一种混凝土浇筑均匀性和密实性测试装置和方法

摘要

一种测试混凝土浇筑均匀性和密实性的装置和方法，包括以下步骤：a.测定测试电极常数；b.制备混凝土，结合振捣工艺，浇筑成型于分层测试容器中；c.将转换交流电依次施加于测试电极，测定分层电阻值；d.由步骤a和步骤c确定分层电阻率；e.由步骤d确定分层电阻率平均值和电阻率分层度；f.由步骤e中分层电阻率平均值表征浇筑密实性，电阻率分层度表征浇筑均匀性。本发明可以测量工程振捣条件下混凝土浇筑均匀性和密实性，测试结果稳定、准确，且操作方便、快捷。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土浇筑质量测试装置和方法，更具体地说，涉及通过测试浇筑混凝土电阻率特征值表征浇筑均匀性和密实性的装置和方法。

背景技术

水泥混凝土是最大宗的人造材料，在建筑工业中得到广泛的应用。混凝土结构长期耐久性是决定其服役可靠性和安全性的关键，提高混凝土长期耐久性已成为当今国际关注的重大技术问题。美国混凝土协会（ACI）指出优良的振捣浇筑质量是混凝土结构获得低渗透性，抵抗侵蚀劣化的前提条件（ACI 201.2R-2008）。振捣浇筑可排出成型混凝土内部粗大气泡，提高密实性，决定了硬化混凝土孔结构的形成和发展，浇筑过程应保持组分分布均匀，避免泌水、离析和粗骨料沉降等问题。可见，提升混凝土浇注质量的核心问题是实现浇注密实和均匀，首要任务是正确测试浇筑均匀性和密实性。

现行混凝土施工技术标准所给出的振捣浇筑质量的判别标准是基于表象的判别，现有技术中针对浇筑质量的定量测试方法尚不完善。现有的新鲜混凝土测试方法中，如各种工作性测试、容重、含气量、泌水率和粗骨料沉降量等测试方法通常用于测试混凝土易密实性或均匀性保持能力，不适用于测试浇筑均匀性和密实性的原因为：（1）其测试目标为评价新拌混凝土材料性能，以及控制生产质量，振捣条件对浇筑质量存在显著影响，因此需要结合振捣工艺评定和控制浇筑质量；（2）测试装置尺寸小，不适用于采用内部高频振捣浇筑混凝土的测试；（3）测试效率低，准确性低。现有的硬化混凝土测试方法中，如超声波探测、容重和粗骨料沉降的图形分析等可用于评价浇筑质量，但其局限性在于：（1）测试时间长，效率低；（2）测试过程相对复杂，测试准确性受操作人员水平限制。

发明内容

本发明提供了一种混凝土浇筑均匀性和密实性测试装置和方法，要解决现有的混凝土浇筑质量测试方法适用性低、测试时间长、效率低、准确性低、测试过程相对复杂，测试准确性受操作人员水平限制的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于测量混凝土浇筑均匀性和密实性的装置，包括分层测试容器，其特征在于，所述分层测试容器由上分层筒、中分层筒和下分层筒叠置组合连接的三层圆柱筒，所述下分层筒有底，上分层筒和中分层筒无底，所述上分层筒、中分层筒和下分层筒的筒侧壁上均有对称的两个插孔，两插孔内各安置一个测试电极，两测试电极之间由绝缘筒侧壁隔离，各测试电极的引线分别与分层电阻率测试仪的接线端连接。

所述单层圆筒直径为350mm～500mm，高度100～150mm，测试电极位于单层圆筒1/2高度处，并且测试电极位于截圆直径的两端，测试电极直径为10mm，单层圆筒内测试电极长度为直径的1/8～1/4，单层圆筒外为20mm，测试电极优选紫铜制备，测试电极位于筒外侧部分套有橡胶保护套。

所述上分层筒的下边缘、中分层筒的上下两边缘和下分层筒的上边缘带有法兰边，法兰边上分布有连接孔，由定位件穿过上下两个对应的连接孔将三层圆柱筒定位。

所述的定位件为销钉或螺栓。

所述法兰边的上面套箍有环形夹具，环形夹具为开口环形，开口的一端与连接杆的内端铰接，开口的另一端铰接扳手的内端，连接杆的外端与扳手的中段铰接。

所述分层电阻率测试仪，包括外壳、电源转换单元、控制单元、运算单元和输出单元，各测试电极的引线分别通过接线端与控制单元连接，所述的电源转换单元将直流电转换为特定电压和频率的交流电，所述的控制单元与电源转换单元和运算单元相连，运算单元的输入端与输出单元连接，所述的控制单元用于依次在所述的测试电极上施加交流电，测量分层电阻值，所述的运算单元能够根据分层电阻值和测试电极常数计算分层电阻率，并且根据分层电阻率计算分层电阻率平均值和电阻率分层度，所述的输出单元能够将运算元件的计算结果输出到客户端显示屏。

