一种浇筑半埋入式混凝土的模具及制造方法及浇筑方法
【专利摘要】本发明公开一种浇筑半埋入式混凝土的模具及制造方法及浇筑方法，属于钢筋混凝土结构物健监测技术领域，其包括有底模，安放于底模上的中模，以及将中模固定于底模上的顶模；底模上表面均匀分布有若干第一定位孔；中模呈上下两片对称的空心环体，环体腔体内壁上均匀分布有若干电极定位孔，电极定位孔的中部设有穿线孔；中模的上表面有若干第二定位孔；顶模上均匀设置有若干个第三定位孔，第三定位孔为通。本发明的模具浇筑的传感器和现有技术相比，一旦发生火灾后能够完整地保存火灾过程中建筑材料在火灾发生过程中的性能变化，收集到的数据更加的有效可靠；本发明构造简单、性能稳定、成本低廉，适用于土木工程中的广泛应用。
【专利说明】
一种浇筑半埋入式混凝土的模具及制造方法及浇筑方法
技术领域
[0001]本发明涉及钢筋混凝土结构物健监测技术领域，特别是一种浇筑半埋入式混凝土的模具及制造方法及浇筑方法。
【背景技术】
[0002]混凝土结构是量大面广的土木工程结构，在使用的期间可能遭受地震、台风、碰撞等动力灾变作用，造成结构损伤。因此及时准确地进行结构检测对于结构维修加固决策至关重要。目前，有很多结构局部损伤检测方法，如超声法、声发射、红外热像法、回弹法、同位素探测法等，这些检测方法的不足之处在于:(I)只能定性检测，无法给出结构内部真实的应力信息；(2)检测时效性差，无法得出结构损伤演化过程;(3)设备笨重、成本高。
[0003]为了得到混凝土结构动力损伤过程中的内部的应力信息，最直接有效的方法就是在结构的关键部位如梁柱节点区域埋入应力传感器。一般情况下，电阻应变式力传感器存在动态响应滞后、使用寿命短的缺点；压阻式力传感器制作工艺复杂、成本高；电容式力传感器输出特性的非线性较严重、测量精度低;测量动态应力的压电型动态应力传感器技术已很成熟，可制成体积较小的传感器埋入结构内部，但此种传感器外壳由金属制成，显著改变测点位置局部应力场而影响测量精度，且传感器与混凝土之间相容性差，在混凝土进入非线性阶段界面处容易分离失效，另外这类传感器通常使用石英材料作为敏感元件，价格昂贵，不易在土木工程结构中大量推广。
[0004]目前，埋入式混凝土损伤诊断传感元件主要有水泥基压电陶瓷传感元件和水泥基压电复合材料两种方式。大连理工大学的赵晓燕博士论文《基于压电陶瓷的结构健康监测及损伤诊断》中所提到的水泥基压电陶瓷传感元件，其不足之处是(I)所用水泥砂浆在混凝土结构高压应力水平下容易开裂，导致内部压电陶瓷片损坏，不适合动力损伤过程监测(2)压电片的位置不能得到保证，应力传递路径不确定；(3)不容易振捣密实;济南大学黄世峰在复合材料学报上发表的《1-3型水泥基压电复合材料传感器的性能》一文中提到的1-3型水泥基压电复合材料传感元件制作工艺较复杂、成本高。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中，半埋入式电极定位不准确，不利于及时准确地对建筑物进行结构检测的缺点，本发明提供了一种浇筑半埋入式混凝土的模具及制造方法及浇筑方法。
[0006]—种浇筑半埋入式混凝土的模具，包括有底模，安放于底模上的中模，以及将中模固定于底模上的顶模;底模上表面均匀分布有若干第一定位孔，第一定位孔包括通孔和半通孔，两个通孔为一组，两个半通孔为一组，两组定位孔间隔均匀分布；中模呈上下两片对称的空心环体，环体腔体内壁上均匀分布有若干电极定位孔，电极定位孔的中部设有穿通腔体内壁的穿线孔；中模的上表面均匀分布有若干第二定位孔，第二定位孔为通孔;顶模上均匀设置有若干个第三定位孔，第三定位孔为通孔，通孔的位置与底模的通孔位置相对应。
[0007]进一步的，底模整体呈凸台形，由上底板和下底板同心相叠放组成，所述上底板为圆环形，下底板为半径大于上底板的圆板，所述第一定位孔均位于上底板的圆环上表面;所述中模呈圆环形，所述电极定位孔分布腔体内壁的中间部位;所述顶模为扁平圆板，安放于中模上。
