原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的装置与方法

摘要

本发明公开了原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的装置与方法；原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的装置，包括加力装置、剪劈装置和拉压传感器，剪劈装置包括提升块、导力杆以及卡爪座，一侧的卡爪座设置有第一卡爪，另一侧的卡爪座设置有第二卡爪，第一卡爪设置有第一咬牙，第二卡爪设置有第二咬牙，检测前卡爪组件内设置有标定传感器；剪劈装置可通过更换第一卡爪和第二卡爪，实现原位剪切或原位劈裂操作，标定传感器可测量卡爪组件的实际压力，将拉压传感器按照标定传感器进行标定可消除因导力杆引起的误差，本发明的装置与方法，可检测混凝土的抗拉与抗压强度，并可消除系统误差，不仅提高了检测效率，同时提高了测量的精度。

说明书

技术领域

本发明涉及混凝土强度检测技术领域，尤其涉及一种原位剪劈法检测混凝 土抗拉与抗压强度的装置与方法。

背景技术

混凝土强度检测技术，是工程质量控制过程中不可缺少的技术手段，混凝 土抗拉强度与抗压强度是混凝土结构中两项重要的技术指标，是设计、施工、 验收、使用的重要依据。目前检测混凝土抗压强度的技术比较成熟，试验方法 分试验室检测技术和现场检测技术，而检测抗拉强度的技术只有在试验室通过 制作同条件标准试块或钻取直径100mm的芯样加工后，在压力机上通过劈裂抗 拉试验来完成，由于试验室劈裂试验的设备比较笨重、试验工艺复杂，使劈裂 抗拉试验方法受到影响，作为混凝土重要力学特征值抗拉强度目前还没有可在 原位检测的手段，更没有一次测试完成两个混凝土重要参数的推算方法。因此 有必要研发一种可以检测两个混凝土重要参数的装置，以减少对结构的损伤， 提高效率，减少工作人员的劳动强度。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度 的装置，其可检测混凝土的抗拉与抗压两个强度参数，并通过标定传感器消除 系统内部误差，不仅提高了检测效率，减少了工作人员的劳动强度，同时提高 了测量的精度。

本发明的第二个目的在于提供一种原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度 的方法，其可检测混凝土的抗拉与抗压两个强度参数，并通过标定传感器消除 系统内部误差，不仅提高了检测效率，减少了工作人员的劳动强度，同时提高 了测量的精度。

为达第一个目的，本发明采用以下技术方案：

原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的装置，包括加力装置、剪劈装置 和控制装置，加力装置和剪劈装置之间设置有拉压传感器，拉压传感器与控制 装置连接，剪劈装置包括与拉压传感器相连接的提升块、对称铰接在提升块两 侧的导力杆以及与导力杆相铰接的卡爪座，一侧的卡爪座的下部设置有圆弧形 的第一卡爪，另一侧的卡爪座的下部设置有圆弧形的第二卡爪，第一卡爪和第 二卡爪形成圆筒状的卡爪组件，第一卡爪的内侧面设置有第一咬牙，第二卡爪 的内侧面设置有第二咬牙，检测前卡爪组件内设置有标定传感器，标定传感器 的两侧分别设置有与第一咬牙和第二咬牙相配合的凹槽。

其中，原位剪切时，第一咬牙与第二咬牙的相对高度大于零，原位劈裂时， 第一咬牙与第二咬牙的相对高度等于零。

其中，卡爪座包括相连接的连接杆和连接盘，连接杆的上部与导力杆铰接， 连接盘的下部设置有卡接部，卡接部的外侧面设置有卡槽，第一卡爪和第二卡 爪的内侧面均设置有与卡槽相配合的第一凸台，第一卡爪和第二卡爪的外侧面 均设置有与连接盘固定连接的第二凸台。

其中，卡爪座包括相连接的连接杆和连接盘，连接杆的上部与导力杆铰接， 连接盘的下部设置有卡接部，卡接部的外侧面设置有环形凸台，第一卡爪和第 二卡爪的内侧面均设置有与环形凸台相配合的环形槽，第一卡爪和第二卡爪的 外侧面均设置有与连接盘固定连接的第三凸台。

其中，加力装置包括驱动电机、主动齿轮和从动齿轮和提拉杆，驱动电机 通过减速机与主动齿轮相连接，主动齿轮与从动齿轮啮合传动，提拉杆的上部 与从动齿轮固定连接，提拉杆的下部与拉压传感器固定连接。

