CN208076066U - 一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，先制作实验测试模具，实验测试模具主要为带有钢筋的混凝土试件，钢筋的内部设置带有导线的微型应变片，然后连通CCD相机和应变采集仪分别对钢筋混凝土试件的外部和内部进行监测，再通过数字图像相关系统的处理和换算得到钢筋混凝土试件的应变值；本监测方法测量环境和隔振要求较低，可控性强，完成单个试验周期短，钢筋混凝土试件易加工制作，占用空间小，成本低，制备简单，且能够对钢筋混凝土试件结构的全寿命周期内锈蚀进行全场实时监测，可以得到一个整体宏观的模型；本实用新型不仅可以在实验室中进行，也可以结合工程实际进行实时监测，为结构安全评价提供新的测量方法。

Description

一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具

技术领域

本实用新型属于钢筋混凝土的锈蚀过程的监测技术领域，涉及一种测试模具，具体涉及一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具。

背景技术

目前，用于钢筋混凝土锈蚀过程中无损检测有如下方法：人工观测方法、超声波检测方法、雷达探测法、声发射(AE)检测法、红外热像检测和光学测量方法等，具体如下：

人工观测方法是把目测结果绘成草图，用裂缝刻度尺和放大镜等测量裂缝宽度，这需要大量的人力和时间，且精度不高；

超声波检测方法是利用超声波传播速度及回弹值同混凝土抗压强度之间的相互联系来反映混凝土的抗压强度，并且可以利用超声波在混凝土中传播的时间(声时)和波幅值、频率值的变化来计算裂缝深度、确定内部裂缝的位置；

雷达探测法是用天线发射高频电磁波，利用电磁波传播的路径、电磁场分布、波形随传播介质的电性质及几何形状而改变的原理，根据接收到的波的相位、波幅与波形信息的分析推断介质内部结构；

声发射(AE)法是指借助专用检测仪器采集材料变形或开裂过程产生的声发射信号，经过计算机处理，从而得到表征缺陷特征的参数，以此来分析和判断材料损伤的大小、位置、状态及发展趋势，可检测出裂缝的位置、大小、扩展情况、种类和深度；

红外热像检测是指运用红外热像仪探测物体辐射出来的红外线能量，根据物体表面的温度场分布形成的热像图，直观地显示材料、结构及结合处不连续缺陷的检测技术。

虽然以上现有方法能够获取钢筋混凝土结构裂缝的信息，但是需要耗费大量的人力物力，且限制于地形位置等外在因素形象，对于火灾、爆裂产生的微裂缝更是难以捕捉，此外利用微观或者宏观断裂力学的方法对损伤的混凝土结构进行力学分析和安全评估，需要对混凝土结构处在各种阶段的裂纹信息进行准确的描述，然后建立力学分析模型，然而传统的裂纹采集工作量大、采集的信息较为粗糙。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术中对钢筋混凝土锈蚀过程应力变化的监测方法的不足，提出一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具及锈蚀过程应力监测方法。本实用新型利用数字图像相关技术和电阻应变片测量相结合的原理，数字图像相关技术的光学测量和数字图像处理方法对工程力学(如位移、变形、应力、应变和速度等)进行高精度的测量，而电阻应变片测量方法的精度高、测量结果稳定，将两者的测量方法的优点进行结合对钢筋混凝土试件进行长期观测、非接触、全局测量，本监测方法对测量环境和隔振要求较低，普适性强，能高效、便利、快速和全局的对钢筋混凝土试件锈蚀过程应力变化进行监测。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，所述测试模具包括：

模具槽，所述模具槽为长方体，且所述模具槽上方开口、内部设有空腔；

挡板，所述挡板设置在所述模具槽的空腔内，且所述挡板包括第一挡板和第二挡板；第一挡板固定设置在所述模具槽的一端，第二挡板固定设置在所述模具槽的另一端，且第一挡板与所述模具槽一端内侧壁的之间预留空间，第二挡板紧贴所述模具槽另一端的内侧壁；

