混凝土抗压强度智能检测仪及其检测方法

王文明

(新疆巴州领先科技有限公司，新疆巴州建设工程质量检测中心，库尔勒 841000)



混凝土抗压强度智能检测仪及其检测方法

王文明

(新疆巴州领先科技有限公司，新疆巴州建设工程质量检测中心，库尔勒 841000)

从技术背景、研制目的及其设计思路着手，介绍了混凝土抗压强度智能检测仪(国家专利产品)的组成结构及其检测方法。并通过具体实例，进一步阐述了该检测方法(国家专利技术)的自动化，减少或避免对混凝土结构的损伤，降低各种影响因素，从而提高检测精度，可广泛应用于建筑、铁路、交通、水运、港工等行业的混凝土结构实体抗压强度的现场检测，且具有环保、经济等优点。

混凝土抗压强度；智能检测仪；检测方法

0 引言

混凝土作为现时建筑的主要构成体，其性能直接影响建筑的安全，其抗压强度为重要的性能参数。现有技术中，对混凝土抗压强度的检测方法包括传统试验机法、回弹法、钻芯法、超声回弹综合法、后锚固法和剪压法等多种。本文所述的智能检测仪结构简单，检测过程实现自动化，且较为环保经济，适用于现场对混凝土试件进行检测，可最大限度地减少或避免对混凝土结构的损伤，并减少或避免检测过程中的各种影响因素，从而提高检测精度。从技术背景、研制目的及其设计思路方面着手，结合具体实施例，介绍混凝土抗压强度智能检测仪(国家专利产品)的组成结构及其检测方法(国家专利技术)。

1 背景技术

1.1 传统试验机法

该方法采用万能试验机或压力试验机对边长为150mm的混凝土标准件进行抗压试验，从而得到极限破坏荷载，再根据极限破坏荷载与混凝土标准件的受压面积，计算混凝土的抗压强度。该方法存在的缺陷为：检测过程产生的建筑垃圾多，不环保；仪器设备庞大，不便于携带；检测精度受检测过程中的加载速率和人员操作等各种因素影响。

1.2 回弹法

该方法通过测定混凝土表面的硬度，进而推定混凝土的抗压强度，检测精度较低。

1.3 钻芯法

在结构或构件中钻取混凝土试样，并将试样切割、加工、养护后，在传统试验机上通过抗压试验得到混凝土抗压强度。该方法存在的缺陷为：操作过程繁琐，且对混凝土构件或混凝土结构造成较大的损伤；在加工混凝土进行试验的过程中，存在较多的影响因素。

1.4 超声回弹综合法

该方法通过在混凝土表面测定硬度，并通过内部超声波的波速综合推定混凝土的抗压强度，检测精度较单一方法要高。该方法存在的缺陷为：操作过程繁琐，需要进行内部超声波的波速测定，受现场环境条件限制。

1.5 后锚固法

该方法通过在混凝土表层30mm的范围内，将嵌入在混凝土中的后锚固法的破坏体拨出，测定拨出力，进而推定混凝土的抗压强度。该方法存在的缺陷为：破坏体对混凝土结构或混凝土构件造成损伤，且在检测过程中，其应力复杂，对检测结果的影响因素较多。

1.6 剪压法

通过剪压仪对混凝土构件的直角边施加垂直于混凝土构件的承压面的剪压力，进而推定混凝土的抗压强度。该方法存在的缺陷为：检测过程中，对混凝土构件造成损伤，且受混凝土构件的形状、检测位置、检测范围及混凝土构件的厚度等条件限制，操作繁琐，检测精度较低。

2 研制目的、设计思路及其优点

2.1 研制目的

该智能检测仪研制目的旨在解决现有技术中的混凝土抗压强度的检测方法存在对混凝土构件造成破坏、操作繁琐、时间长、设备较大以致不便于携带、检测过程应力复杂及受人员操作因素影响以致检测精度较低及不环保的问题。本文介绍的混凝土抗压强度智能检测仪及其检测方法，已申报实用新型专利和发明专利(专利号分别为：201320429800.6、201310303529.6)。目前，实用新型专利已经授权，发明专利已经公布。

2.2 设计思路

该智能检测仪的设计思路是通过对呈矩形状或环形状的混凝土试件进行抗压强度检测。即：在该仪器的底座上相间布置两支撑柱，在支撑柱上设有相应尺寸的试件夹，将被测试件置于试件夹内，通过对加载机构进行加载，并将加载数据通过压力传感器上传到电性连接的数据处理系统。

2.3 优点

与现有技术相比，按照该设计思路设计的智能检测仪用于对混凝土试件进行检测，不会对混凝土构件造成破坏，且减少检测过程中对混凝土试件的影响因素，从而提高检测精度。整个检测过程简单，较易实现；其结构简单，小型化，便于携带，且适用于现场检测；其检测过程实现自动化，避免人员操作等因素影响检测精度，并且较为环保，成本低。该检测仪所检测的混凝土试件的检测龄期范围广，凡能成型的混凝土试件，都能进行抗压强度检测，最早可至1天，可为预应力混凝土的张拉和放张以及混凝土早龄期的施工提供技术保障；可适用于C10～C100不同龄期的结构工程的混凝土抗压强度的检测，广泛应用于建筑、铁路、交通、水运、港工等行业的混凝土结构实体抗压强度的检测。

