CN113340727B - 一种无损检测建筑物混凝土力学参数的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程测试技术领域，尤其涉及一种无损检测建筑物混凝土力学参数的装置及方法；包括用于处理数据的分析模块、测定声速的实验室探头、制备混凝土标样的制备模块、用于加载试验的加载模块、现场测试模块和现场测试探头；其中使用相同混凝土配比在实验室预先测定不同湿度环境下的抗压强度和声速，获得在不同湿度环境下凝固得到的混凝土的抗压强度和声速关系，针对性更强；在实际检测时将混凝土划分为10层，再测定最外层的声速，进而测定其中心的声速，然后计算出混凝土的平均抗压强度；考虑了现实环境下混凝土凝固的环境影响，以及混凝土内外凝固环境不一致的问题，准确性更好。

Description

一种无损检测建筑物混凝土力学参数的装置及方法
技术领域
本发明涉及工程测试技术领域，尤其涉及一种无损检测建筑物混凝土力学参数的装置及方法。
背景技术
一般情况下混凝土的强度等级是指混凝土的抗压强度。按《混凝土强度检验评定标准》(GB/T 50107—2010)的标准，混凝土的强度等级应按照其立方体抗压强度标准值确定。采用符号C与立方体抗压强度标准值(以N/mm2或MPa计)表示。
在混凝土的无损检测中一般使用超声法、回弹法或者超声回弹混合法测定混凝土的抗压强度；但是由于实验室测定的标准试样的养护方法和现场的养护方法截然不同，得到的混凝土的实际情况也不一样，如果混凝土的配比不知道，其测定的方法会误差较大。
此外，由于混凝土试样一般都是较小的标准样，而在实际测定工程中，混凝土的直径可能非常粗大，粗大的混凝土在实际干燥时其内外的环境湿度差异很大，仅仅从外侧测定平均声速或者测定回弹难以表征整个混凝土的实际情况。
发明内容
针对上述内容，为解决上述问题，本发明提供一种无损检测建筑物混凝土力学参数的装置及方法，使用远程分析中心对混凝土的抗压强度进行计算，速度更快，且更节约现场测定设备的资源，使用相同的混凝土配比在实验室预先测定其不同湿度保养环境下的抗压强度和声速，就获得了在不同湿度环境下凝固得到的混凝土的抗压强度和声速的关系，针对性更强、准确性更好。
一种无损检测建筑物混凝土力学参数的装置，包括分析模块、实验室探头、制备模块、加载模块、现场测试模块和现场测试探头；其中
制备模块用于进行实验室混凝土标样的制备，加载模块用于对实验室的混凝土标样进行加载测试，进而获得混凝土标样的抗压强度，实验室探头用于测定实验室标样的超声波速；
分析模块用于记录标样的抗压强度和超声波速，并构建数据库；
现场测试模块包括超声控制器和无线收发器，超声控制器用于连接现场测试探头进行超声测试，无线收发器用于将现场测试的超声波速和测试位置发送至分析模块，分析模块对数据进行分析后将现场测试的混凝土平均抗压强度发送给现场测试模块。
制备模块还包括打磨模块，用于对混凝土标样进行打磨。
现场测试探头的数量是两个，分别为发射探头和接收探头，发射探头和接收探头的发射方向能够调节，且设置有与各种表面相适配耦合的探头接触靴。
一种使用上述装置无损检测建筑物混凝土力学参数的方法，包括如下步骤：
步骤一、获取待测试混凝土的用料配比，然后在实验室内利用制备模块按照用料配比制作20个圆柱形混凝土标样，标样的尺寸为直径5cm，高度10cm；混凝土标样两个一组，分成10组，10组混凝土标样在制备时保持其环境的空气湿度不同，从10％至100％，每10％分为一档；
步骤二、用加载模块分别对10组混凝土标样进行加载测试，并测定10组混凝土标样的抗压强度，其中每组的两个标样各测定一次，结果取平均值作为一组标样的抗压强度，分别记为p1、p2、…p10，单位为Kg/cm2；然后测定10组混凝土标样的声速，其中每组的两个标样各测定一次，结果取平均值作为一组标样的声速，分别记为T1、T2、…T10；然后在分析模块中记录p1、p2、…p10和T1、T2、…T10；根据测定的数据以声速T为横坐标，抗压强度p为纵坐标绘制抗压强度-声速标准曲线，则任意T都有一个p与之对应；
这一步就可以反映出不同湿度下干燥的混凝土其实际抗压强度和声速的关系，由于是和待测的混凝土采用了相同的配比，因此在测试时才和实际混凝土匹配更好。
步骤三、携带现场测试模块和现场测试探头到检测现场进行测试，到达现场后先测定待测试混凝土的尺寸和形状，并将待测试混凝土的形状和尺寸无线发送给分析模块；
步骤四、根据不同的形状选择对应的测定方法；