钢筋试件，所述钢筋试件位于所述模具槽的空腔内，且钢筋试件一端部穿过第一挡板、另一端部穿过第二挡板，第一挡板和第二挡板起辅助加固成型的作用；所述钢筋试件为两根不同钢筋的各自的一部分粘贴组合在一起的试件，在钢筋试件内部粘贴有多个带导线的微型应变片，导线从钢筋试件的一端部引出到外部，钢筋试件的另一端部密封；

混凝土，所述混凝土浇筑整个模具槽的剩余空腔内，与所述钢筋试件粘接在一起，得钢筋混凝土试件。

在如上所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，优选，所述第一挡板和第二挡板均竖直固定卡设在所述模具槽的内腔内，挡板的下底面与所述模具槽的槽底接触，挡板的两个侧壁面与所述模具槽的两个侧壁面接触。

在如上所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，优选，所述钢筋试件的结构具体为：两根钢筋沿纵向切开，再各取切开后的一部分又重新粘接在一起组成钢筋试件；每根切开后的钢筋的两部分的中部均开挖有凹槽，凹槽内粘贴有多个带导线的微型应变片，导线从钢筋的一端部引出到外部。

在如上所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，优选，所述钢筋试件由切开后的螺纹钢筋和普通钢筋组成；优选地，所述螺纹钢筋和普通钢筋的规格为Φ20mm。

在如上所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，优选，所述钢筋混凝土试件的尺寸为100mm×100mm×250mm；优选地，所述凹槽为半圆形凹槽；再优选地，半圆形凹槽的直径为15mm。

在如上所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，优选，多个所述微型应变片沿凹槽的长度方向间隔62.5mm均匀分布；优选地，所述微型应变片的数量是四个。

一种使用上述任一项所述钢筋混凝土锈蚀的测试模具的钢筋混凝土锈蚀过程全场应力场监测方法，所述钢筋混凝土锈蚀过程全场应力场监测方法包括如下步骤：

步骤一，钢筋试件的制备：分别取螺纹钢筋和普通钢筋各一根，然后对螺纹钢筋和普通钢筋进行除锈打磨，沿螺纹钢筋和普通钢筋的纵向从中间切开，然后在切开后的两根钢筋中间各挖出一凹槽，在上下半对相应位置凹槽内粘贴多个带导线的微型应变片，再把两根切开的螺纹钢筋和普通钢筋捆扎成钢筋试件，导线从钢筋试件的一端部引出到外部，钢筋试件的另一端部用环氧封口处理，组成钢筋试件的两个切开后的钢筋之间的接缝处均进行环氧封口处理，备用；

步骤二，钢筋混凝土试件的制备：将步骤一制得的钢筋试件放置在模具槽内、两端部分别穿过第一挡板和第二挡板，然后向测试模具内浇筑混凝土，得钢筋混凝土试件，备用；

步骤三，钢筋混凝土试件的处理：将步骤二制得的钢筋混凝土试件进行标准养护，脱模；然后将钢筋混凝土试件的未引出导线的另一端部裸露的钢筋端头切掉，再对钢筋混凝土试件表面进行打磨平整处理至光滑，最后在钢筋混凝土试件表面人工涂黑白相间的散斑，备用；

步骤四，对钢筋混凝土锈蚀过程全场应力场监测进行监测：

将步骤三制得的钢筋混凝土试件上所引出的导线连接应变采集仪，用以采集微型应变片的数值；

在钢筋混凝土试件外部采用CCD摄像机实时采集钢筋混凝土试件的正表面和上表面的图像，直至钢筋混凝土试件完全开裂，有锈蚀产物从正面溢出则停止采集。

如上所述的钢筋混凝土锈蚀过程全场应力场监测方法，优选，所述步骤一中，对螺纹钢筋和普通钢筋除锈打磨之前先进行酸洗；优选地，酸洗所采用的酸性溶液为盐酸溶液；再优选地，所述盐酸溶液中盐酸：水的比例为 (8-13)：100。

如上所述的钢筋混凝土锈蚀过程全场应力场监测方法，优选，所述步骤四中，所述应变采集仪所采用的是DH3815N静态应变采集仪；优选地，所述步骤三中，标准养护周期为28d。

