混凝土抗壓強度智能檢測儀及其檢測方法

王文明

(新疆巴州領(lǐng)先科技有限公司，新疆巴州建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，庫爾勒 841000)

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混凝土抗壓強度智能檢測儀及其檢測方法

王文明

(新疆巴州領(lǐng)先科技有限公司，新疆巴州建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，庫爾勒 841000)

從技術(shù)背景、研制目的及其設(shè)計思路著手，介紹了混凝土抗壓強度智能檢測儀(國家專利產(chǎn)品)的組成結(jié)構(gòu)及其檢測方法。并通過具體實例，進一步闡述了該檢測方法(國家專利技術(shù))的自動化，減少或避免對混凝土結(jié)構(gòu)的損傷，降低各種影響因素，從而提高檢測精度，可廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路、交通、水運、港工等行業(yè)的混凝土結(jié)構(gòu)實體抗壓強度的現(xiàn)場檢測，且具有環(huán)保、經(jīng)濟等優(yōu)點。

混凝土抗壓強度；智能檢測儀；檢測方法

0 引言

混凝土作為現(xiàn)時建筑的主要構(gòu)成體，其性能直接影響建筑的安全，其抗壓強度為重要的性能參數(shù)。現(xiàn)有技術(shù)中，對混凝土抗壓強度的檢測方法包括傳統(tǒng)試驗機法、回彈法、鉆芯法、超聲回彈綜合法、后錨固法和剪壓法等多種。本文所述的智能檢測儀結(jié)構(gòu)簡單，檢測過程實現(xiàn)自動化，且較為環(huán)保經(jīng)濟，適用于現(xiàn)場對混凝土試件進行檢測，可最大限度地減少或避免對混凝土結(jié)構(gòu)的損傷，并減少或避免檢測過程中的各種影響因素，從而提高檢測精度。從技術(shù)背景、研制目的及其設(shè)計思路方面著手，結(jié)合具體實施例，介紹混凝土抗壓強度智能檢測儀(國家專利產(chǎn)品)的組成結(jié)構(gòu)及其檢測方法(國家專利技術(shù))。

1 背景技術(shù)

1.1 傳統(tǒng)試驗機法

該方法采用萬能試驗機或壓力試驗機對邊長為150mm的混凝土標準件進行抗壓試驗，從而得到極限破壞荷載，再根據(jù)極限破壞荷載與混凝土標準件的受壓面積，計算混凝土的抗壓強度。該方法存在的缺陷為：檢測過程產(chǎn)生的建筑垃圾多，不環(huán)保；儀器設(shè)備龐大，不便于攜帶；檢測精度受檢測過程中的加載速率和人員操作等各種因素影響。

1.2 回彈法

該方法通過測定混凝土表面的硬度，進而推定混凝土的抗壓強度，檢測精度較低。

1.3 鉆芯法

在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中鉆取混凝土試樣，并將試樣切割、加工、養(yǎng)護后，在傳統(tǒng)試驗機上通過抗壓試驗得到混凝土抗壓強度。該方法存在的缺陷為：操作過程繁瑣，且對混凝土構(gòu)件或混凝土結(jié)構(gòu)造成較大的損傷；在加工混凝土進行試驗的過程中，存在較多的影響因素。

1.4 超聲回彈綜合法

該方法通過在混凝土表面測定硬度，并通過內(nèi)部超聲波的波速綜合推定混凝土的抗壓強度，檢測精度較單一方法要高。該方法存在的缺陷為：操作過程繁瑣，需要進行內(nèi)部超聲波的波速測定，受現(xiàn)場環(huán)境條件限制。

1.5 后錨固法

該方法通過在混凝土表層30mm的范圍內(nèi)，將嵌入在混凝土中的后錨固法的破壞體撥出，測定撥出力，進而推定混凝土的抗壓強度。該方法存在的缺陷為：破壞體對混凝土結(jié)構(gòu)或混凝土構(gòu)件造成損傷，且在檢測過程中，其應(yīng)力復(fù)雜，對檢測結(jié)果的影響因素較多。

1.6 剪壓法

通過剪壓儀對混凝土構(gòu)件的直角邊施加垂直于混凝土構(gòu)件的承壓面的剪壓力，進而推定混凝土的抗壓強度。該方法存在的缺陷為：檢測過程中，對混凝土構(gòu)件造成損傷，且受混凝土構(gòu)件的形狀、檢測位置、檢測范圍及混凝土構(gòu)件的厚度等條件限制，操作繁瑣，檢測精度較低。