所述电源转化单元的特定电压为50V～110V，所述的特定频率为1kHz。

一种测量混凝土浇筑均匀性和密实性测试方法，其特征在于，应用一种用于测量混凝土浇筑均匀性和密实性的装置，测试步骤如下：

（a）、组装分层测试容器，将上分层筒、中分层筒和下分层筒叠置组合连接成三层圆柱筒，由定位件穿过上下法兰边上的连接孔使三层圆柱筒定位，将两个环形夹具的扳手打开并套于上下两层法兰边上，按下扳手，带动连接杆，使环形夹具夹紧法兰边，在上分层筒、中分层筒和下分层筒的插孔内各安置一个测试电极，测定测试电极常数；

（b）、制备混凝土，结合振捣工艺，浇筑成型于分层测试容器中；

（c）、将各测试电极的引线分别与分层电阻率测试仪的接线端连接，将转换交流电依次施加于各测试电极，测定分层测试容器中的分层电阻值；

（d）、由步骤（a）和（c）确定分层电阻率；

（e）、按公式5计算分层电阻率平均值，公式6计算电阻率分层度；

                       公式5

                公式6

式中：E_a—分层电阻率平均值；E_f—电阻率分层度；E_u—上层电阻率；E_m—中层电阻率；E_d—下层电阻率；

（f）、由步骤（e）中分层电阻率平均值E_a表征浇筑密实性，电阻率分层度E_f表征浇筑均匀性。

所述的步骤（a）测定测试电极常数的方法为：在25℃条件下，将0.1mol/L氯化钾溶液注满分层测试容器，通过输入面板设置测试电极常数为1，调节控制面板，将50V～110V，1kHz依次施加于各层测试电极，测试各层电阻，此时显示屏上电阻率与电阻显示值相同，记为C₀，则测试电极常数K=1.288C₀。

所述的步骤（b）的振捣工艺包括用振捣棒进行内部振捣或用振捣台进行外部振捣。

气泡含量和组分分布决定了混凝土浇筑质量，也是影响新鲜混凝土电阻率的关键因素，本发明通过测试新鲜混凝土电阻率反映浇筑均匀性和密实性，无需直接测试浇注均匀性和密实性的物理指标，而代之以测试浇注混凝土电阻率，利用电阻率特征值表征浇注均匀性和密实性。分层测试容器为三层组合结构，分层电阻率测试仪用于建立分层物理指标与电阻率特征值相关关系，其工作电压为50V～110V，本发明为时间点测试，测试时间要求不大于10分钟，测试效率高，用时短。该测试方法还具有测试准确性高、测试结果稳定、测试过程相对容易、操作方便、快捷、不受操作人员水平限制的优点，可用于振捣工艺条件下混凝土浇注均匀性和密实性的检测。

附图说明

以下结合附图，通过实施例对本发明进一步说明。

图1是分层测试容器的组装示意图。

图2是环形夹具的示意图。

图3是本发明的结构示意图。

图4是分层电阻率测试仪的方框图。

图5电阻率与相对密实度相关性测试结果。

图6电阻率分层度与容重分层度相关性测试结果。

图7电阻率分层度与粗骨料含量分层度相关性测试结果。

附图说明：1－上分层筒、2－中分层筒、3－下分层筒、4－法兰边、5－连接孔、6－测试电极、7－定位件、8－环形夹具、9－连接杆、10－扳手、11－引线、12－分层电阻率测试仪、13－接线端。

具体实施方式

实施例参见图1、图3，一种用于测量混凝土浇筑均匀性和密实性的装置，包括由绝缘材料制成的分层测试容器，所述分层测试容器由上分层筒1、中分层筒2和下分层筒3叠置组合连接的三层圆柱筒，所述下分层筒3有底，上分层筒1和中分层筒2无底，所述上分层筒1、中分层筒2和下分层筒3的筒侧壁上均有对称的两个插孔，两插孔内各安置一个测试电极6，两测试电极6之间由绝缘筒侧壁隔离，各测试电极的引线11分别与分层电阻率测试仪12的接线端13连接。

所述单层圆筒直径为350mm～500mm，高度100～150mm，测试电极6位于单层圆筒1/2高度处，并且测试电极6位于截圆直径的两端，测试电极6直径为10mm，单层圆筒内测试电极6长度为直径的1/8～1/4，单层圆筒外为20mm，测试电极6优选紫铜制备，测试电极6位于筒外侧部分套有橡胶保护套。

所述上分层筒1的下边缘、中分层筒2的上下两边缘和下分层筒3的上边缘带有法兰边4，法兰边4上分布有连接孔5，由定位件7穿过上下两个对应的连接孔将三层圆柱筒定位。

所述的定位件7为销钉或螺栓。销钉7与连接孔5配合以实现临近层间测试电极夹角为90°。

所述法兰边4的上面套箍有环形夹具，环形夹具为开口环形，开口的一端与连接杆9的内端铰接，开口的另一端铰接扳手10的内端，连接杆9的外端与扳手10的中段铰接。

参见图3、图4，所述分层电阻率测试仪12，包括外壳、电源转换单元、控制单元、运算单元和输出单元，各测试电极的引线分别通过接线端13与控制单元连接。

所述电源转换单元将直流电转换为特定电压和频率的交流电，所述电源转化单元的特定电压为50V～110V，所述的特定频率为1kHz。该频率交流电可消除测试电极极化对电阻率测试的影响。