其中，加力装置还包括壳体，主动齿轮、从动齿轮均位于壳体内，拉压传 感器的外部设置有传感器护套，传感器护套的上部与壳体固定连接，提拉杆的 下部伸出壳体且位于传感器护套内。

其中，两个卡爪座之间设置有支撑座，支撑座包括与卡爪座铰接的支撑板 以及设置在支撑板上端的支撑盘，传感器护套的下部与支撑盘固定连接。

其中，提拉杆与传感器护套之间设置有塑料直线轴承，塑料直线轴承的上 方设置有内挡圈，塑料直线轴承的下方设置有外挡圈。

其中，加力装置的外部设置有第一外壳，剪劈装置的外部设置有第二外壳。

为达第二个目的，本发明采用以下技术方案：

采用上述装置检测混凝土抗拉与抗压强度的方法，包括以下步骤：

(1)、采用标定传感器测量卡爪组件的实际压力，将拉压传感器按照标定 传感器进行标定；

(2)、在被测试件上钻环形芯样孔，将卡爪组件套入环形芯样孔内；

(3)、通过控制装置启动加力装置，直至芯样被剪切或劈裂，拉压传感器 测得芯样破坏时的最大力值，并反馈至控制装置，加力装置反转回到初始状态；

(4)、将最大力值换算为混凝土的抗压或抗拉强度。

本发明的有益效果：原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的装置，包括 加力装置、剪劈装置和控制装置，加力装置和剪劈装置之间设置有拉压传感器， 拉压传感器与控制装置连接，剪劈装置包括与拉压传感器相连接的提升块、对 称铰接在提升块两侧的导力杆以及与导力杆相铰接的卡爪座，一侧的卡爪座的 下部设置有圆弧形的第一卡爪，另一侧的卡爪座的下部设置有圆弧形的第二卡 爪，第一卡爪和第二卡爪形成圆筒状的卡爪组件，第一卡爪的内侧面设置有第 一咬牙，第二卡爪的内侧面设置有第二咬牙，检测前卡爪组件内设置有标定传 感器，标定传感器的两侧分别设置有与第一咬牙和第二咬牙相配合的凹槽。剪 劈装置可通过更换第一卡爪和第二卡爪，实现原位剪切或原位劈裂操作，标定 传感器可测量卡爪组件的实际压力，将拉压传感器按照标定传感器进行标定可 消除因导力杆引起的误差，本发明的原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的 装置与方法，可检测混凝土的抗拉与抗压两个强度参数，并通过标定传感器消 除系统内部误差，不仅提高了检测效率，减少了工作人员的劳动强度，同时提 高了测量的精度。

附图说明

图1是本发明的原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的装置的主视图。

图2是图1中AA剖面的剖视图。

图3是本发明的剪切头的工作示意图。

图4是本发明的劈裂头的工作示意图。

图5是本发明的一个实施例的劈裂装置的主视图。

图6是本发明的一个实施例的劈裂装置的仰视图。

图7是图5中AA剖面的剖视图。

图8是本发明的一个实施例的劈裂装置的立体结构示意图。

图9是本发明的一个实施例的劈裂装置的立体分解示意图。

图10是本发明的另一个实施例的劈裂装置的结构示意图。

图11是本发明的另一个实施例的劈裂装置的立体结构示意图。

图12是本发明的加力装置和劈裂装置的连接示意图。

图13是图12中AA剖面的剖视图。

图14是本发明的加力装置和劈裂装置的立体结构示意图。

附图标记如下：

1-加力装置；11-驱动电机；12-主动齿轮；13-从动齿轮；14-提拉杆；15- 减速机；16-壳体；2-剪劈装置；21-提升块；22-导力杆；23-卡爪座；231-连 接杆；232-连接盘；233-卡接部；2331-卡槽；2332-环形凸台；24-第一卡爪； 241-第一咬牙；242-第一凸台；243-环形槽；25-第二卡爪；251-第二咬牙；252- 第二凸台；253-第三凸台；26-支撑座；261-支撑板；262-支撑盘；3-拉压传感 器；4-标定传感器；41-凹槽；5-传感器护套；6-塑料直线轴承；7-内挡圈；8- 外挡圈；9-第一外壳；10-第二外壳；20-被测试件；201-环形芯样孔

