CN208206703U - 一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置，包括：切割结构用于将混凝土棱柱试块切割成长细比大于等于2的试件；磨光结构用于将切割后的试件沿长度方向的两个端面打磨光滑；混凝土多功能检测结构的传感器接触涂抹有凡士林的试件检测试件的动弹性模量。本实用新型能够快捷、准确地检测混凝土棱柱试块的即有实时静弹性模量，避免大量冗余的试块静压试验；操作简单、成本低廉，可避免购买大型压力试验机等试验设备，可有效降低工程成本；所用公式可减小利用间接数据推导带来的误差。
Description
技术领域
本实用新型属于土木工程检测技术领域，特别涉及一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置。
技术背景
混凝土弹性模量是混凝土材料最为重要的力学指标之一，它不仅能够直接反映混凝土材料的刚度特性及混凝土结构的变形特性，同时还能间接反映混凝土材料的老化特性及混凝土结构的内部破坏特性。所以混凝土弹性模量的即有实时精确检测具有十分重要的意义。
现有测量混凝土棱柱试块静弹性模量主要有两种方法。一种是直接测量法，即运用现行规范中的静压法测量其弹性模量。然而静压法条件比较苛刻，需要大型压力试验机等多种设备，造成工程成本居高不下。同时静压试验需要耗费大量的时间，进一步增加工程成本。另一种是间接测量法，首先用回弹法或超声回弹综合法等方法检测出混凝土棱柱试块的轴心抗压强度，然后再利用混凝土弹性模量与轴心抗压强度之间的关系换算出混凝土棱柱试块弹性模量。然而由于回弹法属表面硬度法，超声回弹综合法虽能综合反映混凝土结构的内部密实程度和外部表面硬度，但目前尚无统一的混凝土弹性模量与轴心抗压强度之间的定量关系。由于轴心抗压强度和弹性模量的增长趋势并不一致，很可能当混凝土抗压强度满足设计要求时，混凝土弹性模量尚低于设计指标。因此，间接法会导致一系列的计算误差，不能准确测量出混凝土的弹性模量。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置，能够快捷、准确地检测混凝土棱柱试块的即有实时静弹性模量，避免大量冗余的试块静压试验；操作简单、成本低廉，可避免购买大型压力试验机等试验设备，可有效降低工程成本；所用公式可减小利用间接数据推导带来的误差。
一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置，其特征在于，包括：
切割结构用于将混凝土棱柱试块切割成长细比大于等于2的试件(1)；磨光结构用于将试件(1)沿长度方向的两个端面打磨光滑；混凝土多功能检测结构(2)的传感器接触涂抹有凡士林的试件(1)检测试件(1)的动弹性模量。
优选的，所述混凝土棱柱试块尺寸为150mm×150mm×300mm。
优选的，使用所述混凝土多功能检测结构(2)的冲击回波法中的单面反射法检测C15以上混凝土棱柱试块的动弹性模量。
凡士林用于使所述混凝土多功能检测结构(2)中的传感器更好的贴合于试件(1)。实际工程中只使用某些等级的混凝土，并不会讨论弹性模量过小乃至于接近0的混凝土，本实用新型适用于C15以上混凝土。
与现有技术相比，本实用新型能够快捷、准确地检测混凝土棱柱试块的即有实时静弹性模量，避免大量冗余的试块静压试验；操作简单、成本低廉，可避免购买大型压力试验机等试验设备，可有效降低工程成本；所用公式可减小利用间接数据推导带来的误差。
附图说明
图1是理论上的混凝土应力-应变的关系图。
图2是实施例1中的Ec/Ed系数理论增长曲线，横坐标为动弹性模量Ed，纵坐标为静弹性模量/动弹性模量系数y。
图3是实施例2中的Ec/Ed系数理论增长曲线，横坐标为动弹性模量Ed，纵坐标为静弹性模量Ec。
图4是实施例中的检测装置示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型提供的一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置进行详细描述。
图1表示的是一般情况下混凝土材料的应力/应变关系。对于大多数工程材料而言，在单轴应力状态下，当应力小于材料的弹性极限时，材料的变形是弹性的，且一般认为其应力与应变之前存在简单的线性关系，这类材料称之为线弹性体。但是对于混凝土材料，应力—应变之间的关系从一开始就是非线性的，在应力小于弹性极限时卸载，它将沿着原来的加载曲线返回到初始状态。如图1所示：当变形较小时即在初始阶段为弹性变形；当变形增大，材料则进入塑性变形阶段。应力越大，该点切线的斜率越小，而斜率代表弹性模量。混凝土弹性模量静压试验中采用对混凝土施加三分之一棱柱试件破坏极限荷载的外力，通过测定在该应力范围内长轴向截面所产生的应变来计算混凝土静弹性模量。在测定混凝土静弹性模量过程中混凝土试件受力产生了较大变形，混凝土内部骨料水泥浆体以及两者之间的胶结面都会受到较大力学作用。冲击回波法是利用激振锤在试件表面产生弹性波，通过弹性波在试件内传播速度来确定弹性模量。该方法得到的是小应变状态下的弹性模量，属于动弹性模量。一般认为材料动弹性模量比静弹性模量大，即冲击回波法得到的结果较静压试验测定的结果要大。同时，动弹性模量为材料的初始切线模量，而静弹性模量是应力—应变关系中弹性段的割线模量。根据图1中应力-应变的关系，由曲线斜率可知，冲击回波法测定的混凝土动弹性模量应大于等于混凝土的静弹性模量。
理论上一种材料的动弹性模量大于等于静弹性模量。由图1可知，在达到弹性极限前，材料越逼近弹性体，加载曲线越逼近于直线。当材料完全是弹性体时，加载曲线就是直线。即随着材料逼近弹性体，静弹性模量无线逼近动弹性模量。当材料完全是弹性体时，静弹性模量等于动弹性模量。具体到混凝土材料，越逼近弹性体意味着静弹性模量越大，亦即动弹性模量越大。即混凝土实际弹性模量越大(标号越高)，静弹性模量越逼近动弹性模量，静弹性模量与动弹性模量的比值越逼近1。
通过切割机将混凝土棱柱试块切割成长细比大于等于2的试件1；通过磨光机将试件1沿长度方向的两个端面打磨光滑；通过混凝土多功能检测仪2的传感器接触涂抹有凡士林的试件1，利用基于冲击回波法的单面发射法检测试件1的动弹性模量。
进一步的，通过动-静弹性模量数值关系，利用测得的试件1的动弹性模量推导出试件1的静弹性模量，即得待测混凝土棱柱试块的静弹性模量。
