CN110057718A - 便携式碾压混凝土初凝时间快速检测方法及检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及碾压混凝土施工质量控制领域，为实现碾压混凝土坝施工现场的碾压混凝土初凝时间的自动、快速检测，本发明，便携式碾压混凝土初凝时间快速检测方法及检测仪，包括支撑架、升降平台、含距离传感器的自动推进杆、含压力传感器的探针以及数据集成控制模块和或掌上电脑PDA，升降平台一端固定在支撑架上，数据集成控制模块控制自动推进杆发生伸缩动作，推进杆前部连有探针，探针可插入到下方碾压混凝土RCC试件中，通过自动推进杆中的距离传感器检测插入深度，并通过推进杆前部的压力传感器测得RCC试件对探针的反作用力即贯入阻力值，然后将所测得贯入阻力值传递到PDA模块。本发明主要应用于碾压混凝土施工质量控制场合。

Description

便携式碾压混凝土初凝时间快速检测方法及检测仪

技术领域

本发明涉及碾压混凝土施工质量控制领域，一种便携式、自动、快速的碾压混凝土初凝时间测量装置。

背景技术

碾压混凝土(roller-compacted concrete，RCC)通过振动压实来进行浇筑，但当混凝土超过初凝时间时，上下层混凝土之间结合不密实。故规范规定“连续上升铺筑的碾压混凝土，层间允许间隔时间，应控制在出直接铺筑允许时间(即混凝土初凝时间)以内”，否则将使得上下层存在层间结合薄弱面，在大坝挡水运行后可能会引起水力劈裂，造成大坝漏水，所以准确测定RCC的初凝时间是现场控制RCC上下层层间间隔时间的关键，对于RCC施工质量控制具有非常重要的作用。

RCC凝结时间测定方法采用与普通混凝土凝结时间测定一样的贯入阻力法。目前，国内对于RCC初凝时间的测定，主要有实验室方法和现场方法，比较典型的检测装置是中国水利科学研究院研制的适用于实验室的JFT-21型和适用于现场检测的JFT-11型RCC贯入阻力仪。但这两种装置存在如下弊端：

①通过手动控制测针运动，不易控制测针匀速推进，所测的贯入阻力受测针推进速度影响，存在测量误差。

②当前现场测量的便携式装置(如JFT-11)需手动加压，测针方向不易垂直控制，影响测量精度。

③不能根据所测得的贯入阻力值，来直接判定初凝时间，需后续人工做内业处理，经线性回归后求得，该项工作需要一定的时间。所以，往往不能在现场就直接得到初凝时间值，影响现场碾压混凝土施工质量控制的及时性。

所以，研制开发一种便携式的、可用于施工现场的RCC初凝时间快速、自动测定的检测装置具有重要的工程实践价值。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出碾压混凝土检测仪器技术方案，实现碾压混凝土坝施工现场的碾压混凝土初凝时间的自动、快速检测。为此，本发明采取的技术方案是，便携式碾压混凝土初凝时间快速检测仪，包括支撑架、升降平台、含距离传感器的自动推进杆、含压力传感器的探针以及数据集成控制模块和或掌上电脑PDA(PersonalDigital Assistant)，升降平台一端固定在支撑架上，数据集成控制模块控制自动推进杆发生伸缩动作，推进杆前部连有探针，探针可插入到下方碾压混凝土RCC试件中，通过自动推进杆中的距离传感器检测插入深度，并通过推进杆前部的压力传感器测得RCC试件对探针的反作用力即贯入阻力值，然后将所测得贯入阻力值经由数据集成控制模块传递到PDA模块。

便携式碾压混凝土初凝时间快速检测方法，步骤如下：

(1)在施工现场采集碾压混凝土样本，按水工碾压混凝土试验规范要求，装入边长为 150mm的立方体试模中，并制成检测试件；

(2)使自动推进杆连接探针与试件表面恰好接触；

(3)向下按动压力传感器启动按钮，推进杆探针在10s内匀速贯入25mm，贯入过程中，利用探针处的压力传感器等时间间隔地测量贯入阻力数据，并将其通过数据集成控制模块，传送到掌上电脑PDA中；