如果待测试混凝土是圆柱，则在现场测试探头上安装与圆柱表面相匹配的接触靴，先标记圆柱截面圆形上距离最大的两个点M和N，这两个点的间距就是圆柱的直径D；然后从N点沿着圆柱截面圆形边缘朝一侧量出1.12D的距离标记一个点，将该点标记好；
然后将现场测试探头中的发射探头固定在M点，将现场测试探头中的接收探头固定在距离N点1.12D距离处测定声速，得到声速S1；然后将现场测试探头中的接收探头固定在N点测定声速S2，将数据发送给分析模块；
然后将S1和S2'＝2S2-S1作为声速带入抗压强度-声速标准曲线，同时将抗压强度-声速标准曲线的S1和S2'两个声速之间平均分割成10份，得到10个对应的从S1至S2'的横坐标点，再分别查到这10个横坐标点对应的抗压强度值p11、p12、…p20；按下式计算圆柱的待测试混凝土的平均抗压强度为：
p＝(19p11+17p12+15p13+13p14+11p15+9p16+7p17+5p18+3p19+p20)/100；
选择S1的原因是其相当于测定的是最外侧的混凝土的声速，也就对应了最低的湿度环境下形成的混凝土的情况，将其带入就可以获得实际混凝土最低湿度形成下的抗压强度；选择2S2-S1的原因是：假设实际混凝土中心的声速是X，那么S2的测定结果相当于是从S1到X的多个声速平均后的结果；这里我们选择10个节点，那么就可以得到：
S2＝[S1+S1(X-S1)*0.1+S1(X-S1)*0.2+S1(X-S1)*0.3+…+S1(X-S1)*0.9]/10；
解这个方程就可以得到S2'＝X＝2S2-S1；
得到了最大的湿度，根据圆柱形截面的特征，最外层占据整个圆柱形截面的19％；最内层占据1％；这个关系可以由环形的面积公式算出来，这里不再赘述。
如果待测试混凝土是正方体，则在现场测试探头上安装与正方体表面相匹配的接触靴，先标记正方体截面边上的等分点，将边长10等分；然后将发射探头固定在正方体截面的一个顶点处，再将接收探头分别放置在正方体截面一条边的10个等分点处，得到10个声速，再求平均值作为声速S3，然后将发射探头和接收探头固定在正方体截面的对角线两端点处，测定声速S4，将数据发送给分析模块；
然后将S3和S4'＝2S4-S3作为声速带入抗压强度-声速标准曲线，同时将抗压强度-声速标准曲线的S3和S4'两个声速之间平均分割成10份，得到10个对应的从S3至S4'的横坐标点，分别查出10个横坐标点对应的抗压强度值p21、p22、…p30；按下式计算正方体的待测试混凝土的平均抗压强度为：
p＝(19p21+17p22+15p23+13p24+11p25+9p26+7p27+5p28+3p29+p30)/100；
这里正方形和圆形的情况实际类似；
如果是墙体，则在现场测试探头上安装与平面相匹配的接触靴，从墙体的边缘开始测定墙体长度方向之间的声速，得到初始的声速S5，即将发射探头固定在墙的边缘，再将接受探头固定在墙长度方向等高的另一边缘测得声速S5；然后现场测试探头沿着墙体向远离边缘的方向移动，直到随着探头的移动，声速不再变化为止，得到极限声速S6，将数据发送给分析模块；
然后将S5和S6'＝2S6-S5作为声速带入p-T标准曲线，同时在抗压强度-声速标准曲线的S5和S6'两个声速之间平均分割成10份，得到10个对应的S5至S6'的横坐标点，分别查出10个横坐标点对应的抗压强度值p31、p32、…p40；按下式计算墙体的待测试混凝土的平均抗压强度为：
p＝(p31+p32+p33+p34+p35+p36+p37+p38+p39+p40)/10。
墙的长度远远大于其厚度，那么墙的两端带来的影响可以忽略，认为墙是由多层不同养护环境的混凝土凝固形成的，这里每一层占据的厚度是10％。
所述步骤三中如果待测试混凝土是圆柱，则测定其直径D，如果待测试混凝土是正方体，则测定正方体的边长L，如果待测试混凝土是墙体，则测定墙体的厚度A和长度B。
本发明的有益效果为：
本发明使用远程分析中心对混凝土的抗压强度进行计算，速度更快，且更节约现场测定设备的资源，使用相同的混凝土配比在实验室预先测定其不同湿度保养环境下的抗压强度和声速，就获得了在不同湿度环境下凝固得到的混凝土的抗压强度和声速的关系，由于采用的相同的混凝土配比，因此针对性更强；在实际检测时将混凝土划分为10层，认为10层的保养环境不同，则其得到的声速和抗压强度也不同；然后测定最外层的声速，得到去抗压强度，进而测定其中心的声速，然后根据几何关系计算出混凝土的平均抗压强度。考虑了现实环境下混凝土凝固的环境影响，以及混凝土内外凝固环境不一致的问题，准确性更好。
附图说明
