本发明属于预制盾构管片建筑施工技术领域，尤其涉及一种评价预制盾构管片用混凝土蒸养临界强度的装置及方法。
背景技术：
预制盾构管片一般用于制作混凝土地铁隧道，混凝土地铁隧道的每一节由6片弧形的预制盾构管片拼装组成，如图1、图2所示。
在盾构管片生产过程中，为缩短周期，加快模具周转，通常采用蒸汽养护的方法。所述蒸汽养护方法分为两个阶段，第一阶段是进入蒸汽养护房之前的静停期(预养期)，第二阶段是进入蒸汽养护房之后的调温养护期；所述静停期(预养期)的施工内容既是混凝土在进入蒸汽养护房以前的准备工作，准备工作包括将混凝土浇铸到模型中并且进行振捣密实，如图4、图5所示，还包括对浇铸到模具的混凝土进行多次抹面以使得其表面光滑美观，然后再停留一段时间，再停留的这段时间称之为“静停期”。“静停期”混凝土停留时间长短往往决定着混凝土抵抗蒸汽养护破坏的能力；所述调温养护期既是管片进入蒸汽养护房，蒸养房顶部有管道通蒸汽，通过改变蒸汽供给量调整温度，蒸养房分为升温房区、恒温房区、降温房区三个房区，管片依次经过这三个房区，升温房区从室温逐渐升至55度，历时1小时，恒温房区保持55度不变，历时2小时，降温区再由55度降至室温，历时1小时(不同的单位恒温温度以及时间可能不同)。当混凝土进入以上三个房区进行蒸汽养护时，高温会对混凝土造成损伤，导致蒸养后的管片产生裂纹等质量缺陷。
造成以上蒸养后的管片产生裂纹等质量缺陷的原因，是混凝土在进入蒸汽养护房之前，也就是在静停期结束后的初始结构强度不够大、密实度不够大，因此找出混凝土的蒸养临界强度(即静停多长时间后的强度可以正好抵抗蒸养破坏)显得尤为重要。
现有技术测量混凝土强度一般均指测量混凝土的抗压强度，其采用的方法是通过压力机把混凝土试块压碎，而本发明的混凝土强度是指混凝土蒸汽养护后不产生裂纹的强度，目前国内对于测量混凝土蒸汽养护强度还是个空白。
技术实现要素：
本发明提出了一种评价预制盾构管片用混凝土蒸养临界强度的装置及方法，用以解决混凝土在进入蒸汽养护房之前的初始结构强度不够大、密实度不够大的问题。
一种评价预制盾构管片用混凝土蒸汽养护临界强度的装置，其特征在于：包括检测支架、安装在检测支架上方用于施加压力的液压千斤顶、放置在液压千斤顶下方和检测支架底板上表面的装入混凝土拌合物的检测桶，安装在液压千斤顶下端用于检测混凝土贯入强度的探测装置。
所述检测支架包括底板、底板周围的立柱、立柱顶端位于同一个水平面且交错支撑的若干条横杆、若干条横杆中间设有用于架设液压千斤顶的环形螺套。
所述的检测支架底板为方形钢板，所述底板周围的立柱为方形钢板一组对边上分别设置的若干个高度相同且间隔一定距离的立柱；所述的若干条横杆沿着支架顶部由外向内分为横杆一组、横杆二组、横杆三组，三组横杆每两组之间相互垂直设置，每组横杆由两条等长度且相互平行且间隔一定距离的横杆组成；横杆一组的两条横杆分别与方形钢板的一组对边以及对边上的立柱构成竖直平面；所述环形螺套设置在最内层和中间层两组横杆组成的方框中间，并与方框周围的边框固接。
所述液压千斤顶为国家标准jc473-92《混凝土压力泌水仪》中所用液压千斤顶,该液压千斤顶包括其一端的1个千斤顶和另一端的1个油泵，千斤顶与油泵之间为过油管，过油管的一端通过快速接头与液压三通相连接、液压三通分别与千斤顶和压力表连接，过油管的另一端通过快速接头和油泵相连接；所述油泵包括管状的油筒和管状的压杆；所述探测装置包括带有外螺纹和内螺纹的探针螺套和带有外螺纹的探针，探针螺套通过外螺纹连接于其上端的千斤顶、通过内螺纹连接于其下端的探针；所述探针总高度80mm，包括上下两部分，探针上部带有外螺纹且直径和高度与探针螺套相配合，探针上部高度为10mm，直径为13.5mm；探针下部高度为70mm、直径为40mm，探针下部又分为有刻度区和无刻度区，有刻度区为从探针底部向上50mm的探针区域，每5mm为一个刻度区。