[0008]进一步的，底模下底板的外径为220-240mm，上底板的外径为200-220mm，下底板的内径与上底板的内径相一致；中模的腔体内径为90-100mm，外径为110-120mm，厚度为25-35mm;顶模的直径为110-120mm，厚度为8-12mm。
[0009]进一步的，电极定位孔为长方形，宽度为18-22mm，深度为18-22_，数量为16个;穿线孔的直径为4_6mm。
[0010]进一步的，电极定位孔中安装有带有电缆的电极，电缆穿过穿线孔与电极相连接，电极的形状与电极定位孔相配合，长度为36-44_。
[0011 ]更进一步的，底模，中模和顶模的材料均为Q235钢。
[0012]一种用于浇筑半埋入式混凝土的模具的制造方法，制造方法包括:
[0013]a.加工底模，将上圆板和下圆板的圆心重合叠放，在底模上表面均匀钻有通孔和半通孔；
[0014]b.加工中模，在中模腔体内壁上均匀开设若干电极定位孔，在电极定位孔的中部钻有穿线孔，在中模的上表面均匀钻出若干通孔；
[0015]c.加工顶模，在顶模上均匀钻出若干个通孔，通孔的位置与底模的通孔位置相对应；
[0016]d.加工电极，将碳纤维布粘结胶主剂浸渍胶和固化剂浸渍胶按照2:1的质量比例，混合搅拌2分钟，倒入嵌有电极片的立方体模块中，凝结硬化24h，电极制作完成。
[0017]一种用于浇筑半埋入式混凝土的模具的浇筑方法，方法包括:
[0018]a.放置底模，将底模平放于水平面上；
[0019]b.安装中模，将中模平放于底模的表面，使中模的通孔与底模的通孔相互重合，将螺栓对应旋于通孔中，拧紧螺栓，将中模和底模固定成一体；
[0020]c.安装电极，将电极对应安装于中模内壁上的电极定位孔中，固定；
[0021]d.安装顶模，将顶模平放于中模的表面，顶模的通孔与中模的通孔相互重合，将螺栓对应固定于所有的通孔中，拧紧螺栓，将顶模、中模和底模固定成一体；
[0022]e.浇筑，将混凝土通过顶模上预留的浇筑孔中进行浇筑；
[0023]f.起模，在混凝土浇筑完成并达到规定的拆模时间后，先拆除顶模，再拆除中模，最后移走底模。
[0024]本发明和现有技术相比，其优点在于:
[0025]1.本发明的模具减少了加工步骤，缩短模具的技工周期，提高效率，节约原材料，构造简单、性能稳定、成本低廉，适用于土木工程中的广泛应用。
[0026]2.本发明的模具浇筑出的传感器可以将电极准确的预埋于混凝土中所需位置，收集到的数据更加的有效可靠;其结构具有较好的抗压强度，能够显著增加使用寿命，减少混凝土传感器的更换次数，避免建筑物监测中不必要的麻烦，发生火灾后能够完整地保存火灾过程中建筑材料在火灾发生过程中的性能变化，数据更加的有效可靠。
[0027]3.本发明的方法步骤简单，易于操作，节省时间，可广泛应用于土木工程检测中。
【附图说明】
[0028]图1为本发明底模的俯视结构示意图；
[0029]图2为本发明底模的主视结构示意图；
[0030]图3为本发明中模上/下片的仰视结构示意图；
[0031 ]图4为本发明中模上/下片的俯视结构示意图；
[0032]图5为本发明中模的主视结构示意图；
[0033]图6为本发明顶模的俯视结构示意图；
[0034]图7为本发明顶模的主视结构示意图；
[0035]图中，1、底模，2、通孔，3、半通孔，4、上底板，5、下底板，6、第一定位孔，7、中模，8、第二定位孔，9、电极定位孔，1、穿线孔，11、顶模。
【具体实施方式】
[0036]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本发明。
[0037]一种浇筑半埋入式混凝土的模具，包括有起支撑作用的底模I，安放于底模I上的中模7，以及将中模7固定于底模I上的顶模11。
