CN102636565A - 一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置及方法 - Google Patents

一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置及方法，装置包括激励工具及测试部分、振动响应测试部分、信号记录部分以及信号处理部分，激励工具及测试部分包括一PVC板和一可作用在PVC板上的力锤，在力锤的前端设置有橡胶锤头，在橡胶锤头上设置有荷载传感器，振动响应测试部分为一加速度传感器，该加速度传感器设置在PVC板上；信号记录部分为动态信号测试与分析系统，信号处理部分为计算机。本发明装置结构简单，拆卸方便，所需材料及仪器少，属于无损检测，试验可以重复连续进行，不仅适用于科研，而且适用于施工现场对早龄期混凝土动弹性模量的测定。

Description

一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置及测定方法，属于混凝土建筑领域。
背景技术
土木工程领域中，早龄期混凝土的动弹性模量是非常重要的。
目前混凝土弹性模量试验一般有两种方法：(1) 力学原理，利用液压加载方法测定混凝土28天后的静弹性模量（即规范所采用的方法），该方法无法测量早龄期混凝土的弹性模量，而且往往只能针对一种情况做相应的研究； (2) 无损检测法，主要利用振动原理或超声波脉冲原理，该方法测的是混凝土的动弹性模量。振动原理，用简谐力激振，引起系统共振，从而找到系统的各阶固有频率，由频率与动弹性模量的关系求出系统的动弹性模量。由于早龄期混凝土的流塑性，装振动传感器比较困难，所以目前试验规程中的敲击振动法测的是混凝土28天后的动弹性模量，不能测量混凝土早龄期动弹性模量。目前工程和试验中测混凝土早龄期（1天后）动弹性模量用的是超声波脉冲法，主要是利用超声波测定混凝土强度，然后利用强度跟弹性模量的关系，推导出混凝土弹性模量值，该方法需要直接在试件表面发射和接收超声波。而对于浇注1天内的试件，由于试件未拆模，只能在模具表面发射和接收超声波，得到的信号准确性太差，因此无法用超声波脉冲法准确测出浇注1天内的试件的动弹性模量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的装置及测定方法，该装置组装简单，操作方便，试验所需仪器较少，可以在浇筑现场进行测量，解决了由于早龄期混凝土的流塑性，振动传感器难以安装的问题，而且该测定方法为无损检测，对试件没有破坏性，试验可以对同一试件重复连续进行，可以准确获得早龄期动弹性模量随时间变化规律。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置，包括激励工具及测试部分、振动响应测试部分、信号记录部分以及信号处理部分，所述的激励工具及测试部分包括一PVC板和一可作用在PVC板上的力锤，在所述的力锤的前端设置有橡胶锤头，在橡胶锤头上设置有荷载传感器，所述的振动响应测试部分为一加速度传感器，该加速度传感器设置在所述的PVC板上；所述的信号记录部分为动态信号测试与分析系统，所述的信号处理部分为计算机，所述的加速度传感器和荷载传感器连接至该动态信号测试与分析系统的信号输入端，该动态信号测试与分析系统的信号输出端连接至计算机。
为了提高试验精度，所述的加速度传感器的重量不宜大于30g。
所述的PVC板的厚度为5～15mm。为了减少力锤1头部中的荷载传感器和加速度传感器接收信号时产生的误差，所述的PVC板，应有一定的刚度，厚度应大于5                                                
Figure 2011103757927100002DEST_PATH_IMAGE001
。
所述的测试装置还包括一放置试件的聚四氟乙烯板。可以减少底板对圆柱体混凝土试件8底部的摩擦。
所述的测试装置还包括一放置试件的海绵垫，海绵垫的厚度为15～30mm。底部接触面选用海绵垫，是为了减少圆柱体混凝土试件自由振动时的约束。
一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的测定方法，步骤如下：
第一步：自制试模，具体如下：将一定直径的圆柱体PVC管截成所要求的长度，将这些圆管对称割开；然后将两个半圆管对齐，外面缠上宽的透明胶带；最后在圆管外表面缠上铁丝。试验中还将用到清水脱模剂，直径为10
Figure 216619DEST_PATH_IMAGE001
捣棒，抹刀，橡皮锤。所述的试模，在圆柱体混凝土试件浇筑的第1 d（天），底部放置在聚四氟乙烯板上；该装置还可以测混凝土硬化后的弹性模量，圆柱体混凝土试件在1d后拆模，底部放置在海绵垫上。
第二步：首先测出试模的质量
第三步：测量圆柱体混凝土试件搅拌1h（小时）后的动弹性模量，具体如下：
（1）在试模内表面涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂，将圆柱体混凝土试件底部安放在聚四氟乙烯板上。混凝土拌合物应分两层装入模内，每层的装料厚度大致相等。浇注时以试模的纵轴为对称轴，呈对称方式装入混凝土拌合物，浇注完一层后用捣棒摊平上表面。插捣应按螺旋方法从边缘向中心均匀进行。在插捣底层混凝土时，捣棒应达到试模底部；插捣上层时，捣棒应贯穿上层后插入下层20～30mm；插到时捣棒应保持垂直，不得倾斜。然后应用抹刀沿试模内壁插拔数次。每层插捣次数25次。当所确定的插捣次数有可能使混凝土拌合物产生离析现象时，可酌情减少插捣次数至拌合物不产生离析的程度。振实后，然后将试件上端面研磨整平。
（2）圆柱体混凝土试件搅拌后大约1h，可以进行测量。在圆柱体混凝土试件上表面放置PVC板，PVC板和圆柱体混凝土试件之间均匀的涂上一层医用白凡士林，保证PVC板和圆柱体混凝土试件上表面之间无间隙。加速度传感器通过橡皮泥固定在PVC板上。
 