一种评价预制盾构管片用混凝土蒸汽养护临界强度的装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、设置静停参数：预设若干个间隔一定时间的混凝土蒸汽养护静停时长，用以分析静停多长时间后的混凝土强度可以正好抵抗蒸养破坏；
步骤二、设置同步点：所述同步点为实验室检测临界强度的各个静停时长与生产现场生产对应混凝土管片的各个静停时长相对应或相等；所述同步点还包括实验室和生产现场采用同一个批号的混凝土和混凝土拌合物；
步骤三、设置同批量生产：生产现场同批量生产对应不同静停时长的多个混凝土管片，生产过程包括静停前的准备阶段、静停阶段、蒸汽养护阶段；
步骤四、实验室同步生产现场，模拟进入混凝土管片静停前的准备阶段；
步骤五、实验室同步生产现场，模拟进入各个蒸汽养护前的静停阶段，分别采用对应不同静停时长的检测筒，用同样方法检测其贯入强度；
步骤六、检测结果评价，获得混凝土蒸养临界强度；
所述步骤一的预设若干个间隔一定时间的静停时长，一般以20分钟或30分钟作为不同静停时长的时间间隔；
所述步骤四的实验室同步生产现场，模拟进入混凝土管片静停前的准备阶段，具体过程为：
(1)设置对应每一类静停时长的混凝土管片的检测筒的数量为3个；
(2)将对应每一类静停时长的混凝土管片的混凝土拌合物分别装满各自的3个检测桶，并同时将各自3个检测桶内的混凝土拌合物振捣密实；
(3)令振捣密实后的混凝土拌合物进入各自的静停阶段。
所述步骤五用同样方法检测其贯入强度，具体过程为：
(1)实验室同步生产现场的静停时间段，将对应不同静停时长且完成振捣密实后的混凝土进入各自的静停时间段；
(2)将完成当前静停时长的3个混凝土检测筒依次放到检测支架底板上；
(3)千斤顶探针贯入混凝土之前拧紧液压千斤顶的回止阀；
(4)反复按动液压千斤顶压杆使得千斤顶的探针向下伸出、与支架底板上的检测桶内的混凝土表面齐平；
(5)再次反复按动千斤顶压杆，直至其探针贯入混凝土内部20mm；
(6)记录本次压力表读数，精确至0.5mpa，记为该静停时长对应的该检测桶的混凝土贯入强度。
(7)重复(2)至(6)步，直至将完成当前静停时长的3个混凝土检测桶的混凝土强度检测完毕；
(8)顺序选择完成下一个静停时长的3个混凝土检测筒，并重复至(7)步。
所述步骤六的检测结果评价，获得混凝土蒸养临界强度，具体如下：
(1)以对应每个静停时长的3个检测桶检测得到的贯入强度的平均值作为每次试验的贯入强度；
(2)3个检测桶贯入强度的最大值或最小值中有一个与中间值之差超过中间值的10％时，应以中间值作为每次试验的贯入强度；
(3)最大值与最小值均超过中间值的10％时，应重新做实验；
(4)对比不同静停时长对应的贯入强度以及对应不同静停时长生产现场蒸养后管片外弧面不出现裂纹的临界点，得出蒸养临界强度；所述不出现裂纹的临界点为蒸养后管片外弧面不出现裂纹时所对应的静停时长时的压力表强度值，所述压力表强度单位为兆帕。
本发明的优点效果