具体实施方式

下面结合图1至图14并通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。

原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的装置，包括加力装置1、剪劈装置 2和控制装置，加力装置1和剪劈装置2之间设置有拉压传感器3，如图1和图 2所示；拉压传感器3与控制装置连接，剪劈装置2包括与拉压传感器3相连接 的提升块21、对称铰接在提升块21两侧的导力杆22以及与导力杆22相铰接的 卡爪座23，如图5至图9所示；一侧的卡爪座23的下部设置有圆弧形的第一卡 爪24，另一侧的卡爪座23的下部设置有圆弧形的第二卡爪25，第一卡爪24和 第二卡爪25形成圆筒状的卡爪组件，第一卡爪24的内侧面设置有第一咬牙241， 第二卡爪25的内侧面设置有第二咬牙251，如图3和图4所示；检测前卡爪组 件内设置有标定传感器4，标定传感器4的两侧分别设置有与第一咬牙241和第 二咬牙251相配合的凹槽41，如图2和图14所示。剪劈装置2可通过更换第一 卡爪24和第二卡爪25，实现原位剪切或原位劈裂操作；标定传感器4即剪劈传 感器，可测量卡爪组件的实际压力，将拉压传感器3按照标定传感器4进行标 定可消除因导力杆22引起的误差；拉压传感器3直接与加力装置1和剪劈装置 2连接，参与了传递荷载，使得采集的数据系统误差小，不会因为传动部件的磨 损老化而影响数据采集的精度；提升块21、导力杆22和卡爪座23组成连杆机 构，在拉压传感器3的垂直作用力下，卡爪座23的下部可沿水平方向往复运动， 以使得与卡爪座23相连接的第一卡爪24、第二卡爪25沿水平方向相对移动， 从而实现原位剪切或原位劈裂操作。

本实施例中，原位剪切时，第一咬牙241与第二咬牙251的相对高度大于 零，原位劈裂时，第一咬牙241与第二咬牙251的相对高度等于零。优选地， 当第一咬牙241与第二咬牙251的相对高度等于零时，第一卡爪24和第二卡爪 25组成一对劈裂头，如图4所示；当第一咬牙241与第二咬牙251的相对高度 大于零时，第一卡爪24和第二卡爪25组成一对剪切头，如图3所示。通过更 换第一卡爪24和/或第二卡爪25组成剪切头或劈裂头，实现原位剪切或原位劈 裂操作，根据测试得到的数据推算混凝土的抗拉或抗压强度。

本实施例中，如图9所示，卡爪座23包括相连接的连接杆231和连接盘232， 连接杆231的上部与导力杆22铰接，连接盘232的下部设置有卡接部233，卡 接部233的外侧面设置有卡槽2331，第一卡爪24和第二卡爪25的内侧面均设 置有与卡槽2331相配合的第一凸台242，第一卡爪24和第二卡爪25的外侧面 均设置有与连接盘232固定连接的第二凸台252。优选地，第一卡爪24和第二 卡爪25与连接盘232先通过卡槽2331、第一凸台242的配合相卡接，再通过螺 纹与卡爪座23固定连接，方便更换。

在其他实施例中，如图10和图11所示，卡爪座23包括相连接的连接杆231 和连接盘232，连接杆231的上部与导力杆22铰接，连接盘232的下部设置有 卡接部233，卡接部233的外侧面设置有环形凸台2332，第一卡爪24和第二卡 爪25的内侧面均设置有与环形凸台2332相配合的环形槽243，第一卡爪24和 第二卡爪25的外侧面均设置有与连接盘232固定连接的第三凸台253。优选地， 第一卡爪24和第二卡爪25与连接盘232先通过环形凸台2332、环形槽243的 配合相卡接，再通过螺纹与卡爪座23固定连接，方便更换。

本实施例中，如图12至图14所示，加力装置1包括驱动电机11、主动齿 轮12、从动齿轮13和提拉杆14，驱动电机11通过减速机15与主动齿轮12相 连接，主动齿轮12与从动齿轮13啮合传动，提拉杆14的上部与从动齿轮13 固定连接，提拉杆14的下部与拉压传感器3固定连接。驱动电机11通过减速 机15驱动主动齿轮12转动，主动齿轮12与从动齿轮13啮合传动，从动齿轮 13与提拉杆14通过螺纹固定连接，即通过齿轮传动将圆周运动转变为直线运动， 提拉杆14可在从动齿轮13的带动下沿竖直方向上下移动，使得拉压传感器3 可沿竖直方向作往复运动，提升块21在拉压传感器3的垂直作用力下运动，并 通过连杆机构将向上的作用力转化为径向夹紧力，使得与卡爪座23相连接的第 一卡爪24、第二卡爪25沿水平方向相对移动来夹紧芯样，从而实现原位剪切或 原位劈裂操作。