如上所述的钢筋混凝土锈蚀过程全场应力场监测方法，优选，所述步骤一中，导线与微型应变片上的细丝用焊锡电性连接，以保证导线与微型应变片之间的良好通路。

与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有如下优异效果：

本实用新型试验测试模具搭设方便，测量环境和隔振要求较低，可控性强，完成单个试验周期短，钢筋混凝土试件易加工制作，占用空间小，成本低，制备简单，且能够对钢筋混凝土试件结构的全寿命周期内锈蚀进行全场实时监测，可以得到一个整体宏观的模型；本实用新型不仅可以在实验室中进行，也可以结合工程实际进行实时监测，为结构安全评价提供新的测量方法。

附图说明

图1为本实用新型实施例中钢筋混凝土锈蚀的测试试件模具的结构示意图；

图2为图1的微型应变片的安装示意图；

图3为本实用新型实施例中数字图像相关系统组成示意图；

图4为本实用新型实施例中图像处理系统原理图；

图5为本实用新型实施例中数字图像相关系统原理示意图；

图6为本实用新型实施例中钢筋混凝土试件内部应变片采集示意图；

图7为本实用新型实施例中钢筋混凝土试件全场应力监测系统示意图。

图中：1、模具槽；2、钢筋试件；101、第二挡板；102、第一挡板；201、切开后的钢筋；202、凹槽；203、微型应变片；204、导线。

具体实施方式

下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1-7所示，本实用新型提供一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具及锈蚀过程应力监测方法，测试模具包括：

模具槽1，所述模具槽1为长方体，且所述模具槽1上方开口、内部设有空腔；

挡板，所述挡板设置在所述模具槽1的空腔内，且所述挡板包括第一挡板102和第二挡板101；第一挡板102固定设置在所述模具槽1的一端，第二挡板101固定设置在所述模具槽1的另一端，且第一挡板102与所述模具槽1一端内侧壁的之间预留空间，第二挡板101紧贴所述模具槽1另一端的内侧壁；

钢筋试件2，所述钢筋试件2位于所述模具槽1的空腔内，且钢筋试件2 一端部穿过第一挡板102、另一端部穿过第二挡板101，第一挡板102和第二挡板101起辅助加固成型的作用；所述钢筋试件2为两根不同钢筋的各自的一部分粘贴组合在一起的试件，在钢筋试件2内部粘贴有多个带导线204的微型应变片203，导线204从钢筋试件2的一端部引出到外部，钢筋试件2 的另一端部密封；

混凝土，混凝土浇筑整个模具槽1的剩余空腔内，与所述钢筋试件2粘接在一起，得尺寸为100mm×100mm×250mm的钢筋混凝土试件。

第一挡板102和第二挡板101均竖直固定卡设在所述模具槽1的内腔内，挡板的下底面与所述模具槽1的槽底接触，挡板的两个侧壁面与所述模具槽 1的两个侧壁面接触。

钢筋试件2的结构具体为：两根钢筋分别为规格是Φ20mm的螺纹钢筋和普通钢筋，两根钢筋沿纵向切开，再各取切开后的一部分又重新粘接在一起组成钢筋试件2；

每根切开后的钢筋201的两部分的中部均开挖有直径15mm的半圆形凹槽202，凹槽202内粘贴有四个带导线204的微型应变片203，微型应变片 203沿凹槽202的长度方向间隔62.5mm均匀分布，导线204从钢筋的一端部引出到外部，此处凹槽202的直径设置为15mm主要是为了方便粘贴微型应变片203；

钢筋混凝土锈蚀过程全场应力场监测方法包括如下步骤：

步骤一，钢筋试件2的制备：考虑不同种类钢筋对试件锈蚀的不同影响，分别取螺纹钢筋和普通钢筋各一根，先利用比例(8-13)：100的盐酸溶液进行酸洗，然后对螺纹钢筋和普通钢筋进行除锈打磨，沿螺纹钢筋和普通钢筋的纵向从中间切开，然后在切开后的两根钢筋中间各挖出一凹槽202，在上下半对相应位置凹槽202内粘贴多个带导线204的微型应变片203，其中导线204与微型应变片203上的细丝用焊锡电性连接，以保证导线204与微型应变片203之间的良好通路，再把两根切开的螺纹钢筋和普通钢筋捆扎成钢筋试件2，导线204从钢筋试件2的一端部引出到外部，钢筋试件2的另一端部用环氧封口处理，组成钢筋试件2的两个切开后的钢筋201之间的接缝处均进行环氧封口处理，备用；

