CN112345469A - 一种混凝土光谱检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土光谱检测装置及方法，属于混凝土检测的技术领域。包括以下步骤：步骤一：在待测的混凝土中取样得到混凝土样品；步骤二：将所述混凝土样品研磨成粉；步骤三：将研磨后的所述混凝土样品放置到光谱扫描仪上进行扫描得到图谱；步骤四：将混凝土样品的图谱导入分析系统中进行定性分析，X射线照射到晶体物质上时，厚的晶体物质会产生不同的衍射花样，薄的晶体晶体数目对衍射的影响可以得到该衍射晶体的占比，将得到的衍射花样图或晶体数占比图与各种现有单相标准物质的图谱对比得到多项物质的种类；步骤五：将所述混凝土样品的组成物进行定量分析，根据X射线衍射强度公式计算出晶体的衍射强度结果，不同的物相对X射线的衍射强度不同，从而得到各项物质的相对含量的数据；步骤六：记录定量分析得到所述各项物质的相对含量的数据；步骤七：将所述数据输入光谱扫描仪的后台系统得到待测试混凝土的抗压强度等级。通过提供一种混凝土光谱检测装置及方法，解决了测试周期长、测试结果不够精确的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种混凝土光谱检测装置及方法，属于混凝土检测技术领域。
背景技术
混凝土是指由胶凝材料将骨料胶结成整体的工程复合材料的统称，混凝土强度检测装置是建筑工程中对混凝土强度进行检测的设备。目前，我国常用的混凝土强度检测技术分为无损检测和微破损检测。无损检测主要有回弹法、综合法、超声法等；微破损检测主要有钻芯法、拔出法、后锚固法、直拔法等。
现有技术中，在授权公告号为CN110987693A的一篇中国专利中，记载了一种基于回弹法检测混凝土强度数据的方法、装置及系统，涉及混凝土抗压强度检测技术领域，包括：基于混凝土配方、加工工艺及历史强度数据，估算当前混凝土强度数据范围，采集多组回弹值并根据设定算法就算生成强度检测数据，若强度检测数据落入强度数据范围，则存储强度检测数据；若强度检测数据未落入强度数据范围，则存储强度检测数据并输出预警或改善方案，利用数字式回弹仪采集回弹值，而后利用云端服务器对回弹值加以分析处理，处理效率高，数据准确率机可靠性高。若强度检测数据与预期偏差较大，则能够从云端服务器及时输出相关的改善方案信息，最终确认强度检测数据的准确性，减少误差。
目前市场上类似的混凝土检测方法和设备较常见，但是回弹法是根据结构物表面混凝土硬度推定其抗压强度,仅适用于抗压强度为10～50MPa,龄期为14～1000d普通混凝土，对表面受冻害、火灾以及表面被腐蚀的混凝土,不可采用该方法，且要求混凝土无内部缺陷，同一测点不能重复测试，相对于其他方法，测试精度偏低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种混凝土光谱检测装置及方法，它解决了现有技术中解决了测试周期长、测试结果不够精确的问题。
本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
一种混凝土光谱检测装置及方法，依次包括以下步骤：
步骤一：在待测的混凝土中取样得到混凝土样品；
步骤二：将所述混凝土样品研磨成粉；
步骤三：将研磨后的所述混凝土样品放置到光谱扫描仪上进行扫描得到图谱；
步骤四：将混凝土样品的图谱导入分析系统中进行定性分析，X射线照射到晶体物质上时，厚的晶体物质会产生不同的衍射花样，薄的晶体晶体数目对衍射的影响可以得到该衍射晶体的占比，将得到的衍射花样图或晶体数占比图与各种现有单相标准物质的图谱对比得到多项物质的种类；
步骤五：将所述混凝土样品的组成物进行定量分析，根据X射线衍射强度公式计算出晶体的衍射强度结果，不同的物相对X射线的衍射强度不同，从而得到各项物质的相对含量的数据；
步骤六：记录定量分析得到所述各项物质的相对含量的数据；
步骤七：将所述数据输入光谱扫描仪的后台系统得到待测试混凝土的抗压强度等级。
优选的是，所述步骤三中的图谱为衍射光谱图；
优选的是，所述步骤四中的定性分析为X射线衍射花样分析；
优选的是，所述步骤五中的定量分析为X射线物相定量分析。
本发明的有益效果是：
1.本发明利用较为先进的光谱扫描仪结合人工智能算法和大数据来科学性地判断混凝土微观成分及其比例对建筑材料的强度的影响，从而分析混凝土抗压能力等级和达标要求。克服了传统测试方法带来的测试周期长、对建材损失大，操作流程复杂等缺点；
2.定性分析采用X射线衍射花样分析，可以更加清晰快速地看出混凝土的物质组成成分，同时也可以知道各物质的存在状态，即能知道某元素是以单质存在还是以化合物、混合物或同素异构体的形式存在。
附图说明
图1为光谱扫描仪的扫描原理图；
图2为晶粒的体积对X射线衍射试验的影响图；
图3为晶体数目对X射线衍射试验的影响图。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
一种混凝土光谱检测装置及方法，首先在待测试的混凝土中取出1-10克的混凝土样品，将块状的混凝土样品研磨成粉后放入光谱扫描仪的样品台上扫描，粉状的混凝土样品更加易于扫描检测。
(1)定性分析：
