CN112098511A - 用于新拌混凝土和易性检测的声波检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于新拌混凝土和易性检测的声波检测装置及检测方法，检测装置包括换能器、超声波检测仪和多根数据线，换能器包括发射换能器、接收换能器和中空的支撑机构，发射换能器和接收换能器相对布置在支撑机构内，数据线一端连接发射换能器或接收换能器，另一端在中空部位延伸后连接超声波检测仪。检测方法包括：选取多个不同探测距离的换能器，分别进行探测，获得多组声波时域图；选取波形最稳定和完整的换能器；对新拌混凝土进行多次检测，获得多个声波时域图；对多个主频值取平均值；比较主频值F与标准值Fo。本发明利用声波检测装置检测新和易性，减小了人为因素，提高了检测精度，检测装置轻巧便携，适合施工现场使用。

Description

用于新拌混凝土和易性检测的声波检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及新拌混凝土和易性检测技术领域，具体为一种用于新拌混凝土和易性检测的声波检测装置及检测方法。

背景技术

新拌混凝土是指各组成材料按一定比例配合、搅拌均匀而成，尚未凝结硬化的混凝土。新拌混凝土的工程技术性质为和易性，包括流动性、粘聚性和保水性三方面涵义。流动性通过坍落度来表示，不同用途的混凝土有不同要求的坍落度，而粘聚性和保水性采取直观经验来评定。为了保证混凝土的施工质量，要求新拌混凝土具备良好的流变性质，使其便于施工，而获得均匀、密实的混凝土。

现有的新拌混凝土和易性检测方法主要包括如下方法：

1)坍落度测定结合人工经验判定

坍落度是目前新拌混凝土和易性的测定方法与指标，工地与实验室中，通常是做坍落度试验测定拌合物的流动性，并辅以工作人员直观经验评定粘聚性和保水性，最后得出其和易性是否合格的结论。

坍落度的测试方法为：首先准备一个上口直径100mm、下口直径200mm、高300mm的喇叭状的坍落度桶，然后在其中分三次填装灌入混凝土，并每次填装后用捣锤沿桶壁均匀由外向内击25下，捣实后将之抹平，最后拔起桶。此时混凝土会因自重而产生坍落现象。用桶高(300mm)减去坍落后混凝土最高点的高度，这个值称为坍落度。如果差值为10mm，则坍落度为10。表1为不同级别的混凝土相对应的坍落度。

表1：不同级别的混凝土对应的坍落度

2)维勃稠度仪测定结合人工经验判定

混凝土维勃稠度仪的使用比较受限制，其适用于粒径不大于40mm，坍落度值小于10mm，维勃稠度值在5-30秒之间的干硬性混凝土的测定。仪器要求符合GB/T 50080-2002(GBJ80-85)《普通混凝土拌和物性能试验方法》、JG 3043等标准中关于混凝土拌和物维勃稠度试验的有关规定。

坍落度法和维勃稠度仪都是现在普遍使用的新拌混凝土和易性检测方法，在行业内有明文规范，但是都存在着显而易见的缺陷。坍落度法和维勃稠度仪都需要结合人工经验判定，最终确定和易性，维勃稠度仪学习成本比较高，仪器操作复杂且笨重，不适宜在施工现场实地测量。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种用于新拌混凝土和易性检测的声波检测装置及检测方法，利用声波检测装置检测新拌混凝土的和易性，减小了检测时人为因素的干扰，提高了检测精度，检测装置更轻巧便携，适合施工现场使用，提高了生产效率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

用于新拌混凝土和易性检测的声波检测装置，包括换能器、超声波检测仪和多根数据线，换能器和超声波检测仪通过多根数据线连接，其特征在于，换能器包括发射换能器、接收换能器和中空的支撑机构，发射换能器和接收换能器相对布置在支撑机构上，多根数据线一端分别连接发射换能器和接收换能器，另一端在中空部位延伸后伸出连接超声波检测仪。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述支撑机构包括横杆、把手和两个纵杆，横杆、把手和纵杆均为中空的杆状，两个纵杆平行间隔设置，横杆的两端各垂直连接一个纵杆的一端，把手的一端垂直连接在横杆的中部，把手的另一端朝远离探头方向悬伸，所述发射换能器和接收换能器分别连接在两个纵杆的远离横杆的一端。