1、本发明在混凝土蒸养临界强度技术领域填补了国内空白，提出了一种新的混凝土强度的理念，即针对混凝土蒸汽养护后容易产生裂纹的混凝土蒸养临界强度的理念。解决了长期以来混凝土管片初始结构强度不够大、密实度不够大，致使混凝土管片蒸养后产生裂纹的技术难题，通过采用预制盾构管片蒸汽养护临界强度的测试装置和方法,对混凝土管片蒸养临界强度做出准确评价。
2、本发明采用实验室测试和生产现场测试相结合的方法：实验室负责测量混凝土各个静停阶段的强度、生产现场负责提供混凝土蒸养后临界强度的评判依据，通过巧妙地借用生产过程，使得生产过程即为产品生产服务，也为测试服务，达到一石二鸟之目的，同时也减少了在实验室进行实验的实验步骤，缩短了实验室的检测周期。
3、本发明提出了一种用于测试混凝土蒸养临界强度的装置，通过该装置检测支架结构上的特殊设计，使得检测支架当受到一定强度的压力时，不会因为压力产生向上或向下的变形而影响检测效果；通过检测探针结构上的特殊设计，使得压力表便于读出压力读数。
附图说明
图1是预制盾构管片应用效果图；
图2是预制盾构管片外形效果图；
图3是预制盾构管片制作模具示意图；
图4是本发明检测装置立体图；
图5是本发明检测支架立体图；
图6是液压千斤顶立体图；
图7是本发明检测支架俯视尺寸图；
图8是本发明检测支架前视图；
图9是本发明检测支架左视图；
图10是检测支架环形螺套主视尺寸图、俯视尺寸图；
图11是本发明探针立体图、前视尺寸图；
图12是本发明探针螺套立体图；
图13是本发明探针螺套前视尺寸图；
图中，1：检测支架；1-1：检测支架底板；1-2：检测支架立柱；1-3-1：横杆一组；1-3-2：横杆二组；1-3-3：横杆三组；1-4：环形螺套；2：液压千斤顶；2-1：千斤顶；2-2：三通；2-3：快速接头；2-4：过油管；2-5-1：油泵压杆；2-5-2：油筒；3：检测筒；4、探测装置。
具体实施方式
下面结合附图进一步对发明内容进行解释：
本发明设计原理：
1、检测装置的设计原理：本检测装置在设计上有两点非常关键，第一要保证在千斤顶作用于混凝土产生足够强度的情况下，检测支架不会变形，所述不变形是指其顶部和底部不因受到强大的压力而向上拱起或向下凹陷；第二要保证混凝土探针插入混凝土时，压力表上能够产生所需要的读数。对于第一个设计关键点，本发明采用检测支架底板设计为12mm厚的钢板，并且检测支架全部采用钢材。为了防止支架顶部拱起，支架两边分别增加一根立柱，由传统额四根立柱改进为六根立柱。对于第二个设计关键点，本发明将探针的直径设计为40mm，这是经过反复实验得出的数据，探针过细，夸张地说例如缝衣针插入混凝土，由于压力表通过插入混凝土受到的阻力太小，无法使得压力表的读数产生变化；反之，探针过粗，例如，如果将洗脸盆粗的直径的探针放到混凝土中，则因为阻力太大，无法插入到混凝土中，此时，压力表同样不便于产生压力读数，所以，探针的粗细度对于测试压力非常关键。
2、检测方法的设计原理：
a、产生混凝土临界强度是需要一定外界条件的。该外界条件即是通过将探针插入混凝土，使得探针受到阻力因而使得连接探针的压力表产生压力强度的读数。
b、本发明实验室与生产现场同步是指同采用一批混凝土拌合物以及采用同一个静停时长。
c、由于探针插入混凝土以后破坏了混凝土结构，被破坏的混凝土本身已经发生了裂痕，所以不能再送到蒸汽养护房进行养护后表面是否有裂纹的测试。
基于以上设计原理，本发明提出一种评价预制盾构管片用混凝土蒸汽养护临界强度的装置。
如图4所示，一种评价预制盾构管片用混凝土蒸汽养护临界强度的装置，其特点是：包括检测支架1、安装在检测支架上方用于施加压力的液压千斤顶2、放置在液压千斤顶下方和检测支架底板上表面的装入混凝土拌合物的检测桶3，安装在液压千斤顶下端用于检测混凝土贯入强度的探测装置4。