[0038]底模I内部空心，底模I整体呈凸台形，由上底板4和下底板5相叠放组成，上底板4为圆环形，下底板5为半径大于上底板的圆板，上底板4上表面均匀分布有若干第一定位孔6，第一定位孔6包括通孔2和半通孔3，两个通孔2为一组，两个半通孔3为一组，两组第一定位孔间隔均匀分布。
[0039]中模7呈上下两片对称的圆环形，为空心环体，腔体内壁上均匀分布有若干电极定位孔9，电极定位孔9分布腔体内壁的中间部位;电极定位孔9的中部设有穿通腔体内壁的穿线10孔;电极定位孔9中安装有带有电缆的电极，电缆穿过穿线孔10与电极相连接。中模7的上表面均匀分布有若干第二定位孔8，第二定位孔8为通孔。
[0040]顶模11上均匀设置有若干个第三定位孔6，第三定位孔6为通孔，通孔的位置与底模I的通孔2位置相对应。顶模11为扁平圆板，安放于中模7上。
[0041 ] 作为优化的，底模I下底板5的外径为220-240mm，上底板4的外径为200-220mm，下底板5的内径与上底板4的内径相一致;中模7的腔体内径为90-100mm，外径为110-120mm，厚度为25-35mm ；顶模11的直径为110_120mm，厚度为8_12mm。
[0042]作为优化的，电极定位孔9为长方形，宽度为18-22mm，深度为18-22mm，数量为16个;穿线孔10的直径为4-6_。
[0043]作为优化的，电极的形状与电极定位孔9相配合，长度为36-44_。
[0044]作为优化的，底模I，中模7和顶模11的材料均为Q235钢。
[0045]—种浇筑半埋入式混凝土的模具的制造方法包括:
[0046]a.加工底模。将形状相同，内径尺寸相差不多的上底板和下底板的圆心重合叠放，以圆心阵列，在底模上表面均匀钻有定位孔，定位孔包括通孔和半通孔，两个通孔为一组，两个半通孔为一组，两组定位孔间隔均匀分布；
[0047]b.加工中模。以中模的圆心阵列，在中模腔体内壁上均匀开设若干电极定位孔，在电极定位孔的中部钻有穿线孔;以中模的圆心阵列，在中模的上表面均匀钻出若干通孔；
[0048]c.加工顶模。在顶模上均匀钻出若干个通孔，通孔的位置与底模的通孔位置相对应；
[0049]d.加工电极。将碳纤维布粘结胶主剂浸渍胶和固化剂浸渍胶按照比例2:1的质量比例，混合搅拌2分钟，倒入嵌有电极片的立方体模块中，凝结硬化24h，电极制作完成。
[0050]—种浇筑半埋入式混凝土的模具的方法包括:
[0051 ] a.放置底模，将底模平放于水平面上；
[0052]b.安装中模，将中模平放于底模的表面，使中模的通孔与底模的通孔相互重合，将螺栓对应旋于通孔中，拧紧螺栓，将中模和底模固定成一体；
[0053]c.安装电极，将电极对应安装于中模内壁上的电极定位孔中，固定；
[0054]d.安装顶模，将顶模平放于中模的表面，顶模的通孔与中模的通孔相互重合，将螺栓对应固定于所有的通孔中，拧紧螺栓，将顶模、中模和底模固定成一体；
[0055]e.浇筑，把普通硅酸盐42.5R水泥，标准砂按照设计配合比，搅拌机搅拌搅拌完成后，将新搅拌的混凝土通过顶模上预留的浇筑孔中进行浇筑；
[0056]f.起模，在混凝土浇筑完成后，将所用此模具浇筑的试块，放置在20±3°C的温度和相对湿度90%以上的潮湿空气中养护2天后拆模，拆模顺序:先拆除顶模，再拆除中模，最后移走底模。
[0057]传感器抗压强度检测:使用本法明的混凝土模具和市售的A、B混凝土模具同时浇筑传感器，所用浇筑材料、配比均相同，室温下埋入混凝土1cm深度，同条件下进行抗压强度检测，平行5组，其中，本发明的模具浇筑的传感器抗压强度为52.3MPa，A传感器为38.3MPa，B 传感器为 35.1MPa0
[0058]浇筑半埋入式混凝土的模具的工作原理:将电极预埋于混凝土结构中，混凝土凝固以后，镶嵌于建筑物的承受柱等位置，当结构受到外部动力荷载作用时，根据压电效应，压电陶瓷极化方向所垂直的前后表面会产生等量且电性相反的电荷，电荷量与剪应力成正比，将此电荷通过电荷放大器转化为电压信号，并通过相应的信号采集系统将电压信号存入计算机中，利用动态加载实验标定的传感器电压与受力截面应力之间的灵敏度系数，从而可实现对混凝土结构动力损伤全过程的剪应力进行监测。