(4)根据一定的时间间隔，多次重复步骤(1)和(2)，对同一个试件进行检测，直至试件RCC远超过初凝时间，各测点在试件中的间距不小于15mm，测点与试模内壁之间距离不小于20mm；

(5)得到若干组测量时间及该时刻对应的贯入阻力值；

(6)在PDA模块的界面中，将多组测量贯入阻力值及其对应时间，自动生成“测量时间-贯入阻力”的离散点，横坐标为测量时间，纵坐标为贯入阻力值；

(7)通过PDA模块中数据处理子模块，将所有检测数据拟合得到两条直线，并求得两直线的交点，交点的横坐标即为所测RCC试件的初凝时间。

本发明的特点及有益效果是：

本发明可适用于碾压混凝土坝施工现场的碾压混凝土初凝时间的自动、快速检测。其有益效果如下：

①实现测针运动速度、测针行进距离的自动控制，同步自动采集贯入阻力，可避免手工操作测针不易匀速运动、测针不易垂直控制而带来的测量误差。

②自动进行所测贯入阻力值的线性回归，快速计算RCC初凝时间，可减少后续内业时间，实现检测结果快速获得，提高现场反馈的及时性。

③便于携带，方便现场测定碾压混凝土的初凝时间，可以为碾压混凝土现场施工质量的控制提供一种新的手段。

附图说明：

图1本发明构成示意图。

图2数据集成控制模块工作原理。

图3手持检测装置示意图。

图4手持检测装置主视图。

图5手持检测装置俯视图。

图6PDA模块功能简图。

具体实施方式

1本发明构成及功能

本发明的构成包括手持检测装置，含支撑架、升降平台、自动推进杆(含距离传感器)、探针(含压力传感器)、接口A、接口B以及接口C；以及数据集成控制模块和PDA模块(Personal Digital Assistant，个人数码助理或掌上电脑)共三个部分。其中，自动推进杆上的接口A 和数据集成控制模块连接，自动推进杆上的接口B和电源连接。本发明构成见图1。

数据集成控制模块安装在手持检测装置上。供电电源通过接口B给自动推进杆(含距离传感器)、压力传感器和数据集成控制模块供电，由数据集成控制模块控制自动推进杆工作。自动推进杆在通电的状态下，按下数据集成控制模块上的启动按钮，可自动伸缩。推进杆前部连有探针，探针可插入到下方碾压混凝土(RCC)试件中，通过自动推进杆中的距离传感器检测插入深度，并通过推进杆前部的压力传感器测得RCC试件对探针的反作用力，然后将所测得反作用力经由数据集成控制模块的接口C传递到PDA模块。该反作用力即为贯入阻力值。

数据集成控制模块与PDA模块间的通讯可采用Universal Serial Bus(通用串行总线，即USB)连接(通过接口C)，亦可采用蓝牙等无线通讯方式。

PDA模块包括数据采集和数据处理两个子模块。

数据采集子模块将测点的贯入阻力值及对应的数据采集子模块中记录的测量时间通过串口输入到PDA中软件中。随着RCC硬化，按照一定的时间间隔(如半小时)，在足够长的时间内(如10小时，以确保RCC在此时间内已经初凝)，采集得到试件的贯入阻力值及对应的检测时间。

数据处理子模块将采集得到的多个贯入阻力值和对应的检测时间，构成样本数据，以横坐标为时间，纵坐标为贯入阻力值，绘制散点图。根据贯入阻力值随时间的变化趋势，找到贯入阻力值上升速率的突变点，以此点对应的时刻为界限，将所有测量数据分成两部分，分别对该两部分测点进行线性拟合，得到测量时间与贯入阻力值之间关系的两条直线，然后求出其交点。该交点的横坐标即为所检测RCC的初凝时间。

2检测方法

使用该仪器检测碾压混凝土初凝时间的方法如下：

(1)在施工现场采集碾压混凝土样本，按水工碾压混凝土试验规范要求，装入边长为 150mm的立方体试模中，并制成检测试件。

(2)将该发明装置放置在平坦的地面上，使自动推进杆连接探针与试件表面恰好接触，将PDA模块显示的贯入阻力值清零。

(3)向下按动压力传感器启动按钮，推进杆探针将在10s内匀速贯入25mm。过程中，探针处的压力传感器将等时间间隔(如30min)地测量贯入阻力数据，并将其通过数据集成控制模块，传送到PDA模块中。

