一种体外剪拉综合法检测混凝土抗压强度试验方法与装置与流程

1.本发明属于混凝土检测技术领域，尤其是涉及一种体外剪拉综合法检测混凝土抗压强度试验方法与装置。


背景技术：

2.众所周知反映混凝土力学特征的主要指标为压、拉、剪等力学应力值，而混凝土剪应力和拉应力是混凝土构件中影响混凝土抗压强度指标的最重要的因素之一，以立方体试件破坏特征来看，混凝土抗压强度是由无数组剪切强度和抗拉强度组成的，其中拉应力主要取决于胶凝材料的抗拉性能和粘结质量，如：水泥标号、水泥质量、水泥特性等，包括施工中配合比、水灰比和养护质量都影响胶凝材料的最终抗拉强度，从而影响混凝土抗压强度。而占混凝土体积比85％以上的砂子、石子对混凝土强度影响更为重要，如遇风化严重的石子，再好的胶凝材料也无法拌制高质量的混凝土，而剪切应力的大小取决于粗细骨料与胶凝材料粘结后的综合质量，因此粗细骨料的品质也是构成混凝土性能的重要因素。
3.为了检测混凝土抗压强度，人们通常采用从结构构件中钻取混凝土芯样试件，经加工后进行抗压试验，由于钻芯操作需将带有骨料粒径的混凝土钻成芯样试件，再经切割、打磨和抗压等工艺过程形成标准试件，规范要求钻芯试件直径不宜小于75mm，而钻取的芯样试件长度要在150mm以上，按照《建筑结构检测技术标准》gb/t 50344规定，根据构件数确定不同数量的样本量，在混凝土结构上的取样数量一般较多，按照经验如果要保证检测精度，钻芯直径应为100mm的芯样试件，大量的钻芯取样，对既有结构会造成二次损伤，是一个建筑物所属相关各方比较关心的问题。如果一个建筑物在其生命周期内多次被钻取大量的芯样试件，势必会影响结构的安全，严重会造成安全事故。
4.为了解决上述出现的问题，我国相关专家学者先后研发了利用小直径芯样试件，即直径44mm芯样试件，通过拉脱强度作为自变量值换算混凝土抗压强度，单一方法解决了对结构损伤大的问题，但由于拉脱试验主要采集的是胶凝材料的粘结强度，而这些因骨料的含泥量，浇筑工艺造成较大的数据离散，同时由于拉脱强度仅占混凝土抗压强度的3％～5％，综合上述原因导致测试结果的标准差偏大，不利于按批推定混凝土强度；之后人们又开始用原位剪切的方法将试件剪断，采集混凝土的原位剪切强度，剪切强度大约是混凝土抗压强度的10％～15％，虽然该法对提高测试结果的精度，降低标准差有所改善，但由于剪切位置在试件的径向位置，为一条垂直于试件轴向的剪切面，此面上的粗细骨料分布无法做到均匀，大量的试验表明，其测试标准差虽然有所改善，但在检测混凝土强度高于c50的混凝土强度时，其测试结果标准差还是偏大，如遇施工管理质量较差，在自身混凝土标准差偏大的工况下，采用原位剪切法也会出现测试结果离散的情况。
5.剪拉综合法就是充分利用混凝土剪应力和拉应力，利用小直径芯样试件从微观或微创的角度去采集混凝土的特征值，而这些特征值正是组成混凝土力学性能即混凝土抗压强度的关键因素，采用两个力学参数综合推算混凝土抗压强度，弥补了单一方法产生的缺陷和不足，验证结果表明：剪拉综合法的检测精度和结果可以与直径100mm的芯样试件抗压
强度的结果相比美。
6.用剪、拉强度通过测强曲线换算混凝土抗压强度的方法，属于一种对结构损伤小、试验方便的微破损检测技术，基本原理是：采用剪切采集以粗细骨料为主的剪切性能，即剪切强度，采用拉脱检测以水泥胶凝材料为主的粘结性能即拉脱强度；利用剪切和拉脱两个性能参数综合换算混凝土抗压强度。
7.由于剪拉综合法钻制的是微型试件，不会损伤钢筋，除适合普通类型混凝土强度检测外也适合混凝土构件钢筋密集工况检测，剪拉综合法不但可以完成原位检测，也可将混凝土试件从结构上取出，在试验室完成剪拉检测，从而使该技术扩大到内弧或外弧形状等不适合原位检测的构件，还适用于构件遭受火烧或冻害的混凝土强度检测。由于它不受混凝土龄期、表面状况等因素的影响，具有较广泛的适用范围，剪拉综合法是近年来经过对已有技术广泛的试验研究、不断改进、提高而形成的新的检测技术。


