專利名稱：微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法及其實現(xiàn)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于建筑業(yè)、土木工程、水利工程領域，涉及混凝土強度檢測技術。
背景技術：
受到服役環(huán)境的影響，既有建筑結構的混凝土材料自身性能和力學指標都會產(chǎn)生不 利于建筑結構服役安全的變化。對既有建筑結構的混凝土材料的檢測是確定結構混凝土 強度和評定建筑結構服役安全性的必要手段。
在國內，用于混凝土強度現(xiàn)場檢測的技術或設備都有一定的局限性?，F(xiàn)有的有損檢 測技術由于對結構造成損傷而逐漸被新型的微損檢測技術和無損檢測技術取代。而采用 較多的無損檢測技術在對結構服役環(huán)境和結構服役時間的適用性方面難以滿足工程需 求。尤其是對服役時間較長的既有建筑結構，無法滿足現(xiàn)場快速準確檢測老化結構混凝 土材料強度的要求。
目前，現(xiàn)場檢測混凝土強度的方法有回彈法、鉆芯法、拔出法和射擊法。其中， 回彈法屬于無損檢測方法；鉆芯法、拔出法和射擊法屬于微損檢測方法?；貜椃z測的
是結構混凝土的表面硬度，同時要求混凝土的服役時間一般要求在28天 1000天之間， 無法滿足老化混凝土強度檢測的要求；鉆芯法對結構造成傷害，削弱結構的截面，影響 承載力，降低結構安全儲備，同時該方法執(zhí)行的過程較為復雜，不宜作為現(xiàn)場快速檢測 手段；拔出法是用專用工具拔出已置入混凝土的錨具，來測定混凝土抗壓強度的一種測 試方法，也對結構造成一定程度的損傷，而且操作過程較為復雜，不能滿足快速檢測的
需求；射擊法有安全問題外，受火藥、槍機零件質量和混凝土表層中粗骨料等因素的影
響較大，檢測精度難以保證，所得檢測數(shù)據(jù)的離散性較大，射釘法很少在國內工程上正 式應用。
因此，研究一種能夠在現(xiàn)場快速檢測混凝土強度的技術和方法已經(jīng)成為本領域眾多 研究人員的目標。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法及其實現(xiàn)裝置，用于檢測 既有結構上混凝土的強度，是一種微損的快速的現(xiàn)場檢測技術。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是 一種微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其包括以下步驟
1) 鉆頭鉆入待測混凝土水平放置面測區(qū)，測定單點鉆入時效值；
2) 重復步驟l)，測得多點混凝土鉆入時效值；
3) 剔除鉆入時效值中的奇異值，取平均值作為該待測混凝土的鉆入時效值；
4) 根據(jù)C = 得到待測混凝土的強度，其中C為混凝土強度；為測試面 為水平面時的鉆入時效值平均；"為鉆入時效與強度的換算系數(shù)。
進一步，鉆頭鉆入時間為30秒，對選定測區(qū)編號并測定該多點鉆入時效值。 鉆頭鉆入深度不大于5cm，鉆孔直徑不大于lcm。
測定的多點鉆入時效值不少于10個，推薦測區(qū)數(shù)為16個，相鄰兩測區(qū)的間距控制 在2m以內，測區(qū)離構件端部或施工縫邊緣的距離不大于0.5m ，且不小于0.2m。
混凝土構件尺寸小于4.5mX0.3m的構件，其測區(qū)數(shù)量可適當減少，但不少于5個。 該鉆頭鉆入過程中明顯接觸到粗骨料，不計該次測試結果。
測試前采用1%的酚酞酒精溶液測得碳化深度，根據(jù)測得的碳化深度去除所測試結構 表面的碳化層或鉆頭鉆至平均碳化深度后再開始計時測試。當結構測試面為非水平面時，= ，其中^^為測試面為水平面時的鉆入時
效；^為測試面為非水平面時的鉆入時效；/ 為非水平面鉆入時效與水平面鉆入時效的 換算系數(shù)。
壓力傳感器每0.5秒采集鉆機上所施加力的大小，在測試結束后取其測得的平均值為 該次測試所施加的力，y = "1+ (<T '— ，，其中^為經(jīng)過強度折算后的鉆入時
效；^'為實際測得的鉆入時效；O"為實驗室標定時所用的標準力；O"'為實際測試時所 施加的力；Z為單位施加力與標準力偏差所引起的鉆進時效偏差的換算系數(shù)。