所述检测装置还包括两组压电陶瓷和两组有机玻璃，一组有机玻璃包裹在一组压电陶瓷的外部构成发射换能器，另一组有机玻璃包裹在另一组压电陶瓷的外部构成接收换能器。

数据线穿过中空的纵杆、横杆和把手，从把手的悬伸端伸出后连接超声波检测仪。

横杆和两个纵杆一体连接。

换能器还包括两个探头、发射换能器的一端和接收换能器的一端分别连接两个纵杆，发射换能器的另一端和接收换能器的另一端分别连接两个探头的一端。

发射换能器或接收换能器的一端和探头粘接、另一端和纵杆粘接。

探头的远离横杆的端面为楔形。

发射换能器和接收换能器为压电换能器。

压电陶瓷的厚度为0.8mm～1.2mm。

有机玻璃的厚度为6mm～10mm。

探头的厚度为6mm～10mm。

横杆的长度为1cm～2.5cm。

一种新拌混凝土和易性的声波检测方法，基于上述的声波检测装置，包括如下步骤：

步骤a1：利用换能器对新拌混凝土进行多次检测，获得多个声波时域图，若获得的声波时域图出现波形，则转步骤a2；若获得的声波时域图不出现波形，则判定被检测的新拌混凝土和易性不合格；

步骤a2：将步骤a1获得的多个声波时域图进行处理后获取多个主频值；

步骤a3：将步骤a2获得的多个主频值取平均值，得到被测的新拌混凝土的主频平均值 F；

步骤a4：根据步骤a2获得的十二个主频值和步骤a3获得的主频平均值求方差D，若D≤1，则混凝土检测合格，若D＞1，则混凝土检测不合格。

步骤a1中，采用定时检测，利用选取的换能器每隔5min对新拌混凝土检测一次，共进行60min。

步骤a1中，换能器的发射换能器和接收换能器之间的距离为2.5cm。

步骤a2中，将步骤a1获得的多组声波时域图进行傅里叶变换得到多组频域图。

换能器的发射换能器和接收换能器之间的距离的确定方法如下：

步骤b1：选取一桶和易性合格的新拌混凝土和多个不同探测距离的换能器，利用多个不同探测距离的换能器分别对新拌混凝土进行至少一次探测，获得多个换能器探测到的多组声波时域图；

步骤b2：从步骤b1获得的多组声波时域图中确定波形最稳定和完整的，选取对应的换能器。

步骤b1包括如下两个步骤：

步骤b11：选取四个换能器，它们的发射换能器和接收换能器之间的距离分别为2.5cm、 4.5cm、6.5cm和8.5cm，即探测距离分别为2.5cm、4.5cm、6.5cm和8.5cm；

步骤b12：利用步骤b11中的四个换能器逐个对新拌混凝土进行检测，获得每个换能器检测到的声波时域图。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)利用所述声波检测装置检测新拌混凝土的和易性，所述声波检测装置获得的声波特性可以明显反映出不同和易性混凝土的差别，相较于传统的坍落度法，本检测方法大大减小了检测时人为因素的干扰，提高了检测精度，相较于实验室常用的混凝土维勃稠度仪，本检测装置更轻巧便携，适合施工现场使用，提高了生产效率。

2)本检测装置的横杆将发射换能器和接收换能器连接为一体，操作便捷；数据线从中空的杆中穿过，外形简洁不影响操作；换能器的楔形探头便于深入新拌混凝土内部进行超声波数据检测收集，不需要专门特制的盛混凝土的装置；深入混凝土内部检测，减少了误差，增加了检测数据的可靠性；检测装置结构简单成本低。

3)本检测方法简单易学，结合检测装置简单便携，可由一人方便快捷地在施工现场完成检测。

附图说明

图1为本发明一个实施例的检测装置的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的换能器的主视结构示意图；