（3）将力锤头部中的荷载传感器、加速度传感器与动态信号测试与分析系统连接，将动态信号测试与分析系统与普通计算机连接。力锤头部中的橡胶锤头敲击圆柱体混凝土试件上表面的PVC板使圆柱体混凝土试件发生振动，PVC板上的加速度传感器接收振动响应信号。动态信号测试与分析系统采集加速度传感器产生的加速度信号和力锤头部中的荷载传感器产生的荷载信号，并通过傅里叶转换功能，得到圆柱体混凝土试件不同龄期的固有频率值
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。同时测出圆柱体混凝土试件和试模的总质量，则圆柱体混凝土试件的质量为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，由此得到圆柱体混凝土试件的密度
Figure 2011103757927100002DEST_PATH_IMAGE006
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为试件截面面积。测出圆柱体混凝土试件不同时刻的率
Figure 963864DEST_PATH_IMAGE003
和所对应的密度。
第四步：该装置还可测圆柱体混凝土试件硬化后的动弹性模量，圆柱体混凝土试件搅拌1d后,拆掉试模，将圆柱体混凝土试件安放在海绵垫上，重复第三步，测出圆柱体混凝土试件硬化后不同时期的频率
Figure 863074DEST_PATH_IMAGE003
和所对应的密度。
第五步：根据不同时期的频率
Figure 883169DEST_PATH_IMAGE003
和所对应的密度
Figure 173336DEST_PATH_IMAGE008
,计算出圆柱体混凝土试件的动弹性模量为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明测试装置中的试模不需拆除，因此在试件浇筑后即可以进行测量。
2、本发明测试装置可以测量浇筑后至任意龄期的混凝土动弹性模量，可以建立浇筑后动弹性模量随时间的变化规律。
3、本发明测试装置采用PVC板安置加速度传感器和承受力锤施加的荷载。解决了由于早龄期混凝土的流塑性，装振动传感器和承受力锤荷载比较困难的问题。而且该测定方法为无损检测，对试件没有破坏性，试验可以重复连续进行。
4、本发明装置组装简单，操作方便，试验所需仪器较少，可以在浇筑现场进行测量。
附图说明
图1是本发明测试装置的未拆模试件主视图。
图2是本发明测试装置的拆模试件主视图。
图3是本发明测试装置的未拆模试件剖面图。
图4是本发明测试装置的整体装置图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细说明：
一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的装置及测定方法，包括力锤1、橡胶锤头2、荷载传感器3、PVC板4、加速度传感器5、动态信号测试与分析系统6、普通计算机7、圆柱体混凝土试件8、试模9、PVC管10、透明胶带11、铁丝12、聚四氟乙烯板13、海绵垫14、医用凡士林15、橡皮泥16、导线17。
采用本发明一种测定早龄期混凝土动弹性模量随时间变化的装置测定早龄期混凝土动弹性模量，测试时包括以下步骤：
将力锤1头部的荷载传感器3、加速度传感器5与动态信号采集仪6连接，将动态信号采集仪6与计算机7连接。力锤1敲击混凝土试件上表面PVC板4使圆柱体混凝土试件8发生振动，加速度传感器5接收振动响应。动态信号测试与分析系统6采集加速度传感器5和力锤1产生的信号，并通过傅里叶转换功能得到圆柱体混凝土试件8随时间变化的固有频率值
Figure 427468DEST_PATH_IMAGE003
，由频率
Figure 865403DEST_PATH_IMAGE003
和时刻试件的密度，可以得到圆柱体混凝土试件8的动弹性模量为。

Claims (5)