[0059]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种浇筑半埋入式混凝土的模具，其特征在于，包括有底模，安放于底模上的中模，以及将中模固定于底模上的顶模； 所述底模上表面均匀分布有若干第一定位孔，所述第一定位孔包括通孔和半通孔，两个所述通孔为一组，两个所述半通孔为一组，两组定位孔间隔均匀分布； 所述中模呈上下两片对称的空心环体，环体腔体内壁上均匀分布有若干电极定位孔，所述电极定位孔的中部设有穿通腔体内壁的穿线孔;所述中模的上表面均匀分布有若干第二定位孔，所述第二定位孔为通孔； 所述顶模上均匀设置有若干个第三定位孔，所述第三定位孔为通孔，所述通孔的位置与所述底模的通孔位置相对应。2.根据权利要求1所述的一种浇筑半埋入式混凝土的模具，其特征在于，底模整体呈凸台形，由上底板和下底板同心相叠放组成，所述上底板为圆环形，下底板为半径大于上底板的圆板，所述第一定位孔均位于上底板的圆环上表面;所述中模呈圆环形，所述电极定位孔分布腔体内壁的中间部位;所述顶模为扁平圆板，安放于中模上。3.根据权利要求1所述的一种浇筑半埋入式混凝土的模具，其特征在于，所述底模下底板的外径为220-240mm，上底板的外径为200-220mm，下底板的内径与上底板的内径相一致；所述中模的腔体内径为90-100mm，外径为110-120mm，厚度为25_35mm;所述顶模的直径为110-120mm，厚度为8-12mm。4.根据权利要求1所述的一种浇筑半埋入式混凝土的模具，其特征在于，所述电极定位孔为长方形，宽度为18_22mm，深度为18-22mm，数量为16个;所述穿线孔的直径为4-6mm。5.根据权利要求1所述的一种浇筑半埋入式混凝土的模具，其特征在于，所述电极定位孔中安装有带有电缆的电极，电缆穿过穿线孔与电极相连接，电极的形状与电极定位孔相配合，长度为36-44mm。6.根据权利要求1所述的一种浇筑半埋入式混凝土的模具，其特征在于，所述底模，中模和顶模的材料均为Q235钢。7.—种用于权利要求1-6任一项所述模具的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括: a.加工底模，将上圆板和下圆板的圆心重合叠放，在底模上表面均匀钻有通孔和半通孔； b.加工中模，在中模腔体内壁上均匀开设若干电极定位孔，在电极定位孔的中部钻有穿线孔，在中模的上表面均匀钻出若干通孔； c.加工顶模，在顶模上均匀钻出若干个通孔，通孔的位置与底模的通孔位置相对应； d.加工电极，将碳纤维布粘结胶主剂浸渍胶和固化剂浸渍胶按照2:1的质量比例，混合搅拌2分钟，倒入嵌有电极片的立方体模块中，凝结硬化24小时，电极制作完成。8.一种用于权利要求1-6任一项所述模具的浇筑方法，其特征在于，所述方法包括: a.放置底模，将底模平放于水平面上； b.安装中模，将中模平放于底模的表面，使中模的通孔与底模的通孔相互重合，将螺栓对应旋于通孔中，拧紧螺栓，将中模和底模固定成一体； c.安装电极，将电极对应安装于中模内壁上的电极定位孔中，固定； d.安装顶模，将顶模平放于中模的表面，顶模的通孔与中模的通孔相互重合，将螺栓对应固定于所有的通孔中，拧紧螺栓，将顶模、中模和底模固定成一体； e.浇筑，将混凝土通过顶模上预留的浇筑孔中进行浇筑； f.起模，在混凝土浇筑完成并达到规定的拆模时间后，先拆除顶模，再拆除中模，最后移走底模。
【文档编号】B28B7/00GK105856393SQ201610240858
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】秦磊, 任宏伟, 朱晓军, 董必钦, 邢峰
【申请人】济南大学