CN112033810A - 一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置及方法，所述装置包括：加压动力装置和装置骨架，所述装置骨架内相对的设置有弧面施压块与弧面承压块，所述弧形施压块与所述弧面承压块构成挤压空间，所述加压动力装置与所述弧面施压块连接，以用于控制所述弧面施压块作水平运动；所述方法包括：步骤1，对混凝土实体进行钻芯取样；步骤2，将试件置于装置内；步骤3，在试件两侧填充弥合剂；步骤4，对试件进行加压；步骤5，获得试件的压力峰值；步骤6，关闭装置，取出试件。本发明提供的弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置及方法，能够快速、准确的得到试件的抗压压力峰值，计算得到混凝土抗压强度值。

Description

一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑工程混凝土质量检测技术领域，尤其是涉及一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法及装置。

背景技术

混凝土是建筑工程的最主要材料，决定着工程的质量，强度又是决定混凝土其它性能的基础，是混凝土最主要的的性能。现有技术检测混凝土强度的方法很多，有回弹法、超声综合回弹法、钻芯法、拉脱法、抗折法。

但是回弹法对结构构件无损伤，操作简便，但仅能在混凝土表面测试硬度，准确性差，属间接检测技术；超声回弹综合法与回弹法相比较，虽增加了对混凝土内部密实度的超声声速检测，使得检测结果准确性有所提高，但提高幅度不大，且检测程序相对复杂；钻芯法是目前国内外较为公认的、最为准确的结构混凝土抗压强度检测技术，但取芯直径较大，会对结构构件混凝土造成损伤，影响结构安全承载性能，故不能大范围应用，且芯样钻取后需进一步加工处理，影响因素较多；而拉脱法、抗折法等新型检测技术虽具有对混凝土结构破坏面小、试件无需加工等优点，但其工作原理均为由一个较小应力值(拉应力或抗折应力)来推定混凝土抗压强度这个较大的应力值，这就造成检测时任何一个环节的微小影响都会造成检测结果出现较大的变化，从而出现误判等情况。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，该装置通过将待检测试件置于弧面施压块与弧面承压块之间，通过控制加压动力装置驱动弧面施压块对待检测试件施加压力并破坏，能够快速、准确的得到试件的抗压压力峰值，根据试件的压力值计算得到混凝土抗压强度值。

本发明的第二目的在于提供一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，通过对试件施压并获得该试件的抗压压力峰值，通过后续计算得到应力代表值，并得到对应试件混凝土抗压强度值，该方法测量精度高，测量方便，可进行现场试验并及时得到检测数据。

本发明提供了一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，包括：加压动力装置和装置骨架，所述装置骨架内相对的设置有弧面施压块与弧面承压块，所述弧形施压块与所述弧面承压块构成挤压空间，所述加压动力装置与所述弧面施压块连接，以用于控制所述弧面施压块作水平运动。

进一步地，所述装置骨架包括相对设置的第一端板与第二端板，所述第一端板外侧与所述加压动力装置相固定，所述第一端板内侧固定有所述弧面施压块；所述第二端板内侧固定有所述弧面承压块，所述弧面承压块与所述弧面施压块对称设置；所述挤压空间放入混凝土试件留有间隙，所述间隙内填入弥合剂。

进一步地，所述第一端板上开设有贯穿的穿孔，所述加压动力装置穿过穿孔与所述弧面施压块连接。

进一步地，所述第一端板内侧固定有四根连接轴，所述连接轴分别设置在所述第一端板的四个角落，对应地，所述第二端板的四个角落开设有四个连接孔，所述连接轴穿过所述连接孔，所述连接轴末端设置有外螺纹，所述连接轴与紧固螺母连接。

进一步地，所述装置骨架的正面和反面上均设置有磁片挡板，所述磁片挡板可吸附在在两根所述连接轴之间，使边缘处无缝隙。

进一步地，所述加压动力装置的一端与所述装置骨架连接，所述加压动力装置的另一端设置有压力表和油压止回阀，所述压力表设置在所述油压止回阀的上端，所述压力表和所述油压止回阀均与所述加压动力装置连接。