(4)根据一定的时间间隔(如半小时)，多次重复步骤(1)和(2)，对同一个试件进行检测，直至试件RCC远超过初凝时间(如10小时)。各测点在试件中的间距不小于15mm，测点与试模内壁之间距离不小于20mm。

(5)得到若干组测量时间及该时刻对应的贯入阻力值。

(6)在PDA模块的界面中，将多组测量贯入阻力值及其对应时间，自动生成“测量时间 -贯入阻力”的离散点(横坐标为测量时间，纵坐标为贯入阻力值)。

(7)通过PDA模块中数据处理子模块，将所有检测数据拟合得到两条直线，并求得两直线的交点，交点的横坐标即为所测RCC试件的初凝时间。

本实施例的构成包括手持检测装置，含支撑架、升降平台、自动推进杆(含距离传感器)、探针(含压力传感器)、接口A、接口B以及接口C；以及数据集成控制模块和PDA模块(掌上电脑)共三个部分。其中，自动推进杆上的接口A和数据集成控制模块连接，自动推进杆上的接口B和电源连接。本实施例构亦成见图1。

数据集成控制模块安装在手持检测装置上。供电电源通过接口B给自动推进杆(含距离传感器)、压力传感器以及数据集成控制模块供电，由数据集成控制模块控制自动推进杆工作。自动推进杆在通电的状态下，按下数据集成控制模块上的启动按钮，可自动伸缩。推进杆前部连有探针，探针可插入到下方碾压混凝土试件中，通过自动推进杆中的距离传感器感知插入深度，并通过推进杆前部的压力传感器测得试件对探针的反作用力，然后将所测得反作用力经由数据集成控制模块的接口C传递到PDA模块。该反作用力即为贯入阻力值。

数据集成控制模块与PDA模块间的通讯可采用Universal Serial Bus(通用串行总线，即USB)连接(通过接口C)，亦可采用蓝牙等无线通讯方式。

PDA模块包括数据采集和数据处理两个子模块。

数据采集子模块将测点的贯入阻力值及对应的测量时间通过串口输入到PDA中软件中。随着RCC硬化，按照半小时的时间间隔，在15小时内连续采集得到试件的贯入阻力值。

数据处理子模块将采集得到的多个贯入阻力值和对应的检测时间样本数据，以横坐标为时间，纵坐标为贯入阻力值，绘制散点图。根据贯入阻力值随时间的变化趋势，找到贯入阻力值明显上升的突变点，以此点对应的时刻前后，将所有测量数据分成两部分，分别对该两部分测点进行线性拟合，得到测量时间与贯入阻力值之间关系的两条直线，然后求出其交点。该交点的横坐标即为所检测RCC的初凝时间。

下面介绍三个部分的具体开发与实施：

1、数据集成控制模块

数据集成控制器模块的供电电源部分由12V开关电源和5v稳压模块组成。12v开关电源将220v交流电转换成12v直流电向推进杆供电，5v稳压模块将12v直流电又转换成5v向单片机和压力传感器供电。数据集成控制模块由单片机(STM32F407VET6)、数模转换模块(HX711)、串口模块组成。单片机读取按钮电平的高低，若为低电平，则说明按钮被按下。此时会控制继电器1路吸合，给电机正向供电，电动推杆向下推进，单片机读取传感器的值，经过处理后通过串口发送到PDA模块。若再次按下按钮，单片机会控制继电器2路吸合，给电机反向供电，电动推杆缩回。

压力传感器将测得的压力转换为电信号，经AD转换模块转换为数字信号后，传输道单片机中，单片机同过预先导入的函数关系计算出某一数字信号对应的贯入阻力值，最后将当前的结果以及由该控制器的标识码ID确定的测量装置号发送到PDA模块。该控制器与PDA模块间的通讯可采用有线连接。