被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。
图1为本发明的装置架构示意图；
图2为本发明的测定不同形状的混凝土的截面示意图；
图3为本发明的不同形状对应测定方法的示意图。
具体实施方式
本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。
实施例1：
结合图1-3，一种无损检测建筑物混凝土力学参数的装置，包括分析模块、实验室探头、制备模块、加载模块、现场测试模块、现场测试探头；其特征在于：
制备模块用于进行实验室混凝土标样的制备，加载模块用于对实验室的混凝土标样进行加载测试，获得混凝土标样的抗压强度，实验室探头用于测定实验室标样的超声波速；
分析模块用于记录标样的抗压强度和超声波速，并构建数据库；
现场测试模块包括超声控制器和无线收发器，超声控制器用于连接现场测试探头进行超声测试，无线收发器用于将现场测试的超声波速和测试位置发送至分析模块，分析模块对数据进行分析后将现场测试的混凝土平均抗压强度发送给现场测试模块。
制备模块还包括打磨模块，用于对混凝土标样进行打磨。
现场测试探头的数量是两个，分别为发射探头和接收探头，发射探头和接收探头的发射方向可以调节，且设置有与各种表面相适配耦合的探头接触靴。
实施例2：
结合图1-3，一种使用上述装置无损检测建筑物混凝土力学参数的方法，包括如下步骤：
步骤1、获取待测试混凝土的用料配比，然后在实验室内利用制备模块按照用料配比制作20个圆柱形混凝土标样，标样的尺寸为直径5cm，高度10cm；混凝土标样两个一组，分成10组，10组混凝土的制备时保持其环境的空气湿度不同，从10％至100％，每10％分为一档；
步骤2、用加载模块对10组混凝土标样进行加载测试，测定10组混凝土的抗压强度，其中每组的两个标样各测定一次，结果取平均值，得到p1、p2、…、p10，单位为Kg/cm2；然后测定混凝土标块的声速T1、T2、…、T10；然后在分析模块中记录p1、p2、…、p10和T1、T2、…、T10；根据测定的数据绘制p-T标准曲线，其中T为横坐标，p为纵坐标，则任意T都有一个p与之对应；
步骤3、携带现场测试模块和现场测试探头到检测现场进行测试，到达现场后先测定待测试混凝土的尺寸和形状；
如果待测试的混凝土的形状是圆柱形，则测定其直径D，如果待测试的混凝土的形状是正方形柱，则测定正方形柱的边长L，如果待测试的混凝土的形状是墙，则测定墙的厚度A和长度B；然后将待测试的混凝土的形状和尺寸无线发送给分析模块；
步骤4、根据不同的形状选择对应的测定方法；
如果是圆柱形，则在现场测试探头安装与圆柱形表面相匹配的接触靴，先标记圆柱截面圆形上距离最大的两个点M和N，这两个点的间距就是圆柱的直径；然后从N点沿着圆柱截面圆形边缘朝一侧量出1.12D的距离，将上述量出的点标记好；
然后将发射探头固定在M点，将接收探头固定在距离N点1.12D距离测定声速，得到声速S1；然后将接收探头固定在N点测定S2，将数据发送给分析模块；
然后将S1和S2'＝2S2-S1作为声速带入p-T标准曲线，同时在p-T标准曲线将S1和S2'两个声速之间平均分割成10份，得到10个对应的从S1至S2'至横坐标点，分别求出10个横坐标对应的抗压强度值p11、p12、…、p20；计算圆柱形混凝土的平均抗压强度为：
p＝(19p11+17p12+15p13+13p14+11p15+9p16+7p17+5p18+3p19+p20)/100；
如果是正方形柱，则在现场测试探头安装与正方形柱表面相匹配的接触靴，先标记正方形柱截面边上的等分点，将边长10等分；然后将发射探头和接收探头从相距同一条棱边，也即截面正方形的一个顶点各L/10的距离测定声速，得到声速S3，然后将发射探头和接收探头固定在对角线，测定声速S4，将数据发送给分析模块；
然后将S3和S4'＝2S4-S3作为声速带入p-T标准曲线，同时在p-T标准曲线将S3和S4'两个声速之间平均分割成10份，得到10个对应的从S3至S4'横坐标点，分别求出10个横坐标对应的p值p21、p22、…、p30；计算正方形柱混凝土的平均抗压强度为：
p＝(19p21+17p22+15p23+13p24+11p25+9p26+7p27+5p28+3p29+p30)/100
如果是墙，则将现场测试探头安装与平面相匹配的接触靴，从墙的边缘开始测定两侧的声速，得到初始的声速S5，然后测试探头沿着墙面向远离边缘的方向移动，直到随着探头的移动，声速不再变化为止，得到极限声速S6，将数据发送给分析模块；