图3为本发明一个实施例的换能器的左视结构示意图；

图4为本发明一个实施例的不同探测距离的换能器检测的波形时域图；

图5为本发明一个实施例不同探测距离的换能器在新拌混泥土两个不同位置检测的波形时域图；

图6为图5中的探测距离为2.5cm的换能器在两个不同位置的波形图；

图7为本发明一个实施例的探测距离为2.5cm的换能器在新拌混泥土同一位置以5min 时间间隔检测60min的波形图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的用于新拌混凝土和易性检测的声波检测装置及检测方法作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一种用于新拌混凝土和易性检测的声波检测装置及检测方法，如图1所示，所述声波检测装置包括换能器7、超声波检测仪10和多根数据线4，换能器7和超声波检测仪10通过多根数据线4连接。

如图2和图3所示，换能器7包括横杆5、把手6、两个纵杆3、两个探头11、发射换能器和接收换能器。

横杆5、把手6和纵杆3均为中空的杆状。

两个纵杆3平行间隔设置，横杆5的两端各垂直连接一个纵杆3的一端，两个纵杆3的另一端分别连接发射换能器的一端和接收换能器的一端，发射换能器的另一端和接收换能器的另一端分别连接两个探头11的一端，探头11的另一端端面为楔形。

较佳的，横杆5和两个纵杆3一体连接。把手6的一端垂直连接在横杆5的中部，把手6的另一端朝远离探头方向悬伸。

发射换能器和接收换能器结构相同，均包括压电陶瓷1和有机玻璃2。压电陶瓷1为锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)，有机玻璃2为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。一组有机玻璃2 包裹在一组压电陶瓷1的外部构成发射换能器，另一组有机玻璃2包裹在另一组压电陶瓷1 的外部构成接收换能器，都为压电换能器。

压电陶瓷1的厚度为0.8mm～1.2mm，较佳的，为1mm，有机玻璃2的厚度为6mm～10mm，较佳的，为8mm。探头11的厚度为6mm～10mm，较佳的，为9mm。本实施例中，横杆5的长度为1cm～2.5cm，即发射换能器和接收换能器之间的距离为1cm～2.5cm。

发射换能器或接收换能器的一端和探头11粘接、另一端和纵杆3粘接。具体的，发射换能器或接收换能器通过亚克力板专用胶粘接探头11和纵杆3。为了防止进水，在发射换能器或接收换能器与探头11和纵杆3的连接处使用隔水胶进行封装。

检测时，发射换能器和接收换能器插入被检测的新拌混凝土9中，且发射换能器和接收换能器相对布置，即换能器7为探入式新拌混凝土对测换能器。

发射换能器和接收换能器分别通过数据线4连接超声波检测仪10，数据线4一端连接发射换能器或接收换能器，另一端穿过中空的纵杆3、横杆5和把手6，从把手6的悬伸端伸出后连接超声波检测仪10。

所述声波检测装置的工作过程如下：首先将新拌混凝土9倒入一个任意规格的容器8 内，容器要求可以装足够多的混凝土，以使安装发射换能器和接收换能器的两个纵杆3插入新拌混凝土9内而不受干扰限制。然后将从把手6伸出的连接发射换能器和接收换能器的数据线4连接至超声波检测仪10。接着，将两个纵杆3的探头端插入新拌混凝土9内，保证发射换能器和接收换能器全部没入新拌混凝土9内同时不接触容器8底部，以排除容器8桶身因素的影响。最后，开启超声波检测仪10进行检测。

基于上述声波检测装置的检测方法包括如下步骤：

步骤a1：利用换能器7对新拌混凝土9进行多次检测，获得多个声波时域图，若获得的声波时域图出现波形，则转步骤a2；若获得的声波时域图不出现波形，则判定被检测的新拌混凝土9和易性不合格。