上电以后，单片机初始化。此时压力传感器没有测得贯入阻力值，因此将这时的传感器数值作为清零值。压力传感器原理是将检测到的贯入阻力值转换为电压信号。由于电压信号是模拟信号，如果放大后直接读取会受到干扰，因而先通过HX711模块转换为数字信号，再进行传输。清零值读取完毕后，单片机读取按钮电平的高低，若为低电平，则说明按钮被按下。此时会控制继电器1路吸合，给电机正向供电，电动推杆向下推进，单片机读取传感器的值，经过处理后通过串口发送到上位机。若再次按下按钮，单片机会控制继电器2路吸合，给电机反向供电，电动推杆缩回。

数据控制模块工作原理见图2。

图3为手持检测装置的示意图，具体各部分实施如下：

(1)支撑部分

支撑部分指支撑架所组成得部分，又由支撑部分和升降部分组成(框架CAD轴测图见图 4及图5)：

①支撑部分由支撑架和升降平台组成，龙门架主要承受仪器整体竖向压力，升降平台上的入孔按照推进杆尺寸设计，能够固定推进杆；

②升降部分由螺杆结构实现，通过同时旋转控制杆和下螺杆套来使升降平台上下移动，同时能够保持自动推进杆整体竖直。

(2)压力测量部分

压力测量装置主要由自动推进装置和压力测量探针组成。

压力测量探针(直径5mm)安装在自动推进装置上。自动推进装置是北京中电宏力机电科技有限公司生产的型号为HLZ40-1-10-25-LT-IP65的自动推进杆，再由固定装置固定在仪器承重框架上。使用设备进行测量时，按下装置开关，自动推进装置会推动探针移动。自动推进装置前端连有深圳市金诺盛科技有限公司生产的型号为GNS-W08-150Kg的压力传感器，当压力传感器前端的探针插入到混凝土试块时，实验开始测量混凝土的凝结状况并反馈数据到PDA模块。

实施例具体尺寸如图4、5。

3、PDA模块

PDA功能实现说明见图6。PDA模块包括数据采集和数据处理两个子模块。

数据采集子模块将测点的贯入阻力值通过串口输入到PC端软件中，并手动输入对应的测量时间。

数据处理子模块进而将得到的离散数据点通过退火算法拟合得到两条直线，求出其交点。该交点的横坐标即为初凝时间。

Claims (2)

1.一种便携式碾压混凝土初凝时间快速检测仪，其特征是，包括支撑架、升降平台、含距离传感器的自动推进杆、含压力传感器的探针以及数据集成控制模块和或掌上电脑PDA(Personal Digital Assistant)，升降平台一端固定在支撑架上，数据集成控制模块控制自动推进杆发生伸缩动作，推进杆前部连有探针，探针可插入到下方碾压混凝土RCC试件中，通过自动推进杆中的距离传感器检测插入深度，并通过推进杆前部的压力传感器测得RCC试件对探针的反作用力即贯入阻力值，然后将所测得贯入阻力值经由数据集成控制模块传递到PDA模块。

2.一种便携式碾压混凝土初凝时间快速检测方法，其特征是，步骤如下：

(1)在施工现场采集碾压混凝土样本，按水工碾压混凝土试验规范要求，装入边长为150mm的立方体试模中，并制成检测试件；

(2)使自动推进杆连接探针与试件表面恰好接触；

(3)向下按动压力传感器启动按钮，推进杆探针在10s内匀速贯入25mm，贯入过程中，利用探针处的压力传感器等时间间隔地测量贯入阻力数据，并将其通过数据集成控制模块，传送到掌上电脑PDA中；

(4)根据一定的时间间隔，多次重复步骤(1)和(2)，对同一个试件进行检测，直至试件RCC远超过初凝时间，各测点在试件中的间距不小于15mm，测点与试模内壁之间距离不小于20mm；

(5)得到若干组测量时间及该时刻对应的贯入阻力值；

(6)在PDA模块的界面中，将多组测量贯入阻力值及其对应时间，自动生成“测量时间-贯入阻力”的离散点，横坐标为测量时间，纵坐标为贯入阻力值；

(7)通过PDA模块中数据处理子模块，将所有检测数据拟合得到两条直线，并求得两直线的交点，交点的横坐标即为所测RCC试件的初凝时间。