CN109253921A - 一种检测混凝土试块强度评价方法 - Google Patents

一种检测混凝土试块强度评价方法 Download PDF

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Abstract

一种检测混凝土试块强度评价方法，包括步骤：基于声阻抗法获得试验混凝土试块的声速；基于混凝土抗压强度与混凝土声速之间的关系推导出混凝土试块的强度；基于试验混凝土的实测参数及设计录入参数以现场回弹法快速判定局部实体的混凝土强度并评测各部位强度的偏离情况。对混凝土强度进行鉴定和智能分析，判断混凝土结构的强度；判定混凝土强度是否满足设计要求，可以测评各分部位设计强度以及与结构抗拉强度的偏离情况并给予纠正措施，还可以评定部分项工程的整体强硬程度；另外，本发明可以评测在试验结果下的试块在客观改良后可以达到的质量以及客观改良方法，具有极好的应用前景。

Description

一种检测混凝土试块强度评价方法
技术领域
本发明涉及混凝土检测技术领域，具体涉及一种检测混凝土试块强度评价方法。
背景技术
混凝土的抗压强度是通过试验所得出的，我国最新标准C60强度以下的采用边长为150mm的立方体试件作为混凝土抗压强度的标准尺寸试件。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002，制作边长为150mm的立方体在标准养护(温度20±2℃、相对湿度在95％以上)条件下，养护至28d龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度，称为混凝土标准立方体抗压强度。
混凝土结构强度的检测根据其原理不同一般可分为有损检测技术和无损检测技术，其中有损检测技术虽然测试结果比较直观可靠但是其会对结构造成局部破坏，被测结构需进行相应修补，不利于混凝土构件后期的发展和维护，混凝土结构强度的现场检测一般都是采用无损检测技术，它已成为工程事故的评定和分析手段之一，因此，无损检测技术在整个建筑施工、验收以及使用过程中都发挥着重要的作用。混凝土结构的无损检测技术是指通过对混凝土结构不进行破坏，直接作用在结构或构件上测定某个或某些物理量，并通过这些物理量与强度的相关性来推测混凝土的强度等指标的检测技术，包括超声法、回弹法、超声回弹法冲击回波法、雷达法、红外成像法等，其中回弹法由于仪器构造简单、仪器携带方便、测试方法易于掌握、检测效率高、造价及费用都较为低廉、被测物的形状尺寸一般不受限制等优越性而被广泛采用，由于其特别适用于施工现场对结构混凝土的强度进行随机的、大量的检验，已被国际学术界公认为混凝土无损检测的基本方法之一，成为现场结构混凝土检验与验收的常用方法。经过多年的研究和大量的实验室和现场数据的积累，已经建立了国家统一测强曲线，也形成了《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23-2011)，各地区大都也研究建立了适合当地检测的地区回弹测强曲线，为实体工程的质量检测与评定提供了依据。
但是，在上述的技术中缺少一种强度检测与评价一体的方法。
发明内容
本申请提供一种检测混凝土试块强度评价方法，包括步骤：
基于声阻抗法获得试验混凝土试块的声速；
基于混凝土抗压强度与混凝土声速之间的关系推导出混凝土试块的强度；
基于试验混凝土的实测参数及设计录入参数以现场回弹法快速判定局部实体的混凝土强度并评测各部位强度相对于结构抗压强度的偏离情况。
一种实施例中，所述基于声阻抗法获得试验混凝土试块的声速，具体包括步骤：
在传声介质与待试验混凝土试块不接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制所述声源向传声介质发射预定频率、幅度和波形的声波信号，并接收所述声波信号经传声介质与空气界面反射后回波到达声源的回波幅值；
在传声介质与待测试验混凝土试块接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制所述声源向传声介质发射所述声波信号，并接收所述声波信号经传声介质与试验混凝土试块界面反射后回波到达声源的回波幅值；
通过回波幅值为和回波幅值为计算传声介质与试验混凝土试块界面的声压反射系数；
通过所述声压反射系数计算待试验混凝土试块的特性阻抗,及根据所述特性阻抗计算所述待测试验混凝土试块的声速。
一种实施例中，还包括步骤：建立测评的三维数据模型，并将三维数据按照空间位置作为唯一I D存储为数组数据，利用所述三维数据模型评测各部位强度相对于全局抗压强度的偏离情况。