步骤a1中，采用定时检测，利用换能器7每隔5min对新拌混凝土9检测一次，共进行60min，即共检测十二次。

本实施例中，获得的十二组声波时域图如图7所示。较佳的，在同一位置重复多次检测。图7显示，这十二次的波形十分稳定，首波明显且相似。说明待检测的新拌混凝土9的声波参数不会短时间内发生较大变化。

步骤a1中，换能器7的发射换能器和接收换能器之间的距离为2.5cm。

步骤a2：将步骤a1获得的多个声波时域图进行处理后获取多个主频值。

步骤a2中，将步骤a1获得的十二组声波时域图进行傅里叶变换得到十二组频域图。观察发现，这十二组频域图相似，主频突出且数据相近，十二组频域图的主频值如表 2所示。

表2十二组频域图的主频值

由表2可知，在这60min里，主频值最大相差0.6Hz，这个数量级较小。

通过检测到的新拌混凝土特定的声波特性来表征其相应的和易性。

步骤a3：将步骤a2获得的多个主频值取平均值，得到被测的新拌混凝土9的主频平均值F。

步骤a3中，将步骤a2获得十二个主频值取平均值，得F＝81.9。

步骤a4：根据步骤a2获得的十二个主频值和步骤a3获得的主频平均值求方差D，若D≤1，则混凝土检测合格，若D＞1，则混凝土检测不合格。

换能器7的发射换能器和接收换能器之间的距离的确定方法如下：

步骤b1：选取一桶和易性合格的新拌混凝土9和多个不同探测距离的换能器7，利用多个不同探测距离的换能器7分别对新拌混凝土9进行至少一次探测，获得多个换能器7探测到的多组声波时域图。

步骤b1包括如下两个步骤：

步骤b11：选取四个换能器7，它们的发射换能器和接收换能器之间的距离分别为2.5cm、4.5cm、6.5cm和8.5cm，即探测距离分别为2.5cm、4.5cm、6.5cm和8.5cm。

步骤b12：利用步骤b11中的四个换能器7逐个对新拌混凝土9进行检测，获得每个换能器7检测到的声波时域图。

如图4所示为不同换能器7获得的声波时域图，随着发射换能器和接收换能器之间距离的增大，获得的时域图的波形的峰值越来越小，这是因为发射换能器和接收换能器之间距离的越大，它们之间声波传递消耗的能量越多。当发射换能器和接收换能器之间的距离为8.5cm时，所获得的声波时域图不再显示出明显波形。

步骤12中，每个换能器7对新拌混凝土9不同位置进行检测，每个换能器7获得多组声波时域图。本实施例中，每个换能器7对新拌混凝土9两个不同位置进行检测，即每个换能器7获得两组声波时域图，如图5和图6所示。图5显示，发射换能器和接收换能器之间距离为2.5cm时，获得的两组声波时域图十分相似，是最完整和稳定的；发射换能器和接收换能器之间距离为4.5cm和6.5cm时，每个换能器7获得的两组声波时域图明显不同，容易丧失波形，即不稳定不完整。

需要在不同位置检测是因为不同位置的粗骨料会存在些许差别。

步骤b2：从步骤b1获得的多组声波时域图中确定波形最稳定和完整的，选取对应的换能器7。

从步骤b12中得出，此时应当选取发射换能器和接收换能器之间距离为2.5cm的换能器7。

从步骤b12中可知，发射换能器和接收换能器之间距离为2.5cm的换能器7在不同位置检测时，其波形图相似，因此在同一位置多重复几次取得到波形的平均值，可以一定程度表征全部新拌混凝土9的情况。