3 仪器构成、检测方法及实施方式

3.1 仪器构成

混凝土抗压强度智能检测仪由底座、支撑柱、试件夹、摇杆、连接平板、导轨结构、加载机构、加压支条、连接平板、操作键、显示屏、压力传感器、数据处理系统及其相应的USB口或串线口等构成，如图1所示。

10.显示屏；11.底座；12.加载机构；13.摇杆；14.支撑柱；15.试件夹；16.压力传感器； 17.连接平板；18.加压支条；19.操作键；100.导轨结构；151.通孔； A.轨槽连接处图1 混凝土抗压强度智能检测仪及轨槽连接放大示意图

检测仪的支撑柱相间布置，呈竖状设于底座上，其上设有试件夹。压力传感器电性连接数据处理系统和加载机构，位于两支撑柱的中间位置，其上端覆盖有呈水平放置的连接平板，连接平板上凸设有加压支条，加压支条呈直条状，置于两试件夹的中间位置。

3.2 检测方法

检测仪用于对呈矩形状或环形状的混凝土试件进行抗压强度检测，具体检测方法如下：

1)将混凝土试件放置在两试件夹之间，通过试件夹固定混凝土试件，使压力传感器上的连接平板及加压支条抵接于混凝土试件的中间位置；

2)启动加载机构，使压力传感器朝上移动，给混凝土试件的中间位置施加压力载荷；

3)通过加载机构逐次加大压力传感器施加在混凝土试件中间位置的压力载荷，直至混凝土试件被破坏，得到混凝土试件被破坏瞬间的载荷极限值，通过数据处理系统确定该混凝土试件的抗压强度；

4)重复操作上述的步骤，直至确定多个混凝土试件的抗压强度，并通过数据处理机构，得到多个混凝土试件的平均抗压强度。

3.3 具体实施方式

以下结合具体实例对智能检测仪的具体实施进行详细的描述，仅用以解释仪器研制的情况，如图1所示。

本实例提供的智能检测仪，用于对混凝土试件抗压强度进行检测，混凝土试件为矩形状或环形状，如圆柱状等，且混凝土试件的直径范围为30～50mm，其长度不小于60mm。根据实际需求，混凝土试件的直径以及长度也可以设置为其它的数据，并不仅限制于本实例中的数值。

本实例中，底座包括支撑脚以及连接在支撑脚上的支撑板，支撑板为呈水平放置的平板，可以保证其上的其它结构保持水平状态。底座的结构形状可以多样化，并不仅限制于本实施例中的形状，只要能起到支撑效果即可。两支撑柱呈竖状设置在底座上，且相间布置，也就是两者之间具有间距，在各支撑柱上设有试件夹，两个试件夹相向设置，可以用于夹住两者之间的混凝土试件，以使其保持固定状态。数据处理机构及加载机构分别设置在底座上，数据处理机构可以是可嵌入编程的电子元件。

在底座上还设有压力传感器，该压力传感器连接在加载机构上，由加载机构驱动上下移动，压力传感器位于两试件夹的中间位置的下方，也就是位于两支撑柱的中间位置，且与两支撑柱呈直线布置，其上覆盖有连接平板，在该连接平板上凸设有加压支条，该加压支条恰好位于两支撑柱的中间位置。在加载系统的驱动下，压力传感器以及其上的连接平板、加压支条可以在底座上上下移动。混凝土抗压强度智能检测仪试件夹的下端与其支撑柱的上端通过导轨结构活动连接，导轨结构的方向沿两支撑柱的连线方向布置。在支撑柱的上端面设置有轨槽，该轨槽沿两支撑柱的连线方向延伸布置，试件夹的下端凸设有导轨，该导轨嵌入在轨槽中，从而实现试件夹与支撑柱之间的活动连接。轨槽也可以设置在试件夹的下端，导轨设置在支撑柱的上端，从而也可以实现试件夹与支撑柱之间的活动连接。本示意图中，轨槽为燕尾槽，也可以是其它形状的轨槽，并不仅限制于本示意图的结构形式。

混凝土抗压强度智能检测仪连接平板上凸设有用于插入混凝土试件的插销，呈竖状布置，位于连接平板的中间位置。连接平板上还设有插销，该插销位于连接平板的中间位置，当混凝土试件固定好位置后，通过插销插设在混凝土试件的中间位置，可使连接平板及加压支条抵接在混凝土试件上。连接平板上设置的加压支条抵压在混凝土试件的中间位置，由于加压支条与混凝土试件的相互作用面积较小，在加载机构逐次加大载荷，直至混凝土试件被破坏的过程中，可大大减少加载机构在施加载荷过程中的施加力。