一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，包括以下步骤：

(1)对混凝土剪力墙内钻取芯样作为弧面对压试件；

(2)将弧面对压试件竖向置于弧形施压块与弧面承压块之间的挤压空间内，并在弧面对压试件的两侧各保持均匀缝隙；

(3)在弧面对压试件的两侧的缝隙内填充弥合剂来补平试件侧面；

(4)启动加压动力装置来移动弧面施压块，使弧面施压块对试件施加压力至试件破坏，停止加压；

(5)记录试件被破坏时，弧面对压试件的压力峰值；

(6)关闭加压动力装置，对加压动力装置进行泄压，取出破坏的混凝土试件。

进一步地，步骤(1)中，所述弧面对压试件的直径为31-44mm。

进一步地，步骤(2)中，所述弧面承压块与所述弧面施压块的直径均为32-45mm，弧面长均为1/3圆，宽度均为25-44mm；所述缝隙为2-3mm。

进一步地，步骤(3)中，采用弥合剂补平弧面对压试件弧状侧面，填满后再用水将弥合剂浇湿来降低弥合剂的流动性。

进一步地，得到试件的压力峰值后，再根据试件的压力峰值计算得到混凝土抗压强度值。

本发明提供一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，该装置通过将待检测试件置于弧面施压块与弧面承压块之间，通过控制加压动力装置驱动弧面施压块对待检测试件施加压力并破坏，能够快速、准确的得到试件的抗压压力峰值，，根据试件的压力值计算得到混凝土抗压强度值。

本发明提供一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，通过对试件施压并获得该试件的抗压压力峰值，并通过后续计算得到应力代表值，并得到对应试件混凝土抗压强度值，该方法测量精度高，测量方便，可进行现场试验并及时得到检测数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置的结构示意图；

图2为本发明提供的弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置的A-A截面图；

图3为本发明提供的散点图。

附图标记说明：

1为加压动力装置；2为装置骨架，21为弧面施压块，22为弧面承压块，23为第一端板，24为第二端板，25为连接轴，26为紧固螺母，27为托板，28为磁片挡板，29为承重座，31为压力表，32为油压止回阀。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1-2所示，本发明提供了一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，包括装置骨架2和加压动力装置1，所述装置骨架2内相对的设置有弧面施压块21与弧面承压块22，所述弧形施压块21与所述弧面承压块22构成挤压空间，所述加压动力装置1与所述弧面施压块21连接，以用于控制所述弧面施压块21作水平运动。

具体而言，所述装置骨架2与所述加压动力装置1连接，所述装置骨架2包括相对设置的第一端板23与第二端板24，所述第一端板23的一侧与所述加压动力装置1相固定，所述第一端板23的另一侧与所述弧面施压块21相接触；所述第二端板24内侧固定有所述弧面承压块22，所述弧面承压块22与所述弧面施压块21对称设置。通过设置对称设置的所述弧面承压块22与所述弧面施压块21，将试件置于所述弧面承压块22与所述弧面施压块21之间时，通过加压动力装置控制弧面施压块21水平运动来挤压试件，可挤压破碎试件。

进一步地，所述试件的直径为31-44mm，对应的，所述弧面施压块21与所述弧面承压块22的直径均为32-45mm，弧长均为1/3周长，所述弧面施压块21与所述弧面承压块22的宽度均为25-44mm。

进一步地，所述第一端板上23开设有贯穿的穿孔，所述加压动力装置穿过穿孔与所述弧面施压块21连接。

进一步地，所述第一端板23内侧固定有四根连接轴25，所述连接轴25分别设置在所述第一端板23的四个角落，对应地，所述第二端板24的四个角落开设有四个连接孔，所述连接轴25穿过所述连接孔将所述第一端板23与所述第二端板24连接。

进一步地，所述连接轴25末端设置有外螺纹，所述连接轴25与紧固螺母26连接。

进一步地，所述第一端板23与所述第二端板24之间设置有托板27，所述托板27与所述弧面承压块22和所述弧面施压块21的下端相连接。所述托板27与所述弧面承压块22和所述弧面施压块21及所述此片挡板28形成密闭空间，以用于放置试件和弥合剂，防止弥合剂流失。