1.一种测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置，包括激励工具及测试部分、振动响应测试部分、信号记录部分以及信号处理部分，所述的激励工具及测试部分包括一PVC板（4）和一可作用在PVC板上的力锤（1），在所述的力锤（1）的前端设置有橡胶锤头（2），在橡胶锤头（2）上设置有荷载传感器（3），所述的振动响应测试部分为一加速度传感器（5），该加速度传感器（5）设置在所述的PVC板（4）上；所述的信号记录部分为动态信号测试与分析系统（6），所述的信号处理部分为计算机（7），所述的加速度传感器（5）和荷载传感器（3）连接至该动态信号测试与分析系统（6）的信号输入端，该动态信号测试与分析系统（6）的信号输出端连接至计算机（7）。
2.根据权利要求1所述的测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置，其特征在于：所述的PVC板的厚度为5～15mm。
3.根据权利要求1所述的测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置，其特征在于：所述的测试装置还包括一放置试件的聚四氟乙烯板（13）。
4.根据权利要求1所述的测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的的装置，其特征在于：所述的测试装置还包括一放置试件的海绵垫，海绵垫的厚度为15～30mm。
5.一种采用权利要求1所述装置测定混凝土早龄期动弹性模量随时间变化的方法，其特征在于：步骤如下：
第一步：自制试模（9），具体如下：将一定直径的圆柱体PVC管截成所要求的长度，将这些圆管对称割开；然后将两个半圆管对齐，外面缠上宽的透明胶带（11）；最后在圆管外表面缠上铁丝（12）；
第二步：首先测出试模的质量                                                
Figure 775074DEST_PATH_IMAGE001
；
第三步：测量圆柱体混凝土试件（8）搅拌1 h后的动弹性模量，具体如下：
（1）在试模内表面涂一薄层矿物油或其他不与混凝土发生反应的脱模剂，将圆柱体混凝土试件（8）底部安放在聚四氟乙烯板（13）上，混凝土拌合物应分两层装入模内，每层的装料厚度大致相等，浇注时以试模的纵轴为对称轴，呈对称方式装入混凝土拌合物，浇注完一层后用捣棒摊平上表面，插捣应按螺旋方法从边缘向中心均匀进行，在插捣底层混凝土时，捣棒应达到试模底部；插捣上层时，捣棒应贯穿上层后插入下层20～30mm；插到时捣棒应保持垂直，不得倾斜，然后应用抹刀沿试模内壁插拔数次，每层插捣次数25次，当所确定的插捣次数有可能使混凝土拌合物产生离析现象时，可酌情减少插捣次数至拌合物不产生离析的程度；振实后，然后将圆柱体混凝土试件（8）上端面研磨整平；
（2）圆柱体混凝土试件（8）搅拌后大约1h，进行测量，在圆柱体混凝土试件（8）上表面放置PVC板（4），PVC板（4）和圆柱体混凝土试件（8）之间均匀的涂上一层医用白凡士林（15），保证PVC板（4）和圆柱体混凝土试件（8）上表面之间无间隙，加速度传感器（5）通过橡皮泥（16）固定在PVC板（4）上，将力锤（1）头部中的荷载传感器（3）、加速度传感器（5）与动态信号测试与分析系统（6）连接，将动态信号测试与分析系统（6）与普通计算机（7）连接；
（3）力锤（1）敲击圆柱体混凝土试件（8）上表面的PVC板（4）使圆柱体混凝土试件（8）发生振动，PVC板（4）上的加速度传感器（5）接收振动响应信号，动态信号测试与分析系统（6）采集加速度传感器（5）产生的加速度信号和力锤（1）头部中的荷载传感器（3）产生的荷载信号，并通过傅里叶转换功能，得到圆柱体混凝土试件（8）不同龄期的固有频率值
Figure 2011103757927100001DEST_PATH_IMAGE002
，同时测出圆柱体混凝土试件（8）和试模（9）的总质量
Figure 449769DEST_PATH_IMAGE003
，则圆柱体混凝土试件（8）的质量为
Figure 2011103757927100001DEST_PATH_IMAGE004
，由此得到圆柱体混凝土试件（8）的密度，其中
Figure 2011103757927100001DEST_PATH_IMAGE006
为圆柱体混凝土试件（8）截面面积，测出圆柱体混凝土试件（8）新拌1h后不同时刻的频率
Figure 717512DEST_PATH_IMAGE002
和所对应的密度
Figure 896821DEST_PATH_IMAGE007
；
第四步：该装置还可测圆柱体混凝土试件（8）硬化后的动弹性模量，圆柱体混凝土试件（8）搅拌1d后,拆掉试模（9），将圆柱体混凝土试件（8）安放在海绵垫（13）上，重复第三步，测出圆柱体混凝土试件（8）硬化后不同时期的频率
Figure 358895DEST_PATH_IMAGE002
和所对应的密度
Figure 940049DEST_PATH_IMAGE007
；
第五步：根据不同时期的频率和所对应的密度
Figure 191088DEST_PATH_IMAGE007
,计算出圆柱体混凝土试件（8）的动弹性模量为
Figure 2011103757927100001DEST_PATH_IMAGE008
。
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