优选地，驱动电机11采用微型电机，锂电池供电，使得结构更加轻便，减 轻了操作者的负担，一人即可完成全部操作，锂电池一次充电可以完成百余次 拉脱操作，可以完成野外操作和条件恶劣环境下的连续操作；主动齿轮12与从 动齿轮13为斜齿轮传动，使得传动更加平稳可靠，加荷速度均匀，提高测试精 度。进一步优选地，控制装置位于加力装置1上方，控制装置采用微处理器控 制，按照不同功能编制不同的子程序，利用控制面板按钮和屏幕选择不同的操 作方式，以便达到不同的目的。微处理器通过拉压传感器3采集的数据和回位 时的驱动电流的变化，控制驱动电机11的转动方向达到操作驱动电机11的目 的，内置SD存储卡，可以存储大量的测试数据。控制装置的显示面板采用OLED 面板，可有效防止阳光的干涉，具有轻便、节能的效果。

本实施例中，如图12至图14所示，加力装置1还包括壳体16，主动齿轮 12和从动齿轮13均位于壳体16内，拉压传感器3的外部设置有传感器护套5， 传感器护套5的上部与壳体16固定连接，提拉杆14的下部伸出壳体16且位于 传感器护套5内，传感器护套5对拉压传感器3和提拉杆14起到保护作用。如 图7至图9所示，两个卡爪座23之间设置有支撑座26，支撑座26包括与卡爪 座23铰接的支撑板261以及设置在支撑板261上端的支撑盘262，传感器护套 5的下部与支撑盘262固定连接。支撑盘262通过传感器护套5固定在壳体16 上，即支撑盘262与壳体16的相对位置固定，卡爪座23与支撑板261铰接， 即卡爪座23可相对支撑板261转动。

本实施例中，如图12至图14所示，提拉杆14与传感器护套5之间设置有 塑料直线轴承6，塑料直线轴承6的上方设置有内挡圈7，塑料直线轴承6的下 方设置有外挡圈8。塑料直线轴承6免润滑，可减少提拉杆14上下移动时与传 感器护套5之间的摩擦，内挡圈7和外挡圈8对塑料直线轴承6起到支撑和限 位的作用。

本实施例中，如图2所示，加力装置1的外部设置有第一外壳9，剪劈装置 2的外部设置有第二外壳10。第一外壳9和第二外壳10起到保护加力装置1和 剪劈装置2的作用，优选地，第一外壳9和第二外壳10均为塑料外壳。

采用上述装置检测混凝土抗拉与抗压强度的方法，包括以下步骤：

(1)、采用标定传感器4测量卡爪组件的实际压力，将拉压传感器3按照 标定传感器4进行标定；

(2)、在被测试件20上钻环形芯样孔201，将卡爪组件套入环形芯样孔201 内；

(3)、通过控制装置启动加力装置1，直至芯样被剪切或劈裂，拉压传感器 3测得芯样破坏时的最大力值，并反馈至控制装置，加力装置1反转回到初始状 态；

(4)、将最大力值换算为混凝土的抗压或抗拉强度。

本实施例中，控制装置包括显示面板，通过显示面板可实时检测芯样的力 值变化，并可读取芯样破坏时的最大力值。

原位剪劈法是在原位钻制小直径芯样试件，芯样的直径可以是Φ25mm、Φ 30mm、Φ38mm、Φ44mm等，采用可以灵活拆装、更换的剪切头或劈裂头的剪劈 装置2，在原位深度15mm、20mm或25mm处将其剪断或劈断，如遇混凝土表面遭 受冻融、火烧、化学损伤，可以将长度不小于80mm芯样取出,将其用专用夹持 装置夹紧，分段剪切或劈断，根据剪、劈的力值去换算混凝土抗拉强度和抗压 强度。

本发明的原位剪劈法检测混凝土抗拉与抗压强度的装置与方法，可检测混 凝土的抗拉与抗压两个强度参数，并通过标定传感器4消除系统内部误差，不 受试件表面的影响；可测试平面、曲面、凸面、凹面等，利用芯样径向定位， 不需要试件的表面提供反力，不仅提高了检测效率，减少了工作人员的劳动强 度，同时提高了测量的精度。如遇火烧、冻融、化学侵蚀，即混凝土表面出现 变化，可将其钻出，夹持在专用夹具上进行分段剪、劈操作，从而可以了解受 损厚度、受损位置和未受损位置的抗拉和抗压强度。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本 发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。