一种混凝土龄期实时监测系统的制作方法

本实用新型涉及混凝土监测技术领域，特别是一种混凝土龄期实时监测系统。

背景技术：

混凝土由于其硬化后良好抗压强度，已经成为当代最重要的土木工程材料之一。在标准养护的条件下，混凝土强度将随龄期的增长而不断发展，混凝土强度的发展大致与其龄期的常用对数成正比关系(龄期不少于3d)。通过实验检测可知标准养护条件下混凝土在28d基本达到设计强度，并根据28d抗压强度确定混凝土的强度等级。然而由于工程施工自然条件的复杂性，尤其在温度较低的冬季，通常难以保证混凝土在标准条件下进行养护，导致混凝土龄期达到28d时设计强度并不满足要求，从而难以确定其何时达到设计强度。混凝土在龄期增长过程中不断的发生水化反应，致使其不断硬化且含水量逐渐减少，从而电阻不断增大，电阻率随之减小。因此混凝土在不同龄期所对应的电阻率也不相同，由电阻率确定其龄期在理论上是可行的。

目前，国内外学者进行了许多对混凝土强度测试方法的研究。主要有试件法，回弹法，钻芯法，拔出法以及超声法等。试件法的原理是对养护时长满足28天的混凝土试件展开抗压强度实验，从而得出其实际强度。这种检测方法的缺点在于在制作试件的过程中会因为很多因素而造成失误，导致试件不合格而影响测量精度。回弹法是通过与弹簧连接的重锤与混凝土表面产生撞击，由弹簧回弹值测算出混凝土硬度。这种检测方法的缺点在于当混凝土表面硬度和强度质量存在一定差异性的情况下会影响测量的精准度。钻芯法的主要原理是在混凝土结构上进行钻芯取样，然后进行一定处理后进行抗压测试。这种方法的主要缺点在于劳动强度相对较大，对混凝土结构往往容易造成内部损伤。拔出法是在混凝土构建中埋入螺栓，通过将螺栓拔出所用的力来测算混凝土强度。这种方法的缺点同样在于会对混凝土构件造成一定损伤。超声波法是根据超声波在混凝土构件中的传播参数及其变化规律来计算混凝土内部强度。这种方法的缺点在于超声波技术还不成熟，测量的准确性不高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种混凝土龄期实时监测系统，方便、实用性强、准确性高，能够实时监测混凝土龄期。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种混凝土龄期实时监测系统，包括电源、数字电压表、数字电流表及金属电极，电源的正负极通过导线与外侧的两个金属电极连接，在金属电极与电源之间设有数字电流表；数字电压表的正接线端与负接线端通过导线分别与内侧的两个金属电极连接，金属电极埋设与混凝土试件中；所述数字电压表及数字电流表与控制器电连接。

优选的，所述金属电极呈直线型，相距0.5m埋设于混凝土试件中。

优选的，所述金属电极埋设于混凝土试件中的深度为自身长度的二分之一。

优选的，所述控制器与客户端计算机连接。

优选的，所述控制器通过RS485通信接口与客户端计算机连接。

优选的，所述通过无线通信模块与客户端计算机连接。

优选的，所述无线通信模块为4G无线通信模块或ZigBee无线通信模块。

本实用新型提供一种混凝土龄期实时监测系统，可以监测任何非标准养护条件下的混凝土龄期，从而判断混凝土试件是否达到设计强度，从而为试件能否拆模、加载提供依据。本实用新型具有方便、实用性强、准确性高、能够实时监测等优点，适用于工程中对混凝土龄期的监测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型控制系统的结构框图；

图中：电源1，数字电压表2，导线3，金属电极4，混凝土试件5，数字电流表6，控制器7。

具体实施方式

如图1-2所示，一种混凝土龄期实时监测系统，包括电源1、数字电压表2、数字电流表6及金属电极4，电源1的正负极通过导线3与外侧的两个金属电极4连接，在金属电极4与电源1之间设有数字电流表6；数字电压表2的正接线端与负接线端通过导线3分别与内侧的两个金属电极4连接，金属电极4埋设与混凝土试件5中；所述数字电压表2及数字电流表6与控制器7电连接。

优选的，所述金属电极4呈直线型，相距0.5m埋设于混凝土试件5中。

优选的，所述金属电极4埋设于混凝土试件5中的深度为自身长度的二分之一。

优选的，所述控制器7与客户端计算机连接。

优选的，所述控制器7通过RS485通信接口与客户端计算机连接。

优选的，所述通过无线通信模块与客户端计算机连接。

优选的，所述无线通信模块为4G无线通信模块或ZigBee无线通信模块。

优选的，所述4G无线通信模块可采用LM9105 4G模块，所述ZigBee无线通信模块可采用基于CC2530芯片的ZigBee无线通信模块，所述控制器可采用STM32系列单片机。

使用时包括以下步骤：步骤一：在待测混凝土试件上埋入四个金属电极，金属电极之间以标准距离埋入，埋入深度为电极长度的二分之一。电极布设一次性完成，减少因电极布置而产生的故障和干扰。将直流电通过外侧两个电极向混凝土试件供电以形成人工直流电场，测量电路中的电流以及内侧两个电极间的电位差，并将探测结果输入数据采集系统。

步骤二：利用编译好的程序采用最小二乘法对非恒态导电系数进行多元函数拟合，基于最小二乘有限元方法根据步骤一测得的数据反算混凝土导电系数。

步骤三：将反算出的导电系数在标准数据库中进行比对，反映出试件的真实龄期，从而确定试件强度是否满足要求。

步骤一中将直流电通过电极向混凝土试件供电以形成的人工直流电场，由于直流电场中电荷的分布不随时间改变，是一种稳定的电场。

步骤二中利用电场方程

式中ρ为所测试件的电阻率；k为电极排列系数，与电极埋入距离有关；为内侧两电极间的电位差；I为电路中的电流强度。通过最小二乘有限元法对非恒态导电系数进行多元函数拟合，基于最小二乘有限元方法根据步骤一探测的节点电场分布进行计算混凝土导电系数非恒态过程，得到非恒态导电系数。

步骤三中的标准数据库，为标准养护条件下同类型混凝土标准试件在各龄期所对应的导电系数，标准试件尺寸为0.4m×0.1m×0.1m(长×宽×高)，可通过步骤一和步骤二将其电阻率测出，并事先输入比对系统中作为标准数据库。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。