如图5所示，所述检测支架包括底板1-1、底板周围的立柱1-2、立柱顶端位于同一个水平面且交错支撑的若干条横杆(1-3-1、1-3-2、1-3-3)、若干条横杆(1-3-1、1-3-2、1-3-3)中间设有用于架设液压千斤顶的环形螺套1-4。
如图5所示，所述的检测支架底板为方形钢板，所述底板周围的立柱为方形钢板一组对边上分别设置的若干个高度相同且间隔一定距离的立柱1-2；所述的若干条横杆沿着支架顶部由外向内分为横杆一组1-3-1、横杆二组1-3-2、横杆三组1-3-3，三组横杆每两组之间相互垂直设置，每组横杆由两条等长度且相互平行且间隔一定距离的横杆组成；横杆一组的两条横杆分别与方形钢板的一组对边以及对边上的立柱构成竖直平面；所述环形螺套1-4设置在最内层和中间层两组横杆组成的方框中间，并与方框周围的边框固接。
如图6所示，所述液压千斤顶为国家标准jc473-92《混凝土压力泌水仪》中所用液压千斤顶,该液压千斤顶包括其一端的1个千斤顶2-1和另一端的1个油泵(2-5-1、2-5-2)，千斤顶2-1与油泵(2-5-1、2-5-2)之间为过油管2-4，过油管2-4的一端通过快速接头2-3与液压三通相连接、液压三通分别与千斤顶2-1和压力表2-6连接，过油管2-4的另一端通过快速接头2-3和油泵相连接；所述油泵包括管状的油筒2-5-2和管状的压杆2-5-1；如图12、图13所示，所述探测装置4包括带有外螺纹和内螺纹的探针螺套4-1和带有外螺纹的探针4-2，探针螺套4-1通过外螺纹连接于其上端的千斤顶2-1、通过内螺纹连接于其下端的探针4-2；所述探针4-2总高度80mm，包括上下两部分，探针上部带有外螺纹且直径和高度与探针螺套相配合，探针上部高度为10mm，直径为13.5mm；探针下部高度为70mm、直径为40mm，探针下部又分为有刻度区和无刻度区，有刻度区为从探针底部向上50mm的探针区域，每5mm为一个刻度区。
一种评价预制盾构管片用混凝土蒸汽养护临界强度的装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、设置静停参数：预设若干个间隔一定时间的混凝土蒸汽养护静停时长，用以分析静停多长时间后的混凝土强度可以正好抵抗蒸养破坏；
所述步骤一的预设若干个间隔一定时间的静停时长，一般以20分钟或30分钟作为不同静停时长的时间间隔；
补充说明：一般生产中混凝土静停时长设置为2.5小时，不同的静停时长一般间隔20分钟到半小时，这是根据混凝土水化反应的速度决定的，本实施例可以假设设置3个静停时常，分别为2.5小时、3小时、3.5小时；
步骤二、设置同步点：所述同步点为实验室检测临界强度的各个静停时长与生产现场生产对应混凝土管片的各个静停时长相对应或相等；所述同步点还包括实验室和生产现场采用同一个批号的混凝土和混凝土拌合物；
步骤三、设置同批量生产：生产现场同批量生产对应不同静停时长的多个混凝土管片，生产过程包括静停前的准备阶段、静停阶段、蒸汽养护阶段；
补充说明：本发明设置同批量生产，是为了在宏观上，将不同静停时长的检测并发进行，第一、第二、第三静停时长中相邻两个时长的检测周期只是相差半小时，整体上相比采用串行操作的静停时长大大缩短了检测周期。
步骤四、实验室同步生产现场，模拟进入混凝土管片静停前的准备阶段；
具体过程为：
(1)设置对应每一类静停时长的混凝土管片的检测筒的数量为3个；