一種微損現(xiàn)場混凝土強度檢測裝置，其包括鉆機、鉆頭、施力架、外力監(jiān)控器，鉆 頭通過鉆機的夾具夾緊固定，鉆機表面設有導槽進而通過導槽約束施力架，外力監(jiān)控器 固定于施力架上。
該施力架包括后座板、手柄，后座板和手柄通過螺栓連接固定。
該外力監(jiān)控器包括壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集器、顯示器和保護外殼。壓力傳感器位于 外力監(jiān)視器最下端；數(shù)據(jù)采集器位于壓力傳感器上側且與壓力傳感器直接接觸；保護外 殼將壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集器的上側及周側包圍以達到保護作用；顯示器直接焊接或粘 結在保護外殼的上側。
該后座板與外力監(jiān)控器焊接或粘結在一起。
一種微損現(xiàn)場混凝土強度檢測技術，該技術包括基本原理和基本設備兩個部分構成。
基本原理-
通過考察規(guī)定時間內混凝土試樣的可鉆性，與該類試樣在實驗室條件下標定的混凝 土強度相比較，進而得到混凝土的可鉆性與強度之間的關系。該方法利用試驗前選定的 鉆機在混凝土試樣上選定測區(qū)內進行鉆機時效性測定。認為，當鉆機的功率(以鉆機轉 速表示的)、鉆桿的質量(以鉆頭的磨損程度來表示的)、鉆桿的直徑三個因素是固定 的值時，混凝土的可鉆性主要取決于混凝土的力學性質?；炷恋膹姸仍礁?，受混凝土 抗力影響鉆進阻力或者說混凝土抗力就越高，單位時間內鉆進混凝土的深度就越??；混 凝土的強度越低，鉆進的阻力就越小，單位時間內鉆進混凝土的深度就越大。鉆機的功 率，以鉆機每分鐘的轉數(shù)來表示是固定的值，是鉆機的基本性能指標之一；合格的鉆桿 和鉆頭的材料性質是一定。
該方法通過對測區(qū)內混凝土的鉆入時效指標進行統(tǒng)計分析，比對實驗室標定的混凝 土強度標準，得出測區(qū)內混凝土的強度。首先對選定測區(qū)內的單點混凝土鉆入時效進行 測定，得出單點鉆入時效，而后在該測區(qū)內進行一定數(shù)目的測點鉆入時效的測定，并從 中剔除奇異值，對剩余的測點鉆入時效取平均值，就認定該測區(qū)混凝土強度的檢測值。 其基本換算公式為
C = "^ (i.i)
式中C為測得混凝土強度；為該測試面為水平面時的鉆入時效值平均；"為
鉆入時效與強度的換算系數(shù)，該系數(shù)由實驗室試驗測定。其中，鉆入時效定義為單位時
間內(30s) —定功率(與標定時所用鉆機一致)的鉆機鉆入所測試混凝土的深度。
在此測定過程中，結構因素、環(huán)境因素、設備因素和對設備的操作因素是影響混凝 土強度測得值與混凝土強度實際值的主要因素。因對這些因素進行具體分析，得出各種 不同因素的影響方式和影響效應，以修正測試結果，進而保證其可靠度。下面對各因素 的影響和應對方法進行概括性描述
1. 結構因素主要為測試面所處方向對測試的影響。本方法實驗室標定混凝土 強度時， 一般采用水平面鉆入時效指標。當結構測試面為非水平面時，要求 按式(1.2)對其鉆入時效進行折算-
(1.2)式中WA為測試面為水平面時的鉆入時效；^為測試面為非水平面時的鉆 入時效；"為非水平面鉆入時效與水平面鉆入時效的換算系數(shù)，該系數(shù)有實 驗室試驗測定。
2. 環(huán)境因素主要為測試結構所處環(huán)境的溫濕度、二氧化碳含量和酸堿鹽含量 等方面的影響。這些因素主要對混凝土表面影響較大。利用鉆入時效方法進 行測試時，為消除這些因素的影響，可采用1%的酚酞酒精溶液測得碳化深 度，然后根據(jù)測得的碳化深度去除所測試結構表面的碳化層。
3. 設備因素主要為設備的功率、鉆桿的質量和鉆桿的直徑等方面的影響。使 用該方法測試混凝土強度時，應采用與實驗室試驗標定一樣的設備。亦可指 定標準測試設備，以便于該方法推廣。
4. 操作因素主要是操作人員施加的動力不同。本方法采用在施力架與鉆機之 間加入壓力傳感器的方法控制施力。該壓力傳感器每0.5秒采集所施加力的 大小，在測試結束后取其測得的平均值為該次測試所施加的力。根據(jù)該力的 大小可按式(1.3)對鉆入時效進行換算
^=H1 +-V (1.3)
式中^為經(jīng)過強度折算后的鉆入時效；^ '為實際測得的鉆入時效；<T 為實驗室標定時所用的標準力；O"'為實際測試時所施加的力；/為單位施 加力與標準力偏差所引起的鉆進時效偏差的換算系數(shù)，該系數(shù)由實驗室試驗
