强度
  编号   掺量   水灰比   水泥(g)   水(g)   FA   ff(MPa)
  A-1   基准   0.3   2600   780   0   9.65
  A-2   基准   0.35   2600   910   0   7.7
  B-1   15％FA   0.3   2210   780   390   8.58
  B-2   15％FA   0.35   2210   910   390   6.25
表2  试件1不同开裂情况的阻抗
Figure BDA0000044145220000041

Claims (2)

1.一种测试水泥基材料内部不同开裂情况的装置，其特征在于：将包裹了塑料薄膜的水泥基材料试件(1)固定于抗折试验机(2)中，试件(1)两个相对的40×40mm的平行面上固定两个不锈钢电极(3)，恒电位仪(4)的工作电极(5)和参比电极(6)分别与两个不锈钢电极(3)相连。
2.应用权利要求1所述的装置测试水泥基材料的不同开裂情况的方法，其特征在于，步骤如下：
①将标准尺寸40×40×160mm的水泥基材料试件(1)四周用塑料薄膜包裹密封，固定于抗折试验机(2)中；
②在试件(1)两个相对的40×40mm的平行面上分别固定两个尺寸为40×50mm的不锈钢电极(3)，不锈钢电极(3)与恒电位仪(4)通过工作电极(5)相连和参比电极(6)分别相连；
③开启抗折试验机(2)，在试件抗折强度范围内施加不同等级的弯曲荷载，使试件(1)达到不同开裂情况，以完成恒电位仪(4)对试件(2)的不同开裂状态进行交流阻抗谱的测试；
④试验中每种开裂情况均保持充分的弯曲荷载作用时间，同时进行阻抗的测试与采集；通过测得的阻抗参数的变化情况研究试件(1)的不同开裂情况；如果试件的阻抗值从某一级开始，后一级阻抗值首次突然增大为该级阻抗值的4倍以上则表明试件内部产生裂纹；并以该级阻抗作为基准值，如果后续阻抗值突然增大为该级阻抗值的30倍以上则表示试件断裂。
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