进一步地，所述装置骨架2的正面和反面上均设置有磁片挡板28，所述磁片挡板28固定在两根所述连接轴25之间。通过设置磁片挡板28，以用于封住弧面施压块21与弧面承压块22之间的弥合剂，防止弥合剂流动造成测值不准，另外，通过添加弥合剂，靠弥合剂的流动来对试件侧表面进行弥合补平处理，试验结束后取下磁片便于弥合剂流出。

进一步地，所述磁片挡板28为瓷板，所述弥合剂为金刚砂。

具体而言，所述加压动力装置1一端与所述装置骨架2连接，另一端与所述压力表31和所述油压止回阀32均与所述加压动力装置连接，所述加压动力装置1的内部设置有加压动力装置，所述压力表31和所述油压止回阀32均与所述加压动力装置连接。通过设置压力表31，可实时测定加压动力装置提供的推力，并通过控制推动所述油压止回阀32的推进速率，来控制加压动力装置增加推力的速率。

进一步地，所述加压动力装置1为液压泵，所述液压泵通过液压轴与所述弧面施压块21连接，以用于控制所述弧面施压块21远离加压动力装置1的方向作水平运动，并通过按压油压止回阀32来控制液压泵的加荷速率，所述液压泵的加荷速率控制在1～2kN/s。

进一步地，所述压力表31设置在所述油压止回阀32的上端。

本发明提供的弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置的工作原理为：把钻取的试件竖向置于弧面施压块和弧面承压块的圆弧内，并在两侧各保持2-3mm的缝隙，用金钢砂将缝隙填满，靠金钢砂的流动来补平试件侧面，等金刚砂填满缝隙后，再用水将缝隙内的金钢砂浇湿以降低金钢砂的流动性，然后驱动液压泵，通过液压泵驱动弧面施压块向试件匀速施加压力，直至试件破坏，记录压力峰值，通过压力值计算得到混凝土抗压强度值。

因此，本发明提供一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，该装置通过将待检测试件置于弧面施压块与弧面承压块之间，通过控制加压动力装置驱动弧面施压块对待检测试件施加压力并破坏，能够快速、准确的得到试件的抗压压力峰值，通过压力值计算得到混凝土抗压强度值。

本发明通过弧面对压法来检测混凝土抗压强度并建立弧面对压法测强曲线模型，包括以下步骤：

1、使用混凝土原材料，浇注若干强度等级的剪力墙，将剪力墙养护若干试验龄期；

2、在各等级强度的剪力墙钻取一组弧面对压试件，并在各等级强度的剪力墙钻取一组直径为100mm的混凝土芯样，并加工成标准芯样试件；

3、将步骤2中制备的弧面对压试件置于弧面对压装置中至试件破坏，测量并记录弧面对压试件的压力峰值f_i；

4、将步骤2制备的标准芯样进行测试并记录混凝土芯样抗压压力值f_u，经计算得到混凝土标准芯样抗压强度值f_cor,i，f_cor,i为第i个混凝土标准芯样的抗压强度值；

5、根据步骤3得到的f_i，来选择弧面对压试件的压力代表值F_i，通过弧面对压试件的压力代表值F_i来计算弧面对压试件的应力代表值f_a,i；

6、根据步骤4得到的每组混凝土芯样的抗压强度值f_cor,i取算数平均值来计算混凝土抗压强度代表值f_cor,m；

7、以混凝土抗压强度代表值f_cor,m为因变量、以弧面对压应力代表值f_a,i为自变量，采用最小二乘法原理，拟回归合得到幂函数模型作为弧面对压法测强曲线模型，该幂函数模型的公式为：

式(1)中，

为第i个试件抗压强度推定值，精确至0.1MPa；f_a,i为第i个构件的对压应力代表值，精确值0.1MPa。

进一步地，步骤1中，通过使用本地常用混凝土原材料，配比配置C20、C30、C35、C40、C50、C60、C70共7个强度等级的剪力墙，所述剪力墙的厚度为200mm，高度为2000mm，其长度和稳固方式可视现场条件而定，构造配筋，结构混凝土按GB50666-2011《混凝土结构工程施工规范》的规定施工；所述剪力墙拆模后浇水养护，所述剪力墙养护的实验龄期分别为14d、28d、60d、120d、180d和1y。