根据动-静弹性模量的数值关系，静弹性模量/动弹性模量系数小于等于1，动弹性模量越大，静弹性模量/动弹性模量系数越逼近于1但不会超过1。
静弹性模量/动弹性模量系数理论增长曲线应是指数曲线，如图2所示，其渐近线是y＝1，公式如公式(1)所示。
式中：Ed为动弹性模量，y为静弹性模量/动弹性模量系数，参数a、b均大于0。
将测得的试件1的动弹性模量Ed代入公式(1)，可得此动弹性模量状态下相应的静弹性模量/动弹性模量系数，将该系数乘以动弹性模量，可得试件1的静弹性模量，即混凝土棱柱试块的静弹性模量。
另一种方式：
根据动-静弹性模量的数值关系，动弹性模量大于等于静弹性模量，动弹性模量越大，静弹性模量越逼近动弹性模量但不会超过动弹性模量。
静弹性模量、动弹性模量关系理论曲线应是双曲线，如图3所示，其渐近线是静弹性模量＝动弹性模量，即Ec＝Ed，公式如公式(2)所示。
式中：Ed为动弹性模量，Ec为静弹性模量，Ed大于等于c。
将测得的试件1的动弹性模量Ed代入公式(2)，可得试件1在此动弹性模量状态下相应的静弹性模量，即混凝土棱柱试块的静弹性模量。
实施例
以某实验室制作的混凝土标准棱柱试块(尺寸为150mm×150mm×300mm)的弹性模量检测为例，本实用新型提供的一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置，具体步骤为：
1、使用磨光机将试块沿长度方向的两个端面打磨光滑制作试件；
2、使用混凝土多功能检测仪和凡士林，利用基于冲击回波法的单面发射法检测试件的动弹性模量；
3、根据动-静弹性模量数值关系，利用测得的试件的动弹性模量推导出试件的静弹性模量，即得该混凝土棱柱试块的静弹性模量。
该例中，混凝土标号为C55，取标准养护28天后的1组(6个)棱柱试块做静压试验，确定3个静弹性模量。(1组试验3个试块做轴心抗压强度试验，3个做弹性模量试验，所以弹性模量数据只有3个。)3个试块两端打磨光滑，满足长细比要求。通过混凝土多功能检测仪检测得到3个动弹性模量，经过两种函数换算，得到各自的静弹性模量，并与前期的试块静压试验测得的静弹性模量比较，结果如表格1、2所示。
由于各标号混凝土性质不同，不同规格的混凝土参数a,b,c不同。当混凝土强度等级为C55时，a取12.77046，b取0.11366，c取18.16515。
表1指数曲线推导静弹性模量与静压弹性模量比较，GPa
表2双曲线推导静弹性模量与静压弹性模量比较，GPa
由表格1、2可知，本实用新型所述方法检测混凝土棱柱试块静弹性模量误差较小，在工程许可范围内可以满足精度要求。
与现有技术相比，本实用新型所述的一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置，能够快捷、准确地检测混凝土棱柱试块的即有实时静弹性模量，避免大量冗余的试块静压试验；操作简单、成本低廉，可避免购买大型压力试验机等试验设备，可有效降低工程成本；所用公式可减小利用间接数据推导带来的误差。
以上所述实施方式，仅为本实用新型较有代表性的具体实施方式，但本实用新型所保护技术方案并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可从本实用新型公开的内容直接导出或轻易想到的所有变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置，其特征在于，包括：
切割结构用于将混凝土棱柱试块切割成长细比大于等于2的试件(1)；磨光结构用于将试件(1)沿长度方向的两个端面打磨光滑；混凝土多功能检测结构(2)的传感器接触涂抹有凡士林的试件(1)检测试件(1)的动弹性模量。
2.根据权利要求1所述的基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置，其特征在于，使用所述混凝土多功能检测结构(2)的冲击回波法中的单面反射法检测C15以上混凝土棱柱试块的动弹性模量。
Priority Applications (1)
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| CN201820889111.6U CN208206703U (zh) | 2018-06-08 | 2018-06-08 | 一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置 |
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| CN201820889111.6U CN208206703U (zh) | 2018-06-08 | 2018-06-08 | 一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置 |
Publications (1)
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| CN208206703U true CN208206703U (zh) | 2018-12-07 |
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Family Applications (1)
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| CN201820889111.6U Expired - Fee Related CN208206703U (zh) | 2018-06-08 | 2018-06-08 | 一种基于冲击回波的混凝土棱柱试块静弹性模量检测装置 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN208206703U (zh) |
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2018
- 2018-06-08 CN CN201820889111.6U patent/CN208206703U/zh not_active Expired - Fee Related
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