步骤二，钢筋混凝土试件的制备：将步骤一制得的钢筋试件2放置在模具槽1内、两端部分别穿过第一挡板102和第二挡板101，然后向测试模具内浇筑混凝土，得钢筋混凝土试件，备用；

步骤三，钢筋混凝土试件的处理：将步骤二制得的钢筋混凝土试件进行 28d的标准养护，脱模，按照混凝土浇筑后应及时养护且养护时间不得少于 28d的标准，本监测方法中的养护周期定为28d；

然后将钢筋混凝土试件的未引出导线204的另一端部裸露的钢筋端头切掉，再对钢筋混凝土试件表面进行打磨平整处理至光滑，最后在钢筋混凝土试件表面人工涂黑白相间的散斑，备用，散斑主要是为了保证采集面像素点的唯一性，具体做法是人工用手拿哑光漆往试件表面进行喷洒；

步骤四，采用型号为DH3815N的静态应变采集仪对钢筋混凝土锈蚀过程全场应力场监测进行监测：

将步骤三制得的钢筋混凝土试件上所引出的导线204连接应变采集仪，用以采集微型应变片203的数值；

在钢筋混凝土试件外部采用CCD摄像机实时采集钢筋混凝土试件的正表面和上表面的图像，直至钢筋混凝土试件完全开裂，有锈蚀产物从正面溢出则停止采集，这是因为一旦钢筋混凝土试件锈蚀后其裂缝将扩展到表面最后会逐渐沿纵向贯穿整个试件，正面和后面也会溢出锈蚀物，从观察的角度考虑，正面锈蚀物的溢出情况便于观察。

本实施例中，图1-2所示，是钢筋混凝土试件的制作过程，先取普通钢筋和螺纹钢筋各一条，然后分别沿中线将其切开，然后在切开后的钢筋中部开挖凹槽，再在凹槽内安装带导线的微型应变片，然后将成半的钢筋通过线束捆扎在一起，将不带导线的端部和两半钢筋的接缝处进行环氧封口处理，然后解开线束，将钢筋试件放置到试件模具内的第一和第二挡板上，再进行混凝土的浇筑，最终得到钢筋混凝土试件；

本具体实施例为了保证钢筋混凝土试件表面采集像素时的唯一性，在钢筋混凝土试件表面采用人工喷洒哑光漆所形成的散斑(未图示)。

图3所示，钢筋混凝土试件外部由两个白光光源、CCD相机和计算机组成一套外部的光测监测系统，具体过程为：两个白光光源对钢筋混凝土试件进行光照补光，然后CCD相机同步周期性的采集钢筋混凝土试件表面的变化图像；

图4所示，光照监测系统的工作过程为：CCD相机周期性的对钢筋混凝土试件的表面进行拍摄照片，然后采集到的照片传输回电脑，再由MATLAB 相关的图像处理软件进行对相片像素点位移变化的处理，转换成相关点的应变值。)

图5所示，具体说明散斑存在的意义，通过前后变形进行数学转换成应变值，(a)变形前图像代表物体没有锈胀开裂时的像素点，(b)变形后图像是发生锈胀开裂后的像素点受力的移动位置既形状；

图3-5所示，该方法采用DH3815N静态应变采集仪、CCD摄像机，光源、计算机、电源、钢筋混凝土试件组成，将采集的钢筋内部应变值与试件外部采集的光测照片数据相结合，形成一套完整的监测系统。

具体实施时，保证光源的亮度与稳定性，静态应变采集仪采取每隔5min 采集一组数据，CCD摄像机采取每隔30min采集一组照片，直至钢筋混凝土试件完全开裂，有锈蚀物从正面溢出则停止采集。

该监测方法可直接测得钢筋内部应变值，并将由CCD摄像机采集的照片通过相关Matlab软件进行相关计算，得到表面的应变值、位移量以及对应像素。将其值相结合，并通过已有文献所提供的钢筋锈胀力计算公式可得出钢筋混凝土试件锈蚀过程中的受力情况，最终形成一个整体宏观的理论模型。