进一步地，步骤2中，在各等级强度的剪力墙采用ZIZ-200e型台式钻芯机在剪力墙钻取5组弧面对压试件和标准芯样，每组的实验龄期不同，所述弧面对压试件的直径为31-44mm，长度不小于58mm，所述标准芯样的直径为100mm；当弧面对压试件直径或长度不满足规定要求或有表面较大缺陷，则应重新钻取；每组钻取的所述弧面对压试件和所述标准芯样均为3个。

进一步地，步骤3中提供了一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，并包括以下步骤：

(1)对混凝土剪力墙内钻取直径为31-44mm的芯样作为弧面对压试件；

(2)将弧面对压试件竖向置于弧形施压块与弧面承压块之间的挤压空间内，并在弧面对压试件的两侧各保持2-3mm的缝隙；

(3)在弧面对压试件的两侧的缝隙内填充弥合剂补平弧面对压试件弧状侧面，填满后再用水将弥合剂浇湿来降低弥合剂的流动性；

(4)启动加压动力装置来移动弧面施压块，使弧面施压块对试件施加压力至试件破坏，停止加压；

(5)记录试件被破坏时，弧面对压试件的压力峰值f_i；

(6)以弧面施压块的投影面积作为试件受力面积，已知弧面对压试件的压力峰值f_i和试件受力面积来计算试件的应力值；

(7)关闭加压动力装置，对加压动力装置进行泄压，取出破坏的混凝土试件。

其中，步骤(2)中，所述弧面承压块与所述弧面施压块的直径均为32-45mm，弧面长均为1/3圆，宽度均为25-44mm；步骤(3)中，所述弥合剂为金刚砂，所述金刚砂的粒度为120目，莫氏硬度为9.0-9.2；步骤(4)中，所述加压动力装置的加荷速率为1-2KN/s。

进一步地，步骤4中，所述标准芯样置于微机控制压力机承压板间，按GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行混凝土抗压强度测试。

进一步地，步骤5中，所述弧面对压试件的压力代表值F_i的取值方法为：

(1)当对压试件的压力峰值fi中，最大值和最小值与中间值的差值均小于中间值的15％时，取三个对压力值的平均值作为Fi；

(2)当对压试件的压力峰值fi中，最大值和最小值只有一个与中间值的差值大于中间值的15％时，取三个对压力值的中间值作为Fi；

(3)当对压试件的压力峰值fi中，最大值和最小值与中间值的差值均大于中间值的15％时，则该组数据超差，需在该结构构件上加测两个点，将该两个加测值与中间值按上述①②方法进行计算，如仍存在超差现象，则取该构件所测得的5个值的平均值作为Fi。

进一步地，步骤5中，所述弧面对压试件的应力代表值f_a,i的计算公式为：

式(2)中：A为按弧面对压施压块的投影面积；

Fi为第i组弧面对压试件的弧面对压力代表值，精确到0.01kN。

进一步地，步骤6中，所述混凝土抗压强度代表值f_cor,m的计算公式为：

式(3)中：f_cor,m为混凝土抗压强度代表值，精确至0.1MPa；f_cor,i为第i个混凝土芯样的抗压强度值,精确值0.1MPa；n为芯样数量，此处值为3。

进一步地，步骤7中，参阅图3所示，本次实验剪力墙的强度等级分别为7个，实验龄期分别5组，每组弧面对压试件和标准芯样均为3个，因此，共测得有效数据102组。以抗压强度平均值f_cor,m为因变量、以弧面对压应力代表值f_a,i为自变量，将这102组数据进行标注得到散点图3，采用线性函数、对数函数、二次抛物线函数、复合幂指数函数和指数函数共6种数学模型进行回归拟合，根据散点图中的散点位置，拟合得到最接近的回归模型的函数式，并计算各个回归模型函数式的相关系数、平均相对误差以及相对标准差，整理得到回归模型及相应统计指标，如表1所示，从表1中可以看出，幂函数模型的相关性明显优于其它数学模型，故采用幂函数模型做为弧面对压法测强曲线模型。