技术实现要素：

8.根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种体外剪拉综合法检测混凝土抗压强度试验方法与装置，减轻试验工作量，提高试验数据准确性，简化试验设备降低成本。
9.一种体外剪拉综合法检测混凝土抗压强度试验方法，包括如下步骤：
10.a、选择在结构的成型面上钻取芯样试件，标注芯位置编号；
11.b、将试件夹持在专用试验平台，使用剪切机构对芯样试件进行剪切试验操作，记录剪切力；
12.c、使用拉脱机构对芯样试件进行拉脱试验操作，记录拉脱力；
13.d、测量被剪断和拉断试件的直径，记录在表内；
14.e、将剪切力和拉脱力转换为剪切强度和拉脱强度；
15.f、将剪切强度和拉脱强度代入二元幂函数曲线换算该测点的混凝土抗压强度。
16.进一步限定，在剪切试验操作之前先要在试验平台中心位置垫高块，使芯样试件的成型面与垫高块基本在一个平面，垫高块作为试验平台对剪切机构的支撑，在拉脱试验操作之前需将垫高块取下。
17.进一步限定，所述芯样试件的长度不小于90mm，直径不小于44mm。
18.进一步限定，所述二元幂函数曲线换算公式如下：
[0019][0020]
式中：
[0021]
第i个测点换算的混凝土立方体抗压强度值(mpa)；
[0022]fp，i
：单剪强度(mpa)；
[0023]fs，c，i
：拉脱强度(mpa)。
[0024]
一种体外剪拉综合法检测混凝土抗压强度试验装置，包括试验平台和功能部，所述试验平台底部上安装有用于固定试验芯样试件的三爪卡盘，所述试验平台中心开有用于试验芯样试件穿过的通孔，所述通孔的轴线与三爪卡盘同轴；所述功能部上设置有执行部，且通过所述执行部插入通孔作用于试验芯样试件上。
[0025]
进一步限定，所述功能部为剪切机构，所述剪切机构包括剪切反力架，所述剪切反力架下端铰接有两个对称设置的剪切卡爪，两个所述剪切卡爪下端构成用于伸入通孔夹持试验芯样试件的执行部；两个所述剪切卡爪的上端均铰接有向内延伸的剪切杠杆，两个所述剪切杠杆之间设置有剪切提升块，所述剪切提升块上安装有剪切提升杆，所述剪切提升杆下端与剪切提升块连接，上端向上延伸连接有动力机构，所述动力机构安装在剪切反力架上，所述剪切提升杆能够在动力机构的作用下向上移动。
[0026]
进一步限定，所述通孔上端可拆卸连接有垫高块，所述垫高块为与通孔同轴的环形结构。
[0027]
进一步限定，所述功能部为拉脱机构，所述拉脱机构包括固定盘，所述固定盘上铰接有多个拉脱卡爪，多个所述拉脱卡爪下端构成用于伸入通孔夹持试验芯样试件的执行部；多个所述拉脱卡爪的上端均铰接有向内延伸的拉脱杠杆，多个所述拉脱杠杆之间设置有拉脱提升块，所述拉脱提升块上安装有拉脱提升杆，所述拉脱提升杆下端与拉脱提升块连接，上端向上延伸连接有动力机构，所述动力机构安装在固定盘上，所述拉脱提升杆能够在动力机构的作用下向上移动；所述拉脱提升杆上套有拉脱反力架，所述拉脱反力架上安装有多个支撑杆，且通过多个支撑杆支撑在试验平台上。
[0028]
进一步限定，所述剪切反力架和拉脱反力架上均设置用于与动力机构配合卡接的转换头。
[0029]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0030]
1、可避免采用专用钻头，仅需在市场购买同内径薄壁钻头，减少试验成本；
[0031]
2、减轻现场检测人员的劳动强度，仅需在现场进行钻芯取样即可，不需在现场进行其它的试验项目；
[0032]
3、可以统一试验过程，试验平台的平面均与芯样试件轴线垂直，试验在同一环境下完成；
[0033]
4、简化了试验设备，降低了仪器成本；