綜合^慮以上各因素后的鉆進時效與混凝土強度的換算公式為
d外(l+(— ' (1.4)
式中C為測得混凝土強度；《為鉆入時效與強度的換算系數(shù)；々為非水平面鉆
入時效與水平面鉆入時效的換算系數(shù)；；r為單位施加力與標準力偏差所引起的鉆進時效 偏差的換算系數(shù)；cr為實驗室標定時所用的標準力；O"'為實際測試時所施加的力；y'
為實際測得的鉆入時效。
a、 / 和y均為實驗室測得值，CT為規(guī)定的標準力，這幾個值均為已知值，在實 際使用過程中可制定成表，以方便使用換算。使用該方法測試混凝土強度時，實際所施 加的力O"'為傳感器自動采集，因此，只需要測得在某構件上的鉆入時效^'即可根據(jù)表 格快速得出所測混凝土的強度。
基本設備
該技術中包含的設備主要有鉆機、鉆頭、施力架和外力監(jiān)控器。
外力監(jiān)控器由壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集器、液晶顯示屏以及外部保護裝置四個部件構 成。壓力傳感器是用來監(jiān)測作用在鉆機上的外力；數(shù)據(jù)采集器則釆集壓力傳感器信號， 并將其轉換為壓力，在液晶顯示屏上顯示出來，并進行數(shù)據(jù)存儲；外部保護裝置主要是 用來保護內部傳感器和數(shù)據(jù)采集器。
鉆頭由鉆機的夾具夾緊。施力架包括控制手柄和后座板，外力監(jiān)控器與后座板通過 焊接或粘結方式連接在一起，然后在通過連接螺栓和控制手柄連接?？刂剖直c鉆機間 之間由導槽提供水平約束，不限制二者之間的豎直位移。通過以上連接方式，各部件形 成測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)中，鉆機提供鉆進動力，并和鉆頭共同提供對混凝土試樣的鉆進。 鉆進過程中，人所施加在鉆機上的外力由外力監(jiān)控器傳遞。同時，由外力監(jiān)控器監(jiān)視并 記錄測試過程中施加外力的大小，以進行對施加外力的進行控制和轉換。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點
1、可測試任意服役時間混凝土的強度；2、 對結構造成傷害較小，鉆入深度一般不大于5cm，鉆孔直徑一般不大于lcm (由 鉆頭直徑控制)，不削弱結構的截面，不影響結構承載力。
3、 執(zhí)行的過程較為簡單，宜作為現(xiàn)場快速檢測手段，可根據(jù)由鉆入時效査表迅速得 出混凝土強度。
本發(fā)明可用于土木工程、水利工程、礦山工程、核電工程等工程領域服役時間較長 的結構混凝土強度的檢測，該測試儀易于操作，操作方便，是一種新型的現(xiàn)場混凝土強 度檢測裝置。


圖1為本發(fā)明實施例的裝置示意圖。 圖2后座板示意圖。 圖3外力監(jiān)控器示意圖。 圖4外力監(jiān)控器A-A剖面圖。
具體實施例方式
以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明一種微損現(xiàn)場混凝土強度檢測技術，并涉及一種使用該方法進行測試的儀器。
具體操作如下
1、 組裝檢測裝置。如圖l-圖4所示，該儀器主要有鉆機3、鉆頭4、施力架和
外力監(jiān)控器7。外力監(jiān)控器7可以作為固定部件，或者根據(jù)需要臨時組裝，其 由壓力傳感器11、數(shù)據(jù)采集器13、液晶顯示屏10以及外部保護裝置12四個
部件構成。壓力傳感器11是用來監(jiān)測作用在鉆機上的外力；數(shù)據(jù)采集器13則
采集壓力傳感器信號，并將其轉換為壓力，在液晶顯示屏IO上顯示出來，并 進行數(shù)據(jù)存儲；外部保護裝置主要是用來保護內部傳感器11和數(shù)據(jù)采集器 13。施力架包括控制手柄2和后座板6，外力監(jiān)控器7與后座板6通過焯接或 粘結方式連接在一起，然后在通過連接螺栓1穿過后座板6的螺栓孔9和控制 手柄2連接?？刂剖直?與鉆機4間之間由鉆機4上的導槽8提供水平約束， 不限制二者之間的豎直位移。鉆頭4由鉆機3的夾具夾緊。該系統(tǒng)中，鉆機3 提供鉆進動力，并和鉆頭4共同提供對混凝土試樣5的鉆進。鉆進過程中，人 所施加在鉆機上的外力由外力監(jiān)控器7傳遞。同時，由外力監(jiān)控器7監(jiān)視并記 錄測試過程中施加外力的大小，以進行對施加外力的進行控制和轉換。