最后，对上述检测方法进行验证，验证方法和结果为：

1)对采用坍落度结合人工经验法判定为和易性合格的新拌混凝土9，再对相同来源的新拌混凝土9采用上述声波检测方法进行检测判定为和易性合格。

采用坍落度法时，坍落筒提起后，技术人员根据经验判定其保水性和粘聚性，坍落筒提起后无稀浆或仅少量稀浆自底部析出，表示被检测的新拌混凝土9保水性良好。

2)对采用坍落度结合人工经验法判定为和易性不合格的新拌混凝土9，再对相同来源的新拌混凝土9采用上述声波检测方法进行检测判定为和易性不合格。

坍落度桶提起后有较多的稀料从底部析出，椎体部分的混凝土也因失浆而骨料外露，则表明此混凝土拌合物保水性能不好。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.用于新拌混凝土和易性检测的声波检测装置，包括换能器(7)、超声波检测仪(10)和多根数据线(4)，换能器(7)和超声波检测仪(10)通过多根数据线(4)连接，其特征在于，换能器(7)包括发射换能器、接收换能器和中空的支撑机构，发射换能器和接收换能器相对布置在支撑机构上，多根数据线(4)一端分别连接发射换能器和接收换能器，另一端在中空部位延伸后伸出连接超声波检测仪(10)。

2.根据权利要求1所述的声波检测装置，其特征在于：所述支撑机构包括横杆(5)、把手(6)和两个纵杆(3)，横杆(5)、把手(6)和纵杆(3)均为中空的杆状，两个纵杆(3)平行间隔设置，横杆(5)的两端各垂直连接一个纵杆(3)的一端，把手(6)的一端垂直连接在横杆(5)的中部，把手(6)的另一端朝远离探头方向悬伸，所述发射换能器和接收换能器分别连接在两个纵杆(3)的远离横杆(5)的一端。

3.根据权利要求2所述的声波检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括两组压电陶瓷(1)和两组有机玻璃(2)，一组有机玻璃(2)包裹在一组压电陶瓷(1)的外部构成发射换能器，另一组有机玻璃(2)包裹在另一组压电陶瓷(1)的外部构成接收换能器。

4.根据权利要求2所述的声波检测装置，其特征在于：换能器(7)还包括两个探头(11)、发射换能器的一端和接收换能器的一端分别连接两个纵杆(3)，发射换能器的另一端和接收换能器的另一端分别连接两个探头(11)的一端。

5.一种新拌混凝土和易性的声波检测方法，基于权利要求1～4任一所述的声波检测装置，其特征在于：包括如下步骤：

步骤a1：利用换能器(7)对新拌混凝土(9)进行多次检测，获得多个声波时域图，若获得的声波时域图出现波形，则转步骤a2；若获得的声波时域图不出现波形，则判定被检测的新拌混凝土(9)和易性不合格；

步骤a2：将步骤a1获得的多个声波时域图进行处理后获取多个主频值；

步骤a3：将步骤a2获得的多个主频值取平均值，得到被测的新拌混凝土(9)的主频平均值F；

步骤a4：根据步骤a2获得的十二个主频值和步骤a3获得的主频平均值求方差D，若D≤1，则混凝土检测合格，若D＞1，则混凝土检测不合格。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：步骤a1中，采用定时检测，利用选取的换能器(7)每隔5min对新拌混凝土(9)检测一次，共进行60min。

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：步骤a1中，换能器(7)的发射换能器和接收换能器之间的距离为2.5cm。

8.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：步骤a2中，将步骤a1获得的多组声波时域图进行傅里叶变换得到多组频域图。

9.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：换能器(7)的发射换能器和接收换能器之间的距离的确定方法如下：

步骤b1：选取一桶和易性合格的新拌混凝土(9)和多个不同探测距离的换能器(7)，利用多个不同探测距离的换能器(7)分别对新拌混凝土(9)进行至少一次探测，获得多个换能器(7)探测到的多组声波时域图；

步骤b2：从步骤b1获得的多组声波时域图中确定波形最稳定和完整的，选取对应的换能器(7)。

10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于：步骤b1包括如下两个步骤：

步骤b11：选取四个换能器(7)，它们的发射换能器和接收换能器之间的距离分别为2.5cm、4.5cm、6.5cm和8.5cm，即探测距离分别为2.5cm、4.5cm、6.5cm和8.5cm；

步骤b12：利用步骤b11中的四个换能器(7)逐个对新拌混凝土(9)进行检测，获得每个换能器(7)检测到的声波时域图。

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