CN110940799A - 一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置,卧式装置的一侧通过第一输送管连接有真空泵,卧式装置的另一侧通过第二输送管连接有立式装置,所述第一输送管上设置有压力表和第一阀门,所述第二输送管上设置有第二阀门,所述立式装置上端设置有带阀门的排气孔;提供采用该装置的评价方法;本发明可视化的对压灌桩浇筑、养护的全过程进行监测,并通过粗颗粒分布均匀性参数α、孔隙的体积参数β、密度参数ρ和体积收缩参数ΔV,对施工关键参数注浆压力和提升速率进行评价。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程测试技术领域,特别涉及一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置及方法。
背景技术
长螺旋钻孔压灌桩,即采用长螺旋钻机钻孔至设计标高,利用混凝土泵将超流态细石混凝土从钻头底压出,边压灌混凝土边提升钻头直至成桩,混凝土灌注至设计标高后,再借助钢筋笼自重或利用专门振动装置将钢筋笼一次插入混凝土桩体至设计标高,形成钢筋混凝土灌注桩。该类桩由于桩侧无泥皮,桩底无沉渣,较大幅度地提高了桩承载力。
在长螺旋钻孔压灌桩提升的过程中,由于塌孔和缩径,会产生桩身的质量缺陷。因此,压灌桩施工过程中,通常控制3个参数:提升速率;注浆压力;充盈系数(真实的混凝土密度与理论混凝土密度的比值)。但是,传统的桩身质量评价的方法是通过桩体养护成型后钻芯取样,具有如下缺点:1、钻芯取出的混凝土试验扰动较大,与桩身混凝土的真实状态差别较大;2、无法实时观测混凝土的塌落和桩身的均匀性;3、无法实现控制注浆压力和提升速度条件下,桩身质量的对比。
发明内容
本发明旨在提供一种在室内进行混凝土加压灌注过程的模拟装置,以及一体化的浇筑质量评价方法,简单、准确、快捷的测试灌注压力和提升速度对压灌桩的粗颗粒分布均匀性、孔隙的体积、充盈密度、凝固过程的体积收缩进行监测和评价。
根据本发明的第一方面,提供了一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置,包括:
卧式装置,具有密封的透明搅拌腔体,所述搅拌腔体内设置有搅拌杆,所述卧式装置侧壁上设置有舱门;以及
立式装置,具有密封的透明容纳腔体;
其中,所述卧式装置的一侧通过第一输送管连接有真空泵,所述卧式装置的另一侧通过第二输送管连接有立式装置,所述第一输送管上设置有压力表和第一阀门,所述第二输送管上设置有第二阀门,所述立式装置上端设置有带阀门的排气孔。
进一步地,所述卧式装置具有第一筒体和搅拌杆,所述第一筒体两端通过第一密封盖密封形成有搅拌腔体,所述搅拌杆穿过第一密封盖可转动设置在搅拌腔体内;所述立式装置具有第二筒体,所述第二筒体两端通过第二密封盖密封形成有容纳腔体。
更进一步地,所述搅拌筒体和直立筒体均为采用高强有机玻璃材料制成的腔体。
进一步地,所述第二输送管伸入至立式装置的容纳腔体下部。
进一步地,所述卧式装置上第一输送管的连接处的竖直高度高于卧式装置上第二输送管的连接处的竖直高度。
进一步地,所述卧式装置固定设置在底部支座上。
根据本发明的第二方面,提供采用如本发明第一方面提供的一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置进行试验的方法,它按照以下步骤进行:
S1、关闭第一阀门、第二阀门,打开排气孔阀门,根据混凝土设计配比,将材料倒入卧式装置,记录材料总质量M,关闭舱门;
S2、转动卧式装置内的搅拌杆,充分搅拌混凝土;
S3、启动真空泵,打开第一输送管上的第一阀门,第二输送管上的第二阀门,使混凝土在压力下从卧式装置输送入立式装置中,当立式装置中的混凝土淹没输送管达到50cm,开始提升第二输送管,记录提升速度v,同时通过压力表记录输送过程的压力值P,使用高清摄像装置记录混凝土灌注的整个过程;