2、 按照所需檢測結構的范圍選定測區(qū)。本方法適用于單一構件或結構及批量構件 或結構(在相同的生產(chǎn)工藝條件下，混凝土強度等級相同，原材料、配合比、 成型工藝、養(yǎng)護條件基本一致且齡期相近的同類結構或構件)，按批進行檢測 的構件，抽檢數(shù)量不得少于同批構件總數(shù)的某一比例或某一最小數(shù)量。抽檢構 件時，應隨機抽取并使所選構件具有代表性。每一結構或構件測區(qū)數(shù)不應少于 10個，推薦測區(qū)數(shù)為16個，對某一方向尺寸小于4.5m且另一方向尺寸小于 0.3m的構件，其測區(qū)數(shù)量可適當減少，但不應少于5個；相鄰兩測區(qū)的間距 應控制在2m以內，測區(qū)離構件端部或施工縫邊緣的距離不宜大于0.5m ，且 不宜小于0.2m;測區(qū)應選在使測試儀器的鉆頭處于水平方向檢測混凝土澆筑 側面。當不能滿足這一要求時，可使測試儀器鉆頭處于非水平方向檢測混凝土 澆筑側面、表面或底面，并根據(jù)式1.4進行修正；測區(qū)宜選在構件的兩個對稱 可測面上，也可選在一個可測面上，且應均勻分布。在構件的重要部位及薄弱 部位必須布置測區(qū)，并應避開預埋件。應避開粗骨料，若鉆入過程中明顯接觸 到粗骨料，應不計該次測試結果。
3、 測區(qū)處理。測得碳化深度，將碳化層去除以避免碳化對混凝土強度的影響。亦 可鉆至平均碳化深度后再開始計時測試。4、 開始測試。將外力施加在控制手柄或者后座板上，鉆機在混凝土表面自由旋 進，同時對鉆頭進行澆水冷卻處理，以保持鉆頭的基本性能。外力可以人工提 供，保持恒定或在較小的浮動范圍內，同時數(shù)據(jù)采集器將采集外力大小，并得 出測試過程中的均值。測試過程中用秒表記錄鉆機旋進的時間， 一般控制在 30秒，或采用直接可定時的鉆機進行鉆進，鉆入深度一般不大于5cm，鉆孔 直徑一般不大于lcm (由鉆頭直徑控制)。測試結束后用游標卡尺量測鉆機旋 入混凝土的深度，以確定鉆入時效值。在各個測區(qū)重復此過程。結構或構件的 測區(qū)應標有清晰的編號，必要時應在記錄紙上描述測區(qū)布置示意圖和外觀質量 情況。
5、 測試結果處理。對所測試結構各個測區(qū)的數(shù)據(jù)進行處理，綜合考慮結構因素、 環(huán)境因素、設備因素和環(huán)境因素，根據(jù)所給公式或直接査表得到各個測區(qū)的強 度。計算均值時，可去除3個最大值和3個最小值，取剩余IO個值的平均值 為所測區(qū)域的強度。若一個測區(qū)的測試值有較大偏移時，可采用同條件試件或 鉆取混凝土芯樣進行修正。
6、 將收集到的數(shù)值按照固定的方式進行處理并對結構加以修正，最終得到目標結 構混凝土的強度值。
本發(fā)明突破了現(xiàn)有快速檢測方法在結構混凝土服役時間上的限制，對服役時間較長 的結構混凝土檢測能達到較好的檢測效果。本發(fā)明可用于土木工程、水利工程、礦山工 程、核電工程等工程領域服役時間較長的結構混凝土強度的檢測，該測試儀易于操作， 操作方便，是一種新型的現(xiàn)場混凝土強度檢測裝置。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。 熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一 般原理應用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施 例，本領域技術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明 的保護范圍之內。
權利要求
1、一種微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其特征在于其包括以下步驟1)鉆頭鉆入待測混凝土水平放置面測區(qū)，測定單點鉆入時效值；2)重復步驟1)，測得多點混凝土鉆入時效值；3)剔除鉆入時效值中的奇異值，取平均值作為該待測混凝土的鉆入時效值；4)根據(jù)C＝αΨh得到待測混凝土的強度，其中C為混凝土強度；Ψh為測試面為水平面時的鉆入時效值平均；α為鉆入時效與強度的換算系數(shù)。
2、 如權利要求1所述的微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其特征在于鉆頭鉆入時間 為30秒，對選定測區(qū)編號并測定該多點鉆入時效值。