一种实施例中，所述实测参数的输入方式为：输入三维立体模型下各个分部分项抗压强度测量的实测参数，并且与三维数据对应存储为数组数据。
一种实施例中，所述设计录入参数的输入方式为：输入三维立体模型下各个分部分项抗压强度的设计录入参数，并且与三维数据对应存储为数组数据。
一种实施例中，还包括根据评测的偏离情况输出相对应的偏离界限的部位实际偏离数值以及纠正措施。
一种实施例中，还包括利用感压纸获取试验混凝土试块受冲击位置的颜色分布图像，并基于读取的所述图像的阴影分布和阴影暗度大小判断试验混凝土试块的损伤程度。
依据上述实施例的检测混凝土试块强度评价方法，对混凝土强度进行鉴定和智能分析，判断混凝土结构的强度；判定混凝土强度是否满足设计要求，可以测评各分部位设计强度以及与结构抗拉强度的偏离情况并给予纠正措施，还可以评定部分项工程的整体强硬程度；另外，本发明可以评测在试验结果下的试块在客观改良后可以达到的质量以及客观改良方法，具有极好的应用前景。
附图说明
图1为检测混凝土试块强度评价方法流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
在本发明实施例中，本例提供一种检测混凝土试块强度评价方法，其流程图如图1所示，具体包括如下步骤。
S1：基于声阻抗法获得试验混凝土试块的特性阻抗。
本步骤具体包括以下步骤：
S11：在传声介质与待试验混凝土试块不接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制所述声源向传声介质发射预定频率、幅度和波形的声波信号，并接收所述声波信号经传声介质与空气界面反射后回波到达声源的回波幅值。
S12：在传声介质与待测试验混凝土试块接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制所述声源向传声介质发射所述声波信号，并接收所述声波信号经传声介质与试验混凝土试块界面反射后回波到达声源的回波幅值。
S13：通过回波幅值为和回波幅值为计算传声介质与试验混凝土试块界面的声压反射系数。
其中，回波幅值为Pa的表达式为：Pa＝T2Rap0e-2αd，其中，p0为探头发射超声幅值，Ra为传声介质与空气界面反射系数，T为声源与传声介质界面的透射系数，d为传声介质厚度，a为传声介质的衰减系数；
回波幅值为P1的表达式为：P1＝T2R1p0e-2αd，R1为传声介质与试验混凝土试块界面的声压反射系数；
将回波幅值为Pa与回波幅值为P1相除，可消去T的偶然性对回波幅值的影响，然后，通过计算得到传声介质与试验混凝土试块界面的声压反射系数R1。
S14：通过所述声压反射系数计算待试验混凝土试块的特性阻抗，及根据所述特性阻抗计算待测试验混凝土试块的声速。
具体为，传声介质与试验混凝土试块界面的声压反射系数的表达式如下：
其中，R1为传声介质与试验混凝土试块界面的声压反射系数，Zs为传声介质的特性阻抗，Zp为试验混凝土试块的特性阻抗，由于传声介质是已知的材料，其特性阻抗为已知特性阻抗，通过步骤S3计算出R1，因此，在R1、Zs为已知的情况下，通过该表达式计算出Zp。
根据混凝土试块的特性阻抗与声速关系，该关系式为Zp＝ρp·cp，其中，ρp为已知混凝土试块的宏观密度，因此，在Zp、ρp为已知的情况下，通过该关系式可计算出cp，也即计算出混凝土试块声速。
混凝土的声速与混凝土的弹性性质有关，也与混凝土内部结构(孔隙、材料组成)有关，不同组成的混凝土，其声速也各不相同。一般来说，弹性模量越高，内部越是致密，其声速也越高，而混凝土的强度也与它的弹性模量、与它的孔隙率有密切关系，因此，超声波速与混凝土强度之间存在相关关系。
因为超声波要穿透混凝土内部，由此所带来的影响声波传播速度的因素也就复杂的多，如，混凝土构件横向尺寸、温度、湿度、粗骨料的品种、大小、级配、钢筋的含量等，且在较大的强度范围内，如15-5MPa，声速的变动范围相对较窄，因此，从测强这一方面看，超声波的准确性、精度性难以满足要求。
而本例所提供的试验混凝土试块的声速计算方法，消去T的偶然性对回波幅值的影响，无需获得声源与传声介质耦合状态参数，即可获得混凝土试块的声速，可解决现有超声法测量混凝土强度准确性低及精度难以满足要求的问题。
需要说明的是，在传声介质与待测试验混凝土试块不接触的状态下，及在传声介质与待测试验混凝土试块接触的状态下，声源与传声介质耦合状态需要保持一致，以便于消去T的偶然性对回波幅值的影响，也即解决了界面耦合的问题。
S2：基于混凝土抗压强度与混凝土声速之间的关系推导出混凝土试块的强度。