S4、当卧式装置中的混凝土输送完毕,关闭真空泵、第一阀门和第二阀门,记录立式装置中混凝土的体积V;
S5、分别在养护时间7天、14天、28天、60天、90天时,使用高清照相机,在固定位置拍摄混凝土的表面照片,通过图片分析软件,对混凝土不同厚度hi的20mm以上粗颗粒面积Si,孔隙体积ei进行记录。同时,记录混凝土体积的改变量ΔV;
S6、根据试验结果和下列式,
得到参数α和β;
S7、改变泵送压力P,提升速度v,得到不同的α、β、ρ和ΔV。当α、β和ΔV的值最小时,对应的泵送压力P,提升速度v作为加压灌注混凝土桩的最优施工参数。
进一步地,所述步骤S1中,材料填充体积控制为筒体体积的50%。
进一步地,所述步骤S1中,用玻璃胶和保鲜膜密封舱门与卧式装置之间的空隙。
进一步地,所述步骤S3中,控制第一输送管上的压力表达到2MPa。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明通过可控制压力的真空泵,将透明刚性有机玻璃内的搅拌混凝土压入另一个透明的刚性有机玻璃圆柱体,通过高清照相机,记录粗颗粒分布均匀性、孔隙的体积、充盈密度、凝固过程的体积收缩,可视化的对压灌桩浇筑、养护的全过程进行监测,并通过粗颗粒分布均匀性参数α、孔隙的体积参数β、密度参数ρ和体积收缩参数ΔV,对施工关键参数注浆压力和提升速率进行评价。
附图说明
图1为本发明一个实施例中模拟装置的结构示意图;
图2为本发明一个实施例中高清照相机拍摄到的混凝土表面照片;
图3为本发明另一个实施例中高清照相机拍摄到的混凝土表面照片。
附图标记说明:
1、真空泵,2、第一输送管,3、第一阀门,4、压力表,5、搅拌杆,6、卧式装置,7、舱门,8、固定杆,9、第一密封盖,10、底部支座,12、第二阀门,13、第二输送管,14、排气孔,15、立式装置,16、第二密封盖。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的一个具体实施方式进行详细描述,但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示,本发明提供了一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置,包括:
卧式装置6,具有密封的透明搅拌腔体,所述搅拌腔体内设置有搅拌杆5,所述卧式装置6侧壁上设置有舱门7;以及
立式装置15,具有密封的透明容纳腔体;
其中,所述卧式装置6的一侧通过第一输送管2连接有真空泵1,所述卧式装置6的另一侧通过第二输送管13连接有立式装置15,所述第一输送管2上设置有压力表4和第一阀门3,所述第二输送管13上设置有第二阀门12,所述立式装置15上端设置有带阀门的排气孔14。
在上述技术方案中,搅拌杆5可以连接驱动装置进行搅拌,也可以采用手动操作,进行搅拌。
具体实施时,所述卧式装置具有第一筒体和搅拌杆,所述第一筒体两端通过第一密封盖密封形成有搅拌腔体,所述搅拌杆穿过第一密封盖可转动设置在搅拌腔体内;所述立式装置具有第二筒体,所述第二筒体两端通过第二密封盖密封形成有容纳腔体。
安装时,首先,将带凹槽的第一密封盖9和第二密封盖16分别安装至对应装置的两端,更优地,可以在第一密封盖9和第二密封盖16内设止水橡胶圈,进一步地增加密封性。在第一密封盖9中心设置圆孔,搅拌杆5穿过第一密封盖9中心的圆孔,使搅拌杆5可以在第一筒体内自由转动。最后,将对应的固定杆8穿过对应的密封盖,拧紧固定杆8端部的螺丝,固定杆8可以采用不锈钢材料制成,并在杆体上设置螺纹,与螺丝进行螺纹配合,进一步提高装置的密封性能,立式装置15上部的第二密封盖16上设置有带阀门的排气孔14。
具体实施时,所述搅拌筒体和直立筒体均为采用高强有机玻璃材料制成的腔体。
具体实施时,所述第二输送管13伸入至立式装置15的容纳腔体下部。