2 研制目的、設(shè)計思路及其優(yōu)點

2.1 研制目的

該智能檢測儀研制目的旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的混凝土抗壓強度的檢測方法存在對混凝土構(gòu)件造成破壞、操作繁瑣、時間長、設(shè)備較大以致不便于攜帶、檢測過程應(yīng)力復(fù)雜及受人員操作因素影響以致檢測精度較低及不環(huán)保的問題。本文介紹的混凝土抗壓強度智能檢測儀及其檢測方法，已申報實用新型專利和發(fā)明專利(專利號分別為：201320429800.6、201310303529.6)。目前，實用新型專利已經(jīng)授權(quán)，發(fā)明專利已經(jīng)公布。

2.2 設(shè)計思路

該智能檢測儀的設(shè)計思路是通過對呈矩形狀或環(huán)形狀的混凝土試件進行抗壓強度檢測。即：在該儀器的底座上相間布置兩支撐柱，在支撐柱上設(shè)有相應(yīng)尺寸的試件夾，將被測試件置于試件夾內(nèi)，通過對加載機構(gòu)進行加載，并將加載數(shù)據(jù)通過壓力傳感器上傳到電性連接的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

2.3 優(yōu)點

與現(xiàn)有技術(shù)相比，按照該設(shè)計思路設(shè)計的智能檢測儀用于對混凝土試件進行檢測，不會對混凝土構(gòu)件造成破壞，且減少檢測過程中對混凝土試件的影響因素，從而提高檢測精度。整個檢測過程簡單，較易實現(xiàn)；其結(jié)構(gòu)簡單，小型化，便于攜帶，且適用于現(xiàn)場檢測；其檢測過程實現(xiàn)自動化，避免人員操作等因素影響檢測精度，并且較為環(huán)保，成本低。該檢測儀所檢測的混凝土試件的檢測齡期范圍廣，凡能成型的混凝土試件，都能進行抗壓強度檢測，最早可至1天，可為預(yù)應(yīng)力混凝土的張拉和放張以及混凝土早齡期的施工提供技術(shù)保障；可適用于C10～C100不同齡期的結(jié)構(gòu)工程的混凝土抗壓強度的檢測，廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路、交通、水運、港工等行業(yè)的混凝土結(jié)構(gòu)實體抗壓強度的檢測。

3 儀器構(gòu)成、檢測方法及實施方式

3.1 儀器構(gòu)成

混凝土抗壓強度智能檢測儀由底座、支撐柱、試件夾、搖桿、連接平板、導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)、加載機構(gòu)、加壓支條、連接平板、操作鍵、顯示屏、壓力傳感器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及其相應(yīng)的USB口或串線口等構(gòu)成，如圖1所示。

10.顯示屏；11.底座；12.加載機構(gòu)；13.搖桿；14.支撐柱；15.試件夾；16.壓力傳感器； 17.連接平板；18.加壓支條；19.操作鍵；100.導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)；151.通孔； A.軌槽連接處圖1 混凝土抗壓強度智能檢測儀及軌槽連接放大示意圖

檢測儀的支撐柱相間布置，呈豎狀設(shè)于底座上，其上設(shè)有試件夾。壓力傳感器電性連接數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和加載機構(gòu)，位于兩支撐柱的中間位置，其上端覆蓋有呈水平放置的連接平板，連接平板上凸設(shè)有加壓支條，加壓支條呈直條狀，置于兩試件夾的中間位置。

3.2 檢測方法

檢測儀用于對呈矩形狀或環(huán)形狀的混凝土試件進行抗壓強度檢測，具體檢測方法如下：

1)將混凝土試件放置在兩試件夾之間，通過試件夾固定混凝土試件，使壓力傳感器上的連接平板及加壓支條抵接于混凝土試件的中間位置；

2)啟動加載機構(gòu)，使壓力傳感器朝上移動，給混凝土試件的中間位置施加壓力載荷；

3)通過加載機構(gòu)逐次加大壓力傳感器施加在混凝土試件中間位置的壓力載荷，直至混凝土試件被破壞，得到混凝土試件被破壞瞬間的載荷極限值，通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)確定該混凝土試件的抗壓強度；

4)重復(fù)操作上述的步驟，直至確定多個混凝土試件的抗壓強度，并通過數(shù)據(jù)處理機構(gòu)，得到多個混凝土試件的平均抗壓強度。

3.3 具體實施方式

以下結(jié)合具體實例對智能檢測儀的具體實施進行詳細的描述，僅用以解釋儀器研制的情況，如圖1所示。

本實例提供的智能檢測儀，用于對混凝土試件抗壓強度進行檢測，混凝土試件為矩形狀或環(huán)形狀，如圓柱狀等，且混凝土試件的直徑范圍為30～50mm，其長度不小于60mm。根據(jù)實際需求，混凝土試件的直徑以及長度也可以設(shè)置為其它的數(shù)據(jù)，并不僅限制于本實例中的數(shù)值。