然后将S5和S6'＝2S6-S5作为声速带入p-T标准曲线，同时在p-T标准曲线将S5和S6'两个声速之间平均分割成10份，得到10个对应的S5至S6'横坐标点，分别求出10个横坐标对应的p值p31、p32、…、p40；计算正方形柱混凝土的平均抗压强度为：
p＝(p31+p32+p33+p34+p35+p36+p37+p38+p39+p40)/10。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种无损检测建筑物混凝土力学参数的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一、获取待测试混凝土的用料配比，然后在实验室内利用制备模块按照用料配比制作20个圆柱形混凝土标样，标样的尺寸为直径5cm，高度10cm；混凝土标样两个一组，分成10组，10组混凝土标样在制备时保持其环境的空气湿度不同，从10％至100％，每10％分为一档；
步骤二、用加载模块分别对10组混凝土标样进行加载测试，并测定10组混凝土标样的抗压强度，其中每组的两个标样各测定一次，结果取平均值作为一组标样的抗压强度，分别记为p1、p2、…p10，单位为Kg/cm2；然后测定10组混凝土标样的声速，其中每组的两个标样各测定一次，结果取平均值作为一组标样的声速，分别记为T1、T2、…T10；然后在分析模块中记录p1、p2、…p10和T1、T2、…T10；根据测定的数据以声速T为横坐标，抗压强度p为纵坐标绘制抗压强度-声速标准曲线；
步骤三、携带现场测试模块和现场测试探头到检测现场进行测试，到达现场后先测定待测试混凝土的尺寸和形状，并将待测试混凝土的形状和尺寸无线发送给分析模块；
步骤四、根据不同的形状选择对应的测定方法；
如果待测试混凝土是圆柱，则在现场测试探头上安装与圆柱表面相匹配的接触靴，先标记圆柱截面圆形上距离最大的两个点M和N，这两个点的间距就是圆柱的直径D；
然后将现场测试探头中的发射探头固定在M点，将现场测试探头中的接收探头固定在距离N点1.12D距离处测定声速，得到声速S1；然后将现场测试探头中的接收探头固定在N点测定声速S2，将数据发送给分析模块；
将抗压强度-声速标准曲线的S1和S2'两个声速之间平均分割成10份，得到10个对应的从S1至S2'的横坐标点，再分别查到这10个横坐标点对应的抗压强度值p11、p12、…p20；按下式计算圆柱的待测试混凝土的平均抗压强度为：
p＝(19p11+17p12+15p13+13p14+11p15+9p16+7p17+5p18+3p19+p20)/100；
如果待测试混凝土是正方体，则在现场测试探头上安装与正方体表面相匹配的接触靴，先标记正方体截面边上的等分点，将边长10等分；然后将发射探头固定在正方体截面的一个顶点处，再将接收探头分别放置在正方体截面一条边的10个等分点处，得到10个声速，再求平均值作为声速S3，然后将发射探头和接收探头固定在正方体截面的对角线两端点处，测定声速S4，将数据发送给分析模块；
将抗压强度-声速标准曲线的S3和S4'两个声速之间平均分割成10份，得到10个对应的从S3至S4'的横坐标点，分别查出10个横坐标点对应的抗压强度值p21、p22、…p30；按下式计算正方体的待测试混凝土的平均抗压强度为：
p＝(19p21+17p22+15p23+13p24+11p25+9p26+7p27+5p28+3p29+p30)/100；
如果是墙体，则在现场测试探头上安装与平面相匹配的接触靴，从墙体的边缘开始测定墙体长度方向之间的声速，得到初始的声速S5；然后现场测试探头沿着墙体向远离边缘的方向移动，直到随着探头的移动，声速不再变化为止，得到极限声速S6，将数据发送给分析模块；
在抗压强度-声速标准曲线的S5和S6'两个声速之间平均分割成10份，得到10个对应的S5至S6'的横坐标点，分别查出10个横坐标点对应的抗压强度值p31、p32、…p40；按下式计算墙体的待测试混凝土的平均抗压强度为：
p＝(p31+p32+p33+p34+p35+p36+p37+p38+p39+p40)/10。
2.根据权利要求1所述的一种无损检测建筑物混凝土力学参数的方法，其特征在于所述步骤三中如果待测试混凝土是圆柱，则测定其直径D，如果待测试混凝土是正方体，则测定正方体的边长L，如果待测试混凝土是墙体，则测定墙体的厚度A和长度B。
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