表1回归模型及相应统计指标

参阅表1可知，弧面对压法测强曲线见下式(1)，该曲线相关系数为0.8878，平均相对误差为9.2％，相对标准差为11.22％。

式(1)中，

为第i个试件抗压强度推定值，精确至0.1MPa；f_a,i为第i个构件的对压应力代表值，精确值0.1MPa。

本发明提供的弧面对压法测强曲线公式为

并对此公式进行工程验证：

在随机选取的结构实体剪力墙上钻取弧面对压试件并对应测区钻取标准直径芯样试件，验证结果见表2。由表2可知，弧面对压法检测混凝土抗压强度测强曲线计算得到的实体构件混凝土强度推定值与构件芯样强度均值相对误差均小于10％，这表明本文所建立弧面对压法测强曲线具有较高的检测精度。

表2工程实体验证结果

因此，本发明提供一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，通过对试件施压并获得该试件的抗压压力峰值，通过后续计算得到应力代表值，并通过后续计算得到应力代表值，并得到对应试件混凝土抗压强度值，该方法测量精度高，测量方便，可进行现场试验并及时得到检测数据。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。该方法与回弹法、超声法、抗折法、抗剪法、拔出法、剪切法、直拔法以及拉脱法等类无损(微破损)检测方法进行组合形成的综合法也并不使相应的技术方案脱离本发明技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于，包括：加压动力装置和装置骨架，所述装置骨架内相对的设置有弧面施压块与弧面承压块，所述弧形施压块与所述弧面承压块构成挤压空间，所述加压动力装置与所述弧面施压块连接，以用于控制所述弧面施压块作水平运动。

2.根据权利要求1所述的弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于，所述装置骨架包括相对设置的第一端板与第二端板，所述第一端板外侧与所述加压动力装置相固定，所述第一端板内侧固定有所述弧面施压块；所述第二端板内侧固定有所述弧面承压块，所述弧面承压块与所述弧面施压块对称设置；所述挤压空间放入混凝土试件留有间隙，所述间隙内填入弥合剂。

3.根据权利要求2所述的弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于，所述第一端板上开设有贯穿的穿孔，所述加压动力装置穿过穿孔与所述弧面施压块连接。

4.根据权利要求3所述的弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于，所述第一端板内侧固定有四根连接轴，所述连接轴分别设置在所述第一端板的四个角落，对应地，所述第二端板的四个角落开设有四个连接孔，所述连接轴穿过所述连接孔，所述连接轴末端设置有外螺纹，所述连接轴与紧固螺母连接。

5.根据权利要求4所述的弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于，所述装置骨架的正面和反面上均设置有磁片挡板，所述磁片挡板可吸附在在两根所述连接轴之间，使边缘处无缝隙。

6.根据权利要求1所述的弧面对压法检测混凝土抗压强度的装置，其特征在于，所述加压动力装置的一端与所述装置骨架连接，所述加压动力装置的另一端设置有压力表和油压止回阀，所述压力表设置在所述油压止回阀的上端，所述压力表和所述油压止回阀均与所述加压动力装置连接。

7.一种弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)对混凝土剪力墙内钻取芯样作为弧面对压试件；

(2)将弧面对压试件竖向置于弧形施压块与弧面承压块之间的挤压空间内，并在弧面对压试件的两侧各保持均匀缝隙；

(3)在弧面对压试件的两侧的缝隙内填充弥合剂来补平试件侧面；

(4)启动加压动力装置来移动弧面施压块，使弧面施压块对试件施加压力至试件破坏，停止加压；

(5)记录试件被破坏时，弧面对压试件的压力峰值；

(6)关闭加压动力装置，对加压动力装置进行泄压，取出破坏的混凝土试件。

8.根据权利要求7所述的弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述弧面对压试件的直径为31-44mm。

9.根据权利要求7所述的弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述弧面承压块与所述弧面施压块的直径均为32-45mm，弧面长均为1/3圆，宽度均为25-44mm；所述缝隙为2-3mm。

10.根据权利要求7所述的弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，其特征在于，步骤(3)中，采用弥合剂补平弧面对压试件弧状侧面，填满后再用水将弥合剂浇湿来降低弥合剂的流动性。

11.根据权利要求7所述的弧面对压法检测混凝土抗压强度的方法，其特征在于，得到试件的压力峰值后，再根据试件的压力峰值计算得到混凝土抗压强度值。

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