[0034]
5、检测精度、试验标准差与标准立方体试件抗压强度、试验标准差接近，更加精确；
[0035]
6、是一种经济、快捷、微损伤、高精度的检测新方法。
附图说明
[0036]
图1为剪切机构与试验平台的配合状态结构示意图；
[0037]
图2为剪切机构与动力机构的配合状态结构示意图；
[0038]
图3为拉脱机构与试验平台的配合状态结构示意图；
[0039]
图4为拉脱机构与动力机构的配合状态结构示意图；
[0040]
图中各部件名称：
[0041]
剪切卡爪1、三爪卡盘2、芯样试件3、底座4、支撑柱5、试验平台6、垫高块7、剪切杠杆8、剪切提升块9、剪切反力架10、转换头11、剪切提升杆12、拉脱提升杆13、拉脱提升块14、支撑杆15、拉脱卡爪16、固定盘17、拉脱杠杆18、拉脱反力架19、动力机构20。
[0042]
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步说明，但不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护
范围之内。
[0043]
实施例1
[0044]
一种体外剪拉综合法检测混凝土抗压强度试验方法，包括如下步骤：
[0045]
a、选择在结构的成型面上钻取芯样试件3，标注芯位置编号；
[0046]
b、将试件夹持在专用试验平台，使用剪切机构对芯样试件3进行剪切试验操作，记录剪切力；
[0047]
c、使用拉脱机构对芯样试件3进行拉脱试验操作，记录拉脱力；
[0048]
d、测量被剪断和拉断试件的直径，记录在表内；
[0049]
e、将剪切力和拉脱力转换为剪切强度和拉脱强度；
[0050]
f、将剪切强度和拉脱强度代入二元幂函数曲线换算该测点的混凝土抗压强度。
[0051]
通过该方法在试验芯样试件3的采集工具上，无需使用专用钻芯设备，可以直接采购符合芯样试件3标准内径的薄壁钻头，降低试验成本；降低了芯样试件3采集时的工作量，工作人员在现场只需要钻去采集芯样试件3，无需在现场进行其他试验项目，且剪切强度和拉脱强度的检测试验在同一个试验平台6上进行，同一环境下试验能够是检测数据更加准确；采用模块化结构对检测设备进行局部更换即可实现不同类型的检测，降低了仪器成本；本试验是模拟标准立方体试件受压破坏时的力学特征变化，即属于利用微观的剪切和劈裂抗拉强度拟合混凝土抗压强度，基本属于立方试件受压破坏的再现，因此该方法检测精度、试验标准差与标准立方体试件抗压强度、试验标准差接近。
[0052]
实施例2
[0053]
在剪切试验操作之前先要在试验平台中心位置垫高块7，使芯样试件3的成型面与垫高块7基本在一个平面，垫高块7作为试验平台6对剪切机构的支撑，在拉脱试验操作之前需将垫高块7取下。芯样试件3在剪切和拉脱试验时只需要一次夹持固定，通过垫高块7实现了剪切位置的抬高，使得芯样试件3通过单次夹持固定即可满足剪切机构和拉脱机构的夹持，使剪切机构和夹持机构的模块化共性加强。
[0054]
实施例3
[0055]
所述芯样试件3的长度不小于90mm，直径不小于44mm。
[0056]
实施例4
[0057]
所述二元幂函数曲线换算公式如下：
[0058][0059]
式中：
[0060]
第i个测点换算的混凝土立方体抗压强度值(mpa)；
[0061]fp，i
：单剪强度(mpa)；
[0062]fs，c，i
：拉脱强度(mpa)。
[0063]
拉脱强度值以及单剪强度值均精确至0.1mpa。
[0064]
实施例5
[0065]
一种体外剪拉综合法检测混凝土抗压强度试验装置，包括试验平台6和功能部，所述试验平台6底部上安装有用于固定试验芯样试件3的三爪卡盘2，所述试验平台6中心开有用于试验芯样试件3穿过的通孔，所述通孔的轴线与三爪卡盘2同轴；所述功能部上设置有