通过步骤S1和步骤S2得到混凝土试块的结构抗压强度，
S3：基于试验混凝土的实测参数及设计录入参数以现场回弹法快速判定局部实体的混凝土强度并评测各部位强度的偏离情况。
进一步，在评测各部位强度的偏离情况之前，还包括建立测评的三维数据模型，并将三维数据按照空间位置作为唯一ID存储为数组数据，利用三维数据模型评测各部位强度相对于全局抗压强度的偏离情况。还包括根据评测的偏离情况输出相对应的偏离界限的部位实际偏离数值以及纠正措施。
相应的，实测参数的输入方式为：输入三维立体模型下各个分部分项抗压强度测量的实测参数，并且与三维数据对应存储为数组数据；设计录入参数的输入方式为：输入三维立体模型下各个分部分项抗压强度的设计录入参数，并且与三维数据对应存储为数组数据。
进一步，本例还包括利用感压纸获取试验混凝土试块受冲击位置的颜色分布图像，并基于读取图像的阴影分布和阴影暗度大小判断试验混凝土试块的损伤程度。
感压纸由分别涂有微囊生色物质和显色物质的两张底片组成，试验时候，将涂层部分面对面放置，当测量过程中混凝土试块受到冲击时，感压纸受力导致内部微囊破裂并释放出生色物质，生色物质与显色物质发生显色反应，从而产生颜色；颜色浓度随受力大小的不同而有所不同，从而实现用感压纸图像记录混凝土试块表面不同位置受力大小的结果。
因此，控制对混凝土试块受冲击位置压强的采集，具体是通过两面感压纸来实现，试验时候，将感压纸的涂层部分面对面放置，用感压纸图像记录混凝土试块表面不同位置受力大小的结果，通过扫描仪将获取的感压纸图像信息转换成图像数字信息，变成程序可识别的二维像素矩阵，还通过扫描仪将破损程度图像扫描；通过内部程序对图像数字信息进行阴影分布和阴影暗度大小读取，并根据建立的阴影分布和阴影暗度大小-压强对应关系来识别该感压纸的压强大小，再计算获取混凝土试块受冲击位置的表面压强分布情况及相应的损伤程度。
另外，还可以基于混凝土试块压强分布大小与损伤程度之间的映射关系，并最终由一个混凝土试块表面所损伤程度来确认试块受力，进而也确认试块的强度等级并且给予参考。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种检测混凝土试块强度评价方法，其特征在于，包括步骤：
基于声阻抗法获得试验混凝土试块的声速；
基于混凝土抗压强度与混凝土声速之间的关系推导出混凝土试块的强度；
基于试验混凝土的实测参数及设计录入参数以现场回弹法快速判定局部实体的混凝土强度并评测各部位强度的偏离情况。
2.如权利要求1所述的检测混凝土试块强度评价方法，其特征在于，所述基于声阻抗法获得试验混凝土试块的声速，具体包括步骤：
在传声介质与待试验混凝土试块不接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制所述声源向传声介质发射预定频率、幅度和波形的声波信号，并接收所述声波信号经传声介质与空气界面反射后回波到达声源的回波幅值；
在传声介质与待测试验混凝土试块接触的状态下，使声源与传声介质耦合，控制所述声源向传声介质发射所述声波信号，并接收所述声波信号经传声介质与试验混凝土试块界面反射后回波到达声源的回波幅值；
通过回波幅值为和回波幅值为计算传声介质与试验混凝土试块界面的声压反射系数；
通过所述声压反射系数计算待试验混凝土试块的特性阻抗，及根据所述特性阻抗计算所述待测试验混凝土试块的声速。
3.如权利要求1所述的检测混凝土试块强度评价方法，其特征在于，还包括步骤：建立测评的三维数据模型，并将三维数据按照空间位置作为唯一ID存储为数组数据，利用所述三维数据模型评测各部位强度相对于全局抗压强度的偏离情况。
4.如权利要求3所述的检测混凝土试块强度评价方法，其特征在于，所述实测参数的输入方式为：输入三维立体模型下各个分部分项抗压强度测量的实测参数，并且与三维数据对应存储为数组数据。
5.如权利要求3所述的检测混凝土试块强度评价方法，其特征在于，所述设计录入参数的输入方式为：输入三维立体模型下各个分部分项抗压强度的设计录入参数，并且与三维数据对应存储为数组数据。
6.如权利要求1所述的检测混凝土试块强度评价方法，其特征在于，还包括根据评测的偏离情况输出相对应的偏离界限的部位实际偏离数值以及纠正措施。
7.如权利要求1所述的检测混凝土试块强度评价方法，其特征在于，还包括利用感压纸获取试验混凝土试块受冲击位置的颜色分布图像，并基于读取所述图像的阴影分布和阴影暗度大小判断试验混凝土试块的损伤程度。
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