本實例中，底座包括支撐腳以及連接在支撐腳上的支撐板，支撐板為呈水平放置的平板，可以保證其上的其它結(jié)構(gòu)保持水平狀態(tài)。底座的結(jié)構(gòu)形狀可以多樣化，并不僅限制于本實施例中的形狀，只要能起到支撐效果即可。兩支撐柱呈豎狀設(shè)置在底座上，且相間布置，也就是兩者之間具有間距，在各支撐柱上設(shè)有試件夾，兩個試件夾相向設(shè)置，可以用于夾住兩者之間的混凝土試件，以使其保持固定狀態(tài)。數(shù)據(jù)處理機構(gòu)及加載機構(gòu)分別設(shè)置在底座上，數(shù)據(jù)處理機構(gòu)可以是可嵌入編程的電子元件。

在底座上還設(shè)有壓力傳感器，該壓力傳感器連接在加載機構(gòu)上，由加載機構(gòu)驅(qū)動上下移動，壓力傳感器位于兩試件夾的中間位置的下方，也就是位于兩支撐柱的中間位置，且與兩支撐柱呈直線布置，其上覆蓋有連接平板，在該連接平板上凸設(shè)有加壓支條，該加壓支條恰好位于兩支撐柱的中間位置。在加載系統(tǒng)的驅(qū)動下，壓力傳感器以及其上的連接平板、加壓支條可以在底座上上下移動?；炷量箟簭姸戎悄軝z測儀試件夾的下端與其支撐柱的上端通過導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)活動連接，導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的方向沿兩支撐柱的連線方向布置。在支撐柱的上端面設(shè)置有軌槽，該軌槽沿兩支撐柱的連線方向延伸布置，試件夾的下端凸設(shè)有導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌嵌入在軌槽中，從而實現(xiàn)試件夾與支撐柱之間的活動連接。軌槽也可以設(shè)置在試件夾的下端，導(dǎo)軌設(shè)置在支撐柱的上端，從而也可以實現(xiàn)試件夾與支撐柱之間的活動連接。本示意圖中，軌槽為燕尾槽，也可以是其它形狀的軌槽，并不僅限制于本示意圖的結(jié)構(gòu)形式。

混凝土抗壓強度智能檢測儀連接平板上凸設(shè)有用于插入混凝土試件的插銷，呈豎狀布置，位于連接平板的中間位置。連接平板上還設(shè)有插銷，該插銷位于連接平板的中間位置，當混凝土試件固定好位置后，通過插銷插設(shè)在混凝土試件的中間位置，可使連接平板及加壓支條抵接在混凝土試件上。連接平板上設(shè)置的加壓支條抵壓在混凝土試件的中間位置，由于加壓支條與混凝土試件的相互作用面積較小，在加載機構(gòu)逐次加大載荷，直至混凝土試件被破壞的過程中，可大大減少加載機構(gòu)在施加載荷過程中的施加力。

混凝土抗壓強度智能檢測儀試件夾中設(shè)有供混凝土試件插設(shè)的通孔，通孔貫穿所述試件夾的兩側(cè)端，其中心線沿兩試件夾的連線方向布置。試件夾活動連接在支撐柱上，其通過導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)連接在支撐柱上，且導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)沿兩支撐柱的連線方向延伸，從而通過移動兩試件夾，可以縮短或增大兩者之間的間距，以使兩試件夾可以用于夾住不同長度的混凝土試件。本文中，試件夾中設(shè)置有貫穿其兩側(cè)端的通孔，該通孔的中心線沿兩試件夾的連線方向延伸布置，當試件夾固定混凝土試件時，混凝土試件的兩端可以放置在其通孔中，便于混凝土試件的固定。上述設(shè)置在連接平板上的加壓支條，其軸線垂直于混凝土試件的軸線，兩者呈垂直布置，也就是垂直于兩試件夾的連線，可大大提高檢測精度。

混凝土抗壓強度智能檢測儀底座上還設(shè)有用于顯示數(shù)據(jù)處理機構(gòu)(圖中未標示)輸出數(shù)據(jù)的顯示屏以及用于控制數(shù)據(jù)處理機構(gòu)的操作鍵，顯示屏及操作鍵分別電性連接于數(shù)據(jù)處理機構(gòu)。為便于數(shù)據(jù)傳遞，數(shù)據(jù)處理機構(gòu)還設(shè)有數(shù)據(jù)連接口。該數(shù)據(jù)連接口可以多樣化，如USB口、串線口等，便于數(shù)據(jù)處理機構(gòu)中的數(shù)據(jù)輸出，也便于向其內(nèi)輸入所需的程序或數(shù)據(jù)。

