CN208334278U - 一种基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，包括：用于探测无钢筋区域的钢筋保护层检测结构设置在待测混凝土结构表面；混凝土钻芯结构横向或纵向固定在待测混凝土结构上用于在已确定的无钢筋区域处钻取芯样；切割结构将芯样切割成长细件并且通过磨光结构将长细件沿长度方向的两个端面打磨光滑得到试件；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。本实用新型能够方便、快捷、准确检测混凝土结构的即有实时动弹性模量和静弹性模量，避免大量冗余的试块制作养护工作以及利用间接数据推导带来的误差，能提供实时准确依据，可用于检测在建在役混凝土结构性能，保证工程顺利开展。
Description
技术领域
本实用新型属于土木工程检测技术领域，特别涉及一种基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置。
背景技术
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。
现有测量混凝土弹性模量主要有两种方法。一种是直接测量法，即混凝土结构浇筑施工时，依据规范取实际结构浇筑施工用的混凝土在浇筑施工现场制作标准试块，然后将制作的标准试块放入标准养护室内进行养护至规定龄期，最后再取出试块运用现行规范中的静压法测量其弹性模量来表征实际结构弹性模量的技术方法。然而由于实际结构的施工方式与养护条件与试块往往存在差异，使实际结构与试块混凝土弹性模量的发展趋势不同，从而使得用试块弹性模量来评定实际结构混凝土弹性模量存在较大误差。往往试块混凝土弹性模量已达到或超过设计要求，但在实际结构尚未达到标准。而且该方法仅适用于在建工程，而对于在役工程却无法实施。此外试块法还无法考虑混凝土弹性模量的时变效应及空间效应，即实际结构的弹性模量是随时间和空间位置而变化的。另一种是间接测量法，是指利用混凝土弹性模量与抗压强度之间的关系，首先用回弹法或超声回弹综合法等方法检测出混凝土的抗压强度，然后再利用它们之间的关系换算出混凝土弹性模量的技术方法。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，目前尚无统一的混凝土弹性模量与抗压强度之间的定量关系。由于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，简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钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，能够方便、快捷、准确检测混凝土结构的即有实时动弹性模量，避免大量冗余的试块制作养护工作以及利用间接数据推导带来的误差，能提供实时准确依据，可用于检测在建在役混凝土结构性能，保证工程顺利开展。
一种基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，其特征在于，包括：
钢筋保护层检测结构，设置在待测混凝土结构(1)表面，用于探测无钢筋区域；
混凝土钻芯结构(2)横向或纵向固定在待测混凝土结构(1)上用于在已确定的无钢筋区域处钻取芯样；切割结构用于将芯样切割成长细件并且通过磨光结构将长细件沿长度方向的两个端面打磨光滑得到试件(3)；
混凝土多功能检测结构(4)的传感器接触涂抹有凡士林的试件通过冲击回波检测试件的动弹性模量。
优选的，所述混凝土钻芯结构(2)的钻头钻芯直径为50mm或75mm。
优选的，所述试件(3)为长细比大于等于2的圆柱形试件。
优选的，所述混凝土多功能检测结构(4)为单面反射冲击回波检测装置。
使用钢筋保护层检测仪在待测混凝土结构(1)表面探测出无钢筋区域用于避免后续取出的芯样含有钢筋。凡士林用于使所述混凝土多功能检测结构(4)中的传感器更好的贴合于试件(3)。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，本实用新型所述的一种基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，能够方便、快捷、准确检测混凝土结构的即有实时动弹性模量和静弹性模量，避免大量冗余的试块制作养护工作以及利用间接数据推导带来的误差，能提供实时准确依据，可用于检测在建在役混凝土结构性能，保证工程顺利开展。
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1和2中的检测装置示意图。
图5是试样的示意图。
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钻芯取样冲击回波的混凝土结构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。
本实用新型提供了一种基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，通过钢筋保护层检测仪在待测混凝土结构1表面探测出无钢筋区域；将混凝土钻芯机2固定在待测混凝土结构1上后在已确定的无钢筋区域处钻取芯样；通过切割机将芯样切割成长细件并且通过磨光机将长细件沿长度方向的两个端面打磨光滑得到试件3；通过混凝土多功能检测仪 4和凡士林利用冲击回波法检测试件3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3的动弹性模量推导出试件3 的静弹性模量，即得待测混凝土结构1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3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3的静弹性模量，即待测混凝土结构1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3的动弹性模量Ed代入公式(2)，可得试件3在此动弹性模量状态下相应的静弹性模量，即待测混凝土结构1的静弹性模量。
实施例
以某桥梁工程中装配式预制箱梁的弹性模量检测为例，本实用新型提供的一种基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，具体步骤为：
1、使用钢筋保护层检测仪在待测混凝土结构表面探测出无钢筋区域；
2、将混凝土钻芯机固定在待测混凝土结构上，从待测混凝土结构上已确定的无钢筋区域处钻取芯样；
3、使用切割机将上述芯样切割成长细比大于等于2的试件；
4、使用磨光机将上述试件沿长度方向的两个端面打磨光滑；
5、使用混凝土多功能检测仪和凡士林，利用冲击回波法检测上述试件的动弹性模量；
6、根据动-静弹性模量数值关系，利用测得的上述试件的动弹性模量推导出上述试件的静弹性模量，即得待测混凝土结构的静弹性模量。
该例中，混凝土标号为C55，取浇筑梁时同时制作的1组(6个)棱柱试块做静压试验，确定静压弹性模量。(1组试验3个试块做抗压强度试验，3个做弹性模量试验，所以弹性模量数据只有3个。)在该梁腹板选6个位置取芯，取芯位置分别为该梁腹板两侧2个中点和4个四分点，取芯钻头直径为75mm，芯样直径为74mm，腹板厚度为180mm，芯样两端打磨光滑，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，并与同期制备的标养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双曲线推导静弹性模量与静压弹性模量比较，GPa
表2指数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钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，能够方便、快捷、准确检测混凝土结构的即有实时动弹性模量和静弹性模量，避免大量冗余的试块制作养护工作以及利用间接数据推导带来的误差，能提供实时准确依据，可用于检测在建在役混凝土结构性能，保证工程顺利开展。
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 (4)
1.一种基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，其特征在于，包括：
钢筋保护层检测结构，设置在待测混凝土结构(1)表面，用于探测无钢筋区域；
混凝土钻芯结构(2)横向或纵向固定在待测混凝土结构(1)上用于在已确定的无钢筋区域处钻取芯样；切割结构用于将芯样切割成长细件并且通过磨光结构将长细件沿长度方向的两个端面打磨光滑得到试件(3)；
混凝土多功能检测结构(4)的传感器接触涂抹有凡士林的试件通过冲击回波检测试件的动弹性模量。
2.根据权利要求1所述的基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，其特征在于，所述混凝土钻芯结构(2)的钻头钻芯直径为50mm或75mm。
3.根据权利要求2所述的基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，其特征在于，所述试件(3)为长细比大于等于2的圆柱形试件。
4.根据权利要求3所述的基于钻芯取样冲击回波的混凝土结构弹性模量检测装置，其特征在于，所述混凝土多功能检测结构(4)为单面反射冲击回波检测装置。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110346172A (zh) * | 2019-08-07 | 2019-10-18 | 徐州工业职业技术学院 | 一种混凝土钻芯取样系统 |
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2018
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