混凝土抗压强度智能检测仪试件夹中设有供混凝土试件插设的通孔，通孔贯穿所述试件夹的两侧端，其中心线沿两试件夹的连线方向布置。试件夹活动连接在支撑柱上，其通过导轨结构连接在支撑柱上，且导轨结构沿两支撑柱的连线方向延伸，从而通过移动两试件夹，可以缩短或增大两者之间的间距，以使两试件夹可以用于夹住不同长度的混凝土试件。本文中，试件夹中设置有贯穿其两侧端的通孔，该通孔的中心线沿两试件夹的连线方向延伸布置，当试件夹固定混凝土试件时，混凝土试件的两端可以放置在其通孔中，便于混凝土试件的固定。上述设置在连接平板上的加压支条，其轴线垂直于混凝土试件的轴线，两者呈垂直布置，也就是垂直于两试件夹的连线，可大大提高检测精度。

混凝土抗压强度智能检测仪底座上还设有用于显示数据处理机构(图中未标示)输出数据的显示屏以及用于控制数据处理机构的操作键，显示屏及操作键分别电性连接于数据处理机构。为便于数据传递，数据处理机构还设有数据连接口。该数据连接口可以多样化，如USB口、串线口等，便于数据处理机构中的数据输出，也便于向其内输入所需的程序或数据。

本文中，在底座上还设有显示屏及操作键，显示屏及操作键分别连接于数据处理机构，便于用户观看混凝土试件的抗压强度的数值，且通过操作键，可以对数据处理机构进行操作，以使其按照用户的要求进行操作。

为了使检测仪实现一体化，数据处理机构封装在壳体中，该壳体连接在底座上。底座的下端设有槽轨，既可减少底座的重量，也便于底座与外部设备的连接；或在底座下端设有多个连接件，如螺栓、螺孔等，这些连接件便于底座的固定，或与外部设备的连接。混凝土抗压强度智能检测仪加载机构包括传动机构以及由传动结构驱动相对于底座上下移动的移动端，其压力传感器连接于该移动端。

加载机构可为液压缸模式，也可采用传动机构模式。

本文中的加载机构采用传动机构模式，包括移动端以及传动机构。当加载机构采用传动机构时，传动机构可以是齿轮机构，或者连接杆等。移动端连接在传动机构上，从而利用传动结构的驱动，使得移动端上下移动，压力传感器连接在移动端上。为了便于用户对混凝土试件加载载荷，传动机构上连接有摇杆，用户通过摇动摇杆，可以操作传动机构，从而实现压力传感器对混凝土试件进行施加载荷。摇杆布置在底座的一侧外，便于用户操作摇杆。

当加载机构采用液压缸时，压力传感器连接于液压缸的伸缩杆，此伸缩杆呈竖状布置。

为了实现全自动化操作，上述的加载机构也可以为自动加载结构，当需要对混凝土试件进行施加载荷时，可以通过控制元件，控制自动操作压力传感器上下移动，直至混凝土试件被破坏。

压力传感器电性连接于数据处理机构，其产生的压力数值可以输入数据处理机构中进行处理，并对应输出要求的数值。该智能检测仪的操作步骤按3.2检测方法进行。

4 结论

该智能检测仪及其检测方法具有以下特点：

1)用于对混凝土试件直接检测，得到抗压强度，不会对混凝土构件造成破坏，且减少检测过程中对混凝土试件的影响因素，从而提高检测精度，且整个检测过程简单，较易实现；

2)所检测的混凝土试件的检测龄期范围广，凡能成型的混凝土试件，都能进行抗压强度检测，最早可至1天，可为预应力混凝土的张拉和放张以及混凝土早龄期的施工提供技术保障，可适用于C10～C100不同龄期的结构工程的混凝土抗压强度的检测；

3)该智能检测仪结构简单、小型化、便于携带，且适用于现场检测，其检测过程实现自动化，避免人员操作等因素影响检测精度，并且较为环保，成本低；

4)广泛应用于建筑、铁路、交通、水运、港工等行业的混凝土结构实体抗压强度的检测。

[1] 王文明.混凝土检测标准解析与检测鉴定技术应用指南.北京：中国建筑工业出版社，2011

[2] 王文明.建设工程质量检测鉴定实例及应用指南.北京：中国建筑工业出版社，2008

[3] 王文明主编.新编建设工程无损检测技术发展与应用.北京：中国水利水电出版社，2012

[4] 王文明主编.直拔法检测混凝土抗压强度技术规程，中国建筑工业出版社,2012

[5] 王文明,张荣成.《高强混凝土强度检测技术规程》实施指南及检测新技术. 北京：中国建筑工业出版社，2014

[6] 王文明.直拔法检测混凝土抗压强度试验研究.混凝土世界，2012(5)

[7] 王文明.抗剪法检测混凝土抗压强度技术研究.混凝土世界，2012(12)

[8] 王文明.抗折法检测混凝土抗压强度技术研究.混凝土世界，2013(8)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.4.16