本文中，在底座上還設(shè)有顯示屏及操作鍵，顯示屏及操作鍵分別連接于數(shù)據(jù)處理機構(gòu)，便于用戶觀看混凝土試件的抗壓強度的數(shù)值，且通過操作鍵，可以對數(shù)據(jù)處理機構(gòu)進行操作，以使其按照用戶的要求進行操作。

為了使檢測儀實現(xiàn)一體化，數(shù)據(jù)處理機構(gòu)封裝在殼體中，該殼體連接在底座上。底座的下端設(shè)有槽軌，既可減少底座的重量，也便于底座與外部設(shè)備的連接；或在底座下端設(shè)有多個連接件，如螺栓、螺孔等，這些連接件便于底座的固定，或與外部設(shè)備的連接?；炷量箟簭姸戎悄軝z測儀加載機構(gòu)包括傳動機構(gòu)以及由傳動結(jié)構(gòu)驅(qū)動相對于底座上下移動的移動端，其壓力傳感器連接于該移動端。

加載機構(gòu)可為液壓缸模式，也可采用傳動機構(gòu)模式。

本文中的加載機構(gòu)采用傳動機構(gòu)模式，包括移動端以及傳動機構(gòu)。當加載機構(gòu)采用傳動機構(gòu)時，傳動機構(gòu)可以是齒輪機構(gòu)，或者連接桿等。移動端連接在傳動機構(gòu)上，從而利用傳動結(jié)構(gòu)的驅(qū)動，使得移動端上下移動，壓力傳感器連接在移動端上。為了便于用戶對混凝土試件加載載荷，傳動機構(gòu)上連接有搖桿，用戶通過搖動搖桿，可以操作傳動機構(gòu)，從而實現(xiàn)壓力傳感器對混凝土試件進行施加載荷。搖桿布置在底座的一側(cè)外，便于用戶操作搖桿。

當加載機構(gòu)采用液壓缸時，壓力傳感器連接于液壓缸的伸縮桿，此伸縮桿呈豎狀布置。

為了實現(xiàn)全自動化操作，上述的加載機構(gòu)也可以為自動加載結(jié)構(gòu)，當需要對混凝土試件進行施加載荷時，可以通過控制元件，控制自動操作壓力傳感器上下移動，直至混凝土試件被破壞。

壓力傳感器電性連接于數(shù)據(jù)處理機構(gòu)，其產(chǎn)生的壓力數(shù)值可以輸入數(shù)據(jù)處理機構(gòu)中進行處理，并對應(yīng)輸出要求的數(shù)值。該智能檢測儀的操作步驟按3.2檢測方法進行。

4 結(jié)論

該智能檢測儀及其檢測方法具有以下特點：

1)用于對混凝土試件直接檢測，得到抗壓強度，不會對混凝土構(gòu)件造成破壞，且減少檢測過程中對混凝土試件的影響因素，從而提高檢測精度，且整個檢測過程簡單，較易實現(xiàn)；

2)所檢測的混凝土試件的檢測齡期范圍廣，凡能成型的混凝土試件，都能進行抗壓強度檢測，最早可至1天，可為預(yù)應(yīng)力混凝土的張拉和放張以及混凝土早齡期的施工提供技術(shù)保障，可適用于C10～C100不同齡期的結(jié)構(gòu)工程的混凝土抗壓強度的檢測；

3)該智能檢測儀結(jié)構(gòu)簡單、小型化、便于攜帶，且適用于現(xiàn)場檢測，其檢測過程實現(xiàn)自動化，避免人員操作等因素影響檢測精度，并且較為環(huán)保，成本低；

4)廣泛應(yīng)用于建筑、鐵路、交通、水運、港工等行業(yè)的混凝土結(jié)構(gòu)實體抗壓強度的檢測。

[1] 王文明.混凝土檢測標準解析與檢測鑒定技術(shù)應(yīng)用指南.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011

[2] 王文明.建設(shè)工程質(zhì)量檢測鑒定實例及應(yīng)用指南.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

[3] 王文明主編.新編建設(shè)工程無損檢測技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用.北京：中國水利水電出版社，2012

[4] 王文明主編.直拔法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程，中國建筑工業(yè)出版社,2012

[5] 王文明,張榮成.《高強混凝土強度檢測技術(shù)規(guī)程》實施指南及檢測新技術(shù). 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2014

[6] 王文明.直拔法檢測混凝土抗壓強度試驗研究.混凝土世界，2012(5)

[7] 王文明.抗剪法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)研究.混凝土世界，2012(12)

[8] 王文明.抗折法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)研究.混凝土世界，2013(8)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.4.16