补充说明：这里设置3个检测筒是为了求得平均值减少误差。
(2)将对应每一类静停时长的混凝土管片的混凝土拌合物分别装满各自的3个检测桶，并同时将各自3个检测桶内的混凝土拌合物振捣密实；
补充说明：实际混凝土管片生产中静停前的准备阶段包括新拌混凝土、将混凝土拌合物放入模具中(如图3所示为模具)、再对入模后的混凝土振捣密实并抹面多次以使得表面光滑美观；本发明实验中的静停前的准备阶段包括：第一，将生产中所使用的混凝土拌合物放入对应的检测筒中，第二，对每个检测桶的混凝土进行振捣密实，前两步都与生产现场相同，而对于生产现场的多次抹面则实验室不需要这个环节，因为测试筒的混凝土只是用于插入探针，没有美观的需求。
(3)令振捣密实后的混凝土拌合物进入各自的静停阶段。
补充说明：假设设置了三个静停时长，每个时长需要3个检测桶，则此时振捣密实后的检测桶有9个，这9个桶内的混凝土是同时振捣密实的，然后按照2.5小时、3小时、3.5小时分别进入静停阶段。
步骤五、实验室同步生产现场，模拟进入各个蒸汽养护前的静停阶段，分别采用对应不同静停时长的检测筒，用同样方法检测其贯入强度；
步骤五的具体过程为：
(1)实验室同步生产现场的静停时间段，将对应不同静停时长且完成振捣密实后的混凝土进入各自的静停时间段；
(2)将完成当前静停时长的3个混凝土检测筒依次放到检测支架底板上；
(3)千斤顶探针贯入混凝土之前拧紧液压千斤顶的回止阀；
(4)反复按动液压千斤顶压杆使得千斤顶的探针向下伸出、与支架底板上的检测桶内的混凝土表面齐平；
补充说明：如图4所示，静态条件下，液压千斤顶探针距离检测桶的距离为3-4厘米左右，千斤顶上下伸缩的限度为10几厘米，如果检测桶上口距离千斤顶探针底部太远则不能将探针深入桶内20mm，因此，千斤顶探针下端部到检测筒上口的初始距离应该在3-4厘米之间；
(5)再次反复按动千斤顶压杆，直至其探针贯入混凝土内部20mm；
(6)记录本次压力表读数，精确至0.5mpa，记为该静停时长对应的该检测桶的混凝土贯入强度；
(7)重复(2)至(6)步，直至将完成当前静停时长的3个混凝土检测桶的混凝土强度检测完毕；
(8)顺序选择完成下一个静停时长的3个混凝土检测筒，并重复(2)至(7)步。
步骤六、检测结果评价，获得混凝土蒸养临界强度；
步骤六的具体如下：
(1)以对应每个静停时长的3个检测桶检测得到的贯入强度的平均值作为每次试验的贯入强度；
(2)3个检测桶贯入强度的最大值或最小值中有一个与中间值之差超过中间值的10％时，应以中间值作为每次试验的贯入强度；
(3)最大值与最小值均超过中间值的10％时，应重新做实验；
(4)对比不同静停时长对应的贯入强度以及对应不同静停时长生产现场蒸养后管片外弧面不出现裂纹的临界点，得出蒸养临界强度；所述不出现裂纹的临界点为蒸养后管片外弧面不出现裂纹时所对应的静停时长的压力表强度值，所述压力表强度单位为兆帕。
补充说明：同样一个强度值所对应的静停时长可能因为混凝土拌合物坍落度的不同而不同，因此，不能以静停时长作为测量临界强度的依据，例如2.5小时静停时长时所对应的管片外观没有裂痕，此时测得压力表的强度值为10兆帕，但是下一次生产由于混凝土拌合物的坍落度与上一次不同，即使过了2.5小时，混凝土强度值仍然达不到10兆帕，需要再过半小时才能达到压力表强度值10兆帕，所以，对于第二次测量临界强度值的依据是10兆帕，而不是2.5小时。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例。