a.厚的晶体：结合图1，当光谱扫描仪发射出的X射线照射到晶体物质上，由于晶体是由原子规则排列成的晶胞组成，这些规则排列的原子间距与入射的X射线波长有相同数量级，故由不同的原子散射的X射线相互干涉，在某些特殊的方向上产生强X射线衍射，衍射线在空间分布的方位和强度与晶体的结构密切相关，不同的晶体物质具有自己独特的衍射花样。每一种晶体物质都有其特定的结构参数，没有两种不同的晶体物质会给出完全相同的衍射花样。
随着扫描时间的推移，光谱扫描仪上的谱线逐渐趋于平滑，5-10分钟内就可以得到衍射光谱图。将待测试的混凝土样品的衍射光谱图和各种已知单相标准物质的衍射图谱对比，根据衍射花样的种类，从而确定混凝土的组成成分。
结合图2，通过分析待测试的混凝土样品的X射线衍射花样，不仅可以知道混凝土的化学成分，还可以知道其存在状态，即能知道某元素是以单质的形式存在还是以化合物、混合物或同素异构体的形式存在。同时，根据X射线衍射试验还可以进行晶体物质的定量分析、晶粒大小的测量和晶粒取向分析。
b.薄的晶体：不同厚度的晶体对X射线的衍射强度也是不同的，当光谱扫描仪发射出的X射线照射到薄的晶体上的衍射线后不会干涉相消，也就不能产生出不同的衍射花样，因此无法直接通过分析混凝土样品的X射线衍射花样来确定混凝土的组成成分。
结合图3，在偏离布拉格角时，衍射强度峰并不是在对应于布拉格角的位置出现的一根直线，而是在θ角附近的±⊿θ范围内出现强度。由于晶体的空间分布位向各异，某个晶面的衍射线构成一个反射圆锥。由于θ角的发散，导致圆锥具有一定的厚度。以一个球面与圆锥相截，球面与圆锥之间的交线是圆上的一个环带，环带的面积和圆的面积之比就是参与衍射的晶粒的百分数。利用晶体数目对衍射的影响可以得到该衍射晶体的占比，从而推算出待检测的混凝土样品中各种矿物成分的含量比例。
(2)定量分析：
多项物质经定性分析以后，若要进一步知道混凝土中各个物质的相对量，就需要进行X射线物相定量分析。光谱扫描仪的分析结果会上传到超算中心服务器进行数据分析然后将分析结果显示出来。
根据X射线衍射强度公式，
某一物相的相对含量的增加，其衍射线的强度亦随之增加，所以就可以通过衍射光谱图上的衍射线的强度来确定对应物相的相对含量。
对于含有多个物相的混合的混凝土材料，上述强度公式是其中某一j相的一根衍射线条的强度。Vj是j相的体积，μ是多相混合物的吸收系数。当j相的含量改变时，衍射强度随之改变；吸收系数μ也随j相含量的改变而改变。
上式中其余各项的积Cj是常数。若j相的体积分数为fj，被照射体积V为1，Vj＝Vfj＝fj。测定某相的含量时，常用质量分数，因此将fj和μ都变成与质量分数ω有关的量，则有：
上式是定量分析的基本公式，它将第j相某条衍射线的强度跟改相的质量分数及混凝土混合物的质量吸收系数联系起来了。该式通过强度的测定可以求第j相的质量分数，但此时必须计算Cj，还应知道各相的μm和ρ。使用外标法将待测样品中j相的某一衍射线条的强度与纯物质j相的相同衍射线条强度进行直接比较，即可求出待测样品中j相的相对含量。测试结束后整理测试的仪器并打扫实验现场。
如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是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，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种混凝土光谱检测装置及方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
步骤一：在待测的混凝土中取样得到混凝土样品；
步骤二：将所述混凝土样品研磨成粉；
步骤三：将研磨后的所述混凝土样品放置到光谱扫描仪上进行扫描得到图谱；
步骤四：将混凝土样品的图谱导入分析系统中进行定性分析，X射线照射到晶体物质上时，厚的晶体物质会产生不同的衍射花样，薄的晶体晶体数目对衍射的影响可以得到该衍射晶体的占比，将得到的衍射花样图或晶体数占比图与各种现有单相标准物质的图谱对比得到多项物质的种类；
步骤五：将所述混凝土样品的组成物进行定量分析，根据X射线衍射强度公式计算出晶体的衍射强度结果，不同的物相对X射线的衍射强度不同，从而得到各项物质的相对含量的数据；
步骤六：记录定量分析得到所述各项物质的相对含量的数据；
步骤七：将所述数据输入光谱扫描仪的后台系统得到待测试混凝土的抗压强度等级。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土光谱检测装置及方法，其特征在于，所述步骤三中的图谱为衍射光谱图。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土光谱检测装置及方法，其特征在于，所述步骤四中的定性分析为X射线衍射花样分析。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土光谱检测装置及方法，其特征在于，所述步骤五中的定量分析为X射线物相定量分析。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210209 |