所述控制单元与电源转换单元和运算单元相连，依次在所述的测试电极上施加交流电，测试分层电阻值。

运算单元的输入端与输出单元连接，运算单元根据分层电阻值和测试电极常数计算分层电阻率，进一步根据分层电阻率计算分层电阻率平均值和电阻率分层度。电阻率测试原理如下：

根据电导率公式（1）

                                              公式1

式中：F—电导率；K—测试电极常数；G—电导。

因为电阻与电导互为倒数，电导率与电阻率互为倒数，由公式1得公式2：

                                               公式2

式中： E—电阻率；C—电阻；K—测试电极常数。

25℃时，采用0.1mol/L氯化钾溶液作为标定溶液，其电导率为1.288s/m，根据公式2，得测试电极常数计算公式：

                                           公式3

式中： C₀—标定溶液电阻。

根据公式2和公式3，得电阻率公式：      

                                          公式4

式中：E—混凝土电阻率；C—混凝土电阻；C₀—标定溶液电阻。

所述的控制单元用于依次在所述的测试电极上施加交流电，测量分层电阻值，所述的运算单元能够根据分层电阻值和测试电极常数计算分层电阻率，并且根据分层电阻率计算分层电阻率平均值和电阻率分层度。

最后，输出单元能够将运算元件的计算结果输出到客户端显示屏。

图2表示环形夹具8。环形夹具8作用在于使单层圆筒组成浇筑分层装置，使用时将环形夹具扳手10打开并套于法兰上，按下扳手10，带动连接杆9，使环形夹具8夹紧法兰。最好在组合前使用密封材料提高法兰间密封效果，如凡士林等。最好使用刚性较高的金属材料制备环形夹具8，如不锈钢等。最好在环形夹具7内侧设置适当厚度和弹性的垫圈。

一种测量混凝土浇筑均匀性和密实性测试方法，应用所述的一种用于测量混凝土浇筑均匀性和密实性的装置，测试步骤如下：

（a）、组装分层测试容器，将上分层筒1、中分层筒2和下分层筒3叠置组合连接成三层圆柱筒，由定位件7穿过上下法兰边4上的连接孔5使三层圆柱筒定位，将两个环形夹具8的扳手10打开并套于上下两层法兰边4上，按下扳手10，带动连接杆9，使环形夹具8夹紧法兰边，在上分层筒1、中分层筒2和下分层筒3的插孔内各安置一个测试电极6，测定测试电极常数，测试电极常数的方法：用导线连接测试电极6和电源接孔13。在25℃条件下，将0.1mol/L氯化钾溶液注满分层装置11，通过输入面板设置测试电极常数为1，调节控制面板，将50V～110V，1kHz依次施加于上、中和下层测试电极6，测试分层电阻，此时液晶显示屏上电阻率与电阻显示值相同，记为C₀，则测试电极常数K=1.288C₀；

（b）、制备混凝土，结合振捣工艺，浇筑成型于分层测试容器中，具体振捣工艺如振捣方式、振捣频率和振捣时间等，最后抹平表面；

（c）、将各测试电极的引线11分别与分层电阻率测试仪12的接线端13连接，将转换交流电依次施加于各测试电极6，通过输入面板设置测试电极常数，调节控制面板，依次测定分层测试容器上层、中层和下层电阻值，测试时间不宜大于5min；

（d）、由步骤（a）和（c）确定分层电阻率；

（e）、按公式5计算分层电阻率平均值，公式6计算电阻率分层度；

                    公式5

                公式6

式中：E_a—分层电阻率平均值；E_f—电阻率分层度；E_u—上层电阻率；E_m—中层电阻率；E_d—下层电阻率；

（f）、由步骤（e）中分层电阻率平均值E_a表征浇筑密实性，电阻率分层度E_f表征浇筑均匀性。

图5表示分层电阻率平均值与相对密实性负线性相关，说明分层电阻率平均值表征混凝土浇筑密实性具有可靠性，其中相对密实度为容重与理论最大密堆积结构容重的比值，可定量表征混凝土密实性。

图6表示电阻率分层度与容重分层度正线性相关，说明电阻率分层度表征混凝土浇筑的容重均匀性具有可靠性，其中容重分层度为上层和下层容重差与上层和下层容重平均值的百分比，可定量表征容重的均匀性。

图7表示电阻率分层度与粗骨料含量分层度正线性相关，说明电阻率分层度表征混凝土浇筑的粗骨料分布均匀性具有可靠性，其中粗骨料含量分层度为上层和下层粗骨料质量差与上层和下层粗骨料质量平均值的百分比，可定量表征容重的均匀性。

图5、图6、图7共同说明电阻率分层度表征混凝土浇筑均匀性具有可靠性。