实施例2

如图6-7所示，在本实施例中，为了加速钢筋混凝土试件的锈蚀速率，在钢筋混凝土试件内设置溶液和不锈钢片，具体做法为：

步骤一，先在钢筋混凝土试件的做制作过程中所形成的试件凹槽内放置一块可以导电的不锈钢片；

步骤二，在不锈钢片上方的试件凹槽内添加可以加速钢筋混凝土试件锈蚀速率的溶液；

步骤三，在不锈钢片上接通电源的阴极，在钢筋混凝土试件表面接通电源的阳极，这样就形成了一个电加速效果的闭合回路。

添加的溶液加速了钢筋混凝土的锈蚀速率，此外，不锈钢片和钢筋混凝土上添加外部电源可以形成一个加速锈蚀速率的闭合回路，进一步加速了钢筋混凝土试件的锈蚀速率，使得本监测方法的实验周期得以缩短。其他实施步骤与实施例1相同，在此不再赘述。

表1为利用本监测方法所得到的钢筋混凝土试件的应变值、位移量和像素值的具体数值。

表1采用本监测方法所得出的应变值、位移量和像素值

综上所述，本实用新型的技术方案还具有如下有益技术效果：

本实用新型提出的钢筋混凝土锈蚀过程全场应力场监测法，与现有的技术相比，本实用新型实验测试模具搭设方便，测量环境和隔振要求较低，可控性强，完成单个试验周期短，试件易加工制作，占用空间小，成本低，制备简单，且可以对于钢筋混凝土试件混凝土结构全寿命周期内钢筋锈蚀全场实时进行监测，可以得到一个整体宏观的模型。

本监测方法不仅可以在实验室中进行，也可以结合工程实际进行实时监测，为结构安全评价提供新的测量方法。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本实用新型待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，所述测试模具包括：

模具槽，所述模具槽为长方体，且所述模具槽上方开口、内部设有空腔；

挡板，所述挡板设置在所述模具槽的空腔内，且所述挡板包括第一挡板和第二挡板；第一挡板固定设置在所述模具槽的一端，第二挡板固定设置在所述模具槽的另一端，且第一挡板与所述模具槽一端内侧壁的之间预留空间，第二挡板紧贴所述模具槽另一端的内侧壁；

钢筋试件，所述钢筋试件位于所述模具槽的空腔内，且钢筋试件一端部穿过第一挡板、另一端部穿过第二挡板，第一挡板和第二挡板起辅助加固成型的作用；所述钢筋试件为两根不同钢筋的各自的一部分粘贴组合在一起的试件，在钢筋试件内部粘贴有多个带导线的微型应变片，导线从钢筋试件的一端部引出到外部，钢筋试件的另一端部密封；

混凝土，所述混凝土浇筑整个模具槽的剩余空腔内，与所述钢筋试件粘接在一起，得钢筋混凝土试件。

2.如权利要求1所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，所述第一挡板和第二挡板均竖直固定卡设在所述模具槽的内腔内，挡板的下底面与所述模具槽的槽底接触，挡板的两个侧壁面与所述模具槽的两个侧壁面接触。

3.如权利要求1所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，所述钢筋试件的结构具体为：两根钢筋沿纵向切开，再各取切开后的一部分又重新粘接在一起组成钢筋试件；

每根切开后的钢筋的两部分的中部均开挖有凹槽，凹槽内粘贴有多个带导线的微型应变片，导线从钢筋的一端部引出到外部。

4.如权利要求3所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，所述钢筋试件由切开后的螺纹钢筋和普通钢筋组成。

5.如权利要求4所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，所述螺纹钢筋和普通钢筋的规格为Φ20mm。

6.如权利要求1所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，所述钢筋混凝土试件的尺寸为100mm×100mm×250mm。

7.如权利要求3所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，所述凹槽为半圆形凹槽。

8.如权利要求7所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，所述半圆形凹槽的直径为15mm。

9.如权利要求3所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，多个所述微型应变片沿凹槽的长度方向间隔62.5mm均匀分布。

10.如权利要求1所述的一种钢筋混凝土锈蚀的测试模具，其特征在于，所述微型应变片的数量是四个。