具体实施时,所述卧式装置6上第一输送管2的连接处的竖直高度高于卧式装置上第二输送管13的连接处的竖直高度。
具体实施时,所述卧式装置6固定设置在底部支座10上。
本发明还提供采用上述一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置进行试验的方法,它按照以下步骤进行:
S1、关闭第一阀门3、第二阀门12,打开排气孔阀门,根据混凝土设计配比,将材料倒入卧式装置6,记录材料总质量M,关闭舱门;
S2、转动卧式装置6内的搅拌杆5,充分搅拌混凝土;
S3、启动真空泵1,打开第一输送管2上的第一阀门3,第二输送管13上的第二阀门12,使混凝土在压力下从卧式装置6输送入立式装置15中,当立式装置15中的混凝土淹没输送管达到50cm,开始提升第二输送管13,记录提升速度v,同时通过压力表4记录输送过程的压力值P,使用高清摄像装置记录混凝土灌注的整个过程;
S4、当卧式装置6中的混凝土输送完毕,关闭真空泵1、第一阀门3和第二阀门12,记录立式装置15中混凝土的体积V;
S5、分别在养护时间7天、14天、28天、60天、90天时,使用高清照相机(如图2和图3所示),在固定位置拍摄混凝土的表面照片,通过图片分析软件,对混凝土不同厚度hi的20mm以上粗颗粒面积Si,孔隙体积ei进行记录。同时,记录混凝土体积的改变量ΔV;
S6、根据试验结果和下列式,
得到参数α和β;
S7、改变泵送压力P,提升速度v,得到不同的α、β、ρ和ΔV。当α、β和ΔV的值最小时,对应的泵送压力P,提升速度v作为加压灌注混凝土桩的最优施工参数。
具体实施时,所述步骤S1中,材料填充体积控制为筒体体积的50%。
具体实施时,所述步骤S1中,用玻璃胶和保鲜膜密封舱门7与卧式装置6之间的空隙。
具体实施时,所述步骤S3中,控制第一输送管2上的压力表4达到2MPa。
在上述技术方案中,图像分析采用可以采用开源软件Image J,Image J是一个基于java的公共的图像处理软件,它是由National Institutes of Health开发的。Image J能够显示,编辑,分析,处理,保存,打印8位,16位,32位的图片,支持TIFF,PNG,GIF,JPEG,BMP,DICOM,FITS等多种格式。Image J支持图像栈(stack)功能,即在一个窗口里以多线程的形式层叠多个图像,并行处理。只要内存允许,Image J能打开任意多的图像进行处理。除了基本的图像操作,比如缩放,旋转,扭曲,平滑处理外,Image J还能进行图片的区域和像素统计,间距,角度计算,能创建柱状图和剖面图,进行傅里叶变换。
传统的桩身质量评价的方法,主要通过桩体养护成型后,进行钻芯取样,具有的缺点:1、钻芯取样尺度较小,并不能反映整个桩体质量;2、钻芯过程,试样会被扰动破坏,并不能真实反映桩体内部的缺陷;3、现场成桩后钻芯取样,成本较高,不能进行控制注浆压力、提升速率和混凝土配合比的多组交叉对比试验。
而采用本发明的方法,首先,可以通过图片拍照,以及软件定量分析,记录桩体内部粗颗粒分布均匀性、孔隙的体积,
其次,通过控制记录注入混凝土体积V1和有机玻璃圆柱体内混凝土体积V2,实时记录充盈系数K=V1/V2。
再次,可以通过有机玻璃圆柱体侧面的标尺,记录凝固过程混凝土的体积收缩ΔV;
最后,通过本发明提出的参数:粗颗粒分布均匀性参数α、孔隙的体积参数β、密度参数ρ和体积收缩参数ΔV,对施工关键参数注浆压力、提升速率和混凝土配合比进行评价。
通过本装置与评价方法,进行混凝土加压灌注过程的模拟,可视化的监测粗颗粒分布均匀性参数α、孔隙的体积参数β、密度参数ρ和体积收缩参数ΔV,实时拍照观测混凝土的塌落和桩身的均匀性,用真空泵控制注浆压力,通过控制输送管提升速度实现提升速度的提升,可以:避免现场钻芯取出的混凝土扰动较大,与桩身混凝土的真实状态差别较大的确定;实时观测混凝土的塌落和桩身的均匀性;室内快速、准确、低成本的实现控制注浆压力和提升速度条件下,桩身质量的对比。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例,但是,本发明实施例并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置,其特征在于,包括:
卧式装置,具有密封的透明搅拌腔体,所述搅拌腔体内设置有搅拌杆,所述卧式装置侧壁上设置有舱门;以及
立式装置,具有密封的透明容纳腔体;
其中,所述卧式装置的一侧通过第一输送管连接有真空泵,所述卧式装置的另一侧通过第二输送管连接有立式装置,所述第一输送管上设置有压力表和第一阀门,所述第二输送管上设置有第二阀门,所述立式装置上端设置有带阀门的排气孔。
2.如权利要求1所述的一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置,其特征在于:所述卧式装置具有第一筒体和搅拌杆,所述第一筒体两端通过第一密封盖密封形成有搅拌腔体,所述搅拌杆穿过第一密封盖可转动设置在搅拌腔体内;所述立式装置具有第二筒体,所述第二筒体两端通过第二密封盖密封形成有容纳腔体。
3.如权利要求2所述的一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置,其特征在于:所述搅拌筒体和直立筒体均为采用高强有机玻璃材料制成的腔体。
4.如权利要求1所述的一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置,其特征在于:所述第二输送管伸入至立式装置的容纳腔体下部。
5.如权利要求1所述的一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置,其特征在于:所述卧式装置上第一输送管的连接处的竖直高度高于卧式装置上第二输送管的连接处的竖直高度。
6.如权利要求1所述的一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置,其特征在于:所述卧式装置固定设置在底部支座上。
7.采用如权利要求1中所述一种评价混凝土浇筑质量的模拟装置进行试验的方法,其特征在于,它按照以下步骤进行:
S1、关闭第一阀门、第二阀门,打开排气孔阀门,根据混凝土设计配比,将材料倒入卧式装置,记录材料总质量M,关闭舱门;
S2、转动卧式装置内的搅拌杆,充分搅拌混凝土;
S3、启动真空泵,打开第一输送管上的第一阀门,第二输送管上的第二阀门,使混凝土在压力下从卧式装置输送入立式装置中,当立式装置中的混凝土淹没输送管达到50cm,开始提升第二输送管,记录提升速度v,同时通过压力表记录输送过程的压力值P,使用高清摄像装置记录混凝土灌注的整个过程;
S4、当卧式装置中的混凝土输送完毕,关闭真空泵、第一阀门和第二阀门,记录立式装置中混凝土的体积V;
S5、分别在养护时间7天、14天、28天、60天、90天时,使用高清照相机,在固定位置拍摄混凝土的表面照片,通过图片分析软件,对混凝土不同厚度hi的20mm以上粗颗粒面积Si,孔隙体积ei进行记录。同时,记录混凝土体积的改变量ΔV;
S6、根据试验结果和下列式,
得到参数α和β;
S7、改变泵送压力P,提升速度v,得到不同的α、β、ρ和ΔV。当α、β和ΔV的值最小时,对应的泵送压力P,提升速度v作为加压灌注混凝土桩的最优施工参数。
8.如权利要求7所述的一种评价混凝土浇筑质量的方法,其特征在于:所述步骤S1中,材料填充体积控制为筒体体积的50%。
9.如权利要求7所述的一种评价混凝土浇筑质量的方法,其特征在于:所述步骤S1中,用玻璃胶和保鲜膜密封舱门与卧式装置之间的空隙。
10.如权利要求7所述的一种评价混凝土浇筑质量的方法,其特征在于:所述步骤S3中,控制第一输送管上的压力表达到2MPa。
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