3、 如權利要求2所述的微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其特征在于鉆頭鉆入深度 不大于5cm，鉆孔直徑不大于lcm。
4、 如權利要求1或2所述的微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其特征在于測定的多 點鉆入時效值不少于10個，推薦測區(qū)數(shù)為16個，相鄰兩測區(qū)的間距控制在2m以內，測 區(qū)離構件端部或施工縫邊緣的距離不大于0.5m ，且不小于0.2m。
5、 如權利要求4所述的微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其特征在于混凝土構件尺 寸小于4.5mx0.3m的構件，其測區(qū)數(shù)量可適當減少，但不少于5個。
6、 如權利要求l所述的微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其特征在于該鉆頭鉆入過 程中明顯接觸到粗骨料，不計該次測試結果。
7、 如權利要求l所述的微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其特征在于測試前采用 1%的酚酞酒精溶液測得碳化深度，根據(jù)測得的碳化深度去除所測試結構表面的碳化層或 鉆頭鉆至平均碳化深度后再開始計時測試。
8、 如權利要求l所述的微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其特征在于當結構測試面 為非水平面時，^A = ，其中^^為測試面為水平面時的鉆入時效；^為測試面為 非水平面時的鉆入時效；/ 為非水平面鉆入時效與水平面鉆入時效的換算系數(shù)。
9、 如權利要求1或8所述的微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法，其特征在于壓力傳感 器每0.5秒采集鉆機上所施加力的大小，在測試結束后取其測得的平均值為該次測試所施加的力，^ = r(i+(cr °"V,，其中^為經(jīng)過強度折算后的鉆入時效；^'為實際測得的鉆入時效；cr為實驗室標定時所用的標準力；cr'為實際測試時所施加的力；7為單位施加力與標準力偏差所引起的鉆進時效偏差的換算系數(shù)。
10、 實現(xiàn)權利要求l所述方法的裝置，其特征在于其包括鉆機、鉆頭、施力架、外 力監(jiān)控器，鉆頭通過鉆機的夾具夾緊固定，鉆機表面設有導槽進而通過導槽約束施力架，外力監(jiān)控器固定于施力架上。
11、如權利要求10所述的裝置，其特征在于該施力架包括后座板、手柄，后座板和手柄通過螺栓連接固定。
12、 如權利要求10所述的裝置，其特征在于該外力監(jiān)控器包括壓力傳感器、數(shù)據(jù) 采集器、顯示器和保護外殼，壓力傳感器位于外力監(jiān)視器最下端；數(shù)據(jù)采集器位于壓力 傳感器上側且與壓力傳感器直接接觸；保護外殼將壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集器的上側及周 側包圍以達到保護作用；顯示器直接焊接或粘結在保護外殼的上側。
13、 如權利要求ll所述的裝置，其特征在于該后座板與外力監(jiān)控器焊接或粘結在 一起。
全文摘要
一種微損現(xiàn)場混凝土強度檢測方法及其實現(xiàn)裝置，屬于建筑及土木工程領域，該裝置包括鉆頭、鉆機、施力架及外力監(jiān)控器，該外力監(jiān)控器安裝于施力架上檢測施力架上所受外力。工作時外力對施力架施力，與施力架相連的鉆機旋進，進而鉆頭鉆入混凝土內測定鉆入時效值，重復多次，測定多點鉆入時效值，剔除其中的奇異值后得到均值，根據(jù)C＝αψ_h，得到混凝土強度。本發(fā)明結構簡單，操作方便，可以應用于服役時間較長的結構混凝土強度的檢測。
文檔編號G01N3/00GK101419144SQ20081020328
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權日2008年11月25日
發(fā)明者劉穎浩, 姚旭朋, 獻 柳, 虞春龍, 洋 遲 申請人:同濟大學