执行部，且通过所述执行部插入通孔作用于试验芯样试件3上。试验平台6下方可以设置底座4，并设置多个支撑柱5将试验平台6进行支撑，使试验平台6与底座4之间留有用于容纳芯样试件3的空间，三爪卡盘2设置于试验平台6的底部，处于下置状态；试验时，先将三爪卡盘2调节使其处于张开状态，再将芯样试件3由通孔插入使其伸入三爪卡盘2中，调节三爪卡盘2将芯样试件3夹持固定，而后通过功能部对芯样试件3进行针对性检测。
[0066]
实施例6
[0067]
所述功能部为剪切机构，所述剪切机构包括剪切反力架10，所述剪切反力架10下端铰接有两个对称设置的剪切卡爪1，两个所述剪切卡爪1下端构成用于伸入通孔夹持试验芯样试件3的执行部；两个所述剪切卡爪1的上端均铰接有向内延伸的剪切杠杆8，两个所述剪切杠杆8之间设置有剪切提升块9，所述剪切提升块9上安装有剪切提升杆12，所述剪切提升杆12下端与剪切提升块9连接，上端向上延伸连接有动力机构20，所述动力机构20安装在剪切反力架10上，所述剪切提升杆12能够在动力机构20的作用下向上移动。动力机构20和剪切提升杆12可以采用蜗杆传动结构制成，其中剪切提升杆12在动力机构20的作用下向上移动时，将带动剪切提升块9向上移动，剪切提升块9向上移动时将通过转动将剪切卡爪1的上端向外推动，两个剪切卡爪1的下端则同步向内挤压芯样试件3直至芯样试件3被挤压断裂，可以通过传感器将瞬时峰值感应，并记录该瞬时峰值为剪切强度参数。
[0068]
实施例7
[0069]
所述通孔上端可拆卸连接有垫高块7，所述垫高块7为与通孔同轴的环形结构。垫高块7可以将剪切机构抬高，使由剪切卡爪1下端构成的执行部在芯样试件3的剪切点位置升高，在剪切试验完成之后将垫高块7与剪切机构一同拆除之后，可以直接安装拉脱机构进行拉脱试验，无需将芯样试件3再次调整位置，防止在三爪卡盘2的再次夹持挤压下对芯样试件3造成损伤，简化试验步骤的同时也能够使试验数据更加准确。
[0070]
实施例8
[0071]
所述功能部为拉脱机构，所述拉脱机构包括固定盘17，所述固定盘17上铰接有多个拉脱卡爪16，多个所述拉脱卡爪16下端构成用于伸入通孔夹持试验芯样试件3的执行部；多个所述拉脱卡爪16的上端均铰接有向内延伸的拉脱杠杆18，多个所述拉脱杠杆18之间设置有拉脱提升块14，所述拉脱提升块14上安装有拉脱提升杆13，所述拉脱提升杆13下端与拉脱提升块14连接，上端向上延伸连接有动力机构20，所述动力机构20安装在固定盘17上，所述拉脱提升杆13能够在动力机构20的作用下向上移动；所述拉脱提升杆13上套有拉脱反力架19，所述拉脱反力架19上安装有多个支撑杆15，且通过多个支撑杆15支撑在试验平台6上。固定盘17作为拉脱卡爪16的安装基础，反力支架作为动力机构20的安装基础，动力机构20和拉脱提升杆13可以采用蜗杆传动结构制成，其中拉脱提升杆13在动力机构20的作用下向上移动时，将带动拉脱提升块14向上移动，而动力机构20受到的反作用力将通过支撑杆15传递至试验平台6上，拉脱提升块14向上移动是将带动拉脱杠杆18转动，通过拉脱杠杆18转动将拉脱卡爪16上端向外推动，多个拉脱卡爪16的下端将同步向内收拢，将芯样试件3抱住，抱住之后固定盘17、拉脱卡爪16以及芯样试件3将同时在动力机构20的作用下通过拉脱提升杆13受到向上的拉力，直至芯样试件3被拉断，可以通过传感器将瞬时峰值感应，并记录该瞬时峰值为拉脱强度参数。
[0072]
实施例9
[0073]
所述剪切反力架10和拉脱反力架19上均设置用于与动力机构20配合卡接的转换头11。转换头11作为剪切反力架10与拉脱反力架19与动力机构20配合结构，能够使剪切机构和拉脱机构与动力机构20实现配合组装，而实现剪切机构和拉脱机构的模块化组装、更换，降低了试验的仪器成本。