本發(fā)明屬于混凝土檢測領(lǐng)域，具體涉及一種施工現(xiàn)場混凝土硬化程度實時反饋系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

目前，在土建工程施工現(xiàn)場，混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件澆筑完畢后，混凝土硬化程度開始受人關(guān)注，因為它關(guān)乎何時能夠拆除模板和支撐，何時能夠進(jìn)行下一道工序。如果對硬化程度把握不準(zhǔn)，在混凝土未足夠硬化時，就貿(mào)然進(jìn)行支護(hù)拆除，開始下一環(huán)節(jié)的施工，一定會對工程質(zhì)量造成不利影響，嚴(yán)重者還會造成結(jié)構(gòu)垮塌、斷裂等安全事故。在橋梁結(jié)構(gòu)、大跨度殼體結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的混凝土施工中，這個問題顯得特別突出。另一方面，如果等待混凝土硬化時間過長，則會影響施工進(jìn)度。為了掌握混凝土硬化情況，傳統(tǒng)的做法是：在施工時成型多組不同齡期的混凝土抗壓強度試件，擱置在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件旁邊，進(jìn)行同條件養(yǎng)護(hù)，至規(guī)定的時間進(jìn)行試驗，得到混凝土的抗壓強度。由于過多的試件制作和強度試驗會帶來很大的工作量，事實上不會每一個齡期都有試件，有時，為了省事，還會少做試驗甚至不做試驗，僅憑經(jīng)驗判斷強度的發(fā)展，以至于釀成事故，所以說，這種做法對混凝土硬化程度的反饋及時性差，操作不便，不能滿足施工需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種施工現(xiàn)場混凝土硬化程度實時反饋系統(tǒng)及方法，能夠解決現(xiàn)有檢測混凝土硬化的方法不能實現(xiàn)對混凝土硬化程度實時反饋的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種施工現(xiàn)場混凝土硬化程度實時反饋系統(tǒng)，它包括振動測試儀，振動測試儀的輸出端和輸入端分別與激振器和振動加速度傳感器連接，振動加速度傳感器與固定錐的一端連接，固定錐的另一端插入試件中固定連接，試件設(shè)置在塑料試模中。

上述塑料試模底部設(shè)有隔振墊。

還包括防護(hù)罩，防護(hù)罩內(nèi)至少有2個放置區(qū)域，塑料試模、試件、隔振墊整體置于防護(hù)罩內(nèi)一個放置區(qū)域中，振動測試儀置于防護(hù)罩內(nèi)另一個放置區(qū)域中。

上述振動測試儀的數(shù)據(jù)輸出端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)輸入端連接，服務(wù)器的數(shù)據(jù)輸出端與客戶端連接。

上述振動測試儀與服務(wù)器之間，服務(wù)器與客戶端之間設(shè)有信號收發(fā)裝置。

采用上述結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)具有程序控制下的自動激振、采集和分析功能，為實施在關(guān)注期內(nèi)對混凝土硬化特性長時間、高頻率、無損監(jiān)測提供了條件；頻率與強度轉(zhuǎn)換公式，提供了實測出的頻率、強度對應(yīng)關(guān)系；試件在施工現(xiàn)場同條件養(yǎng)護(hù)，使試件和結(jié)構(gòu)物的強度發(fā)展更加接近；無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，適應(yīng)了工地復(fù)雜的環(huán)境條件，增加了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。以此為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了對施工現(xiàn)場混凝土硬化程度的實時反饋和自動決策，為及時掌握混凝土強度的發(fā)展，指導(dǎo)施工提供了精準(zhǔn)的、智能化手段。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為自振頻率與硬化歷時關(guān)系曲線；

圖3為推斷強度與硬化歷時關(guān)系曲線。

具體實施方式

如圖1所示一種施工現(xiàn)場混凝土硬化程度實時反饋系統(tǒng)，它包括振動測試儀8，振動測試儀8的輸出端和輸入端分別與激振器7和振動加速度傳感器6連接，振動加速度傳感器 6與固定錐4的一端連接，固定錐4的另一端插入試件2中固定連接，試件2設(shè)置在塑料試模3中。

所述塑料試模3底部設(shè)有隔振墊5。使用塑料試模3，可以削弱和避開試模的振動對試件2振動測試數(shù)據(jù)的影響；使用隔振墊5可以擱置試件2，減少源于外部存在的振動和激振器7激起外部物體的振動對試件2振動測試數(shù)據(jù)的影響，起到隔振作用。

還包括防護(hù)罩1，防護(hù)罩1內(nèi)至少有2個放置區(qū)域，塑料試模3、試件2、隔振墊5 整體置于防護(hù)罩1內(nèi)一個放置區(qū)域中，振動測試儀8置于防護(hù)罩1內(nèi)另一個放置區(qū)域中。這樣能減少試件、振動測試儀、傳感器和激振器等受到施工區(qū)域常有的高空落物、外部撞擊、人為碰觸帶來的干擾、也起到防止丟失的作用。試件所在的放置區(qū)的籠狀設(shè)置，能保證風(fēng)、雨、陽光、溫度等外部環(huán)境因素作用于試件，使試件和施工結(jié)構(gòu)物的混凝土處于同一養(yǎng)護(hù)條件下，保證試件的混凝土硬化程度盡可能接近結(jié)構(gòu)混凝土的硬化程度。振動測試儀所在區(qū)域的箱狀設(shè)置，有較好的密封性，則可以減少雨水等外部惡劣環(huán)境對測試儀運行的不利影響。

所述振動測試儀8的數(shù)據(jù)輸出端與服務(wù)器10的數(shù)據(jù)輸入端連接，服務(wù)器10的數(shù)據(jù)輸出端與客戶端11連接。這樣能通過網(wǎng)絡(luò)將推斷結(jié)果上傳至服務(wù)器，供相關(guān)人員進(jìn)行查閱和施工決策。

所述振動測試儀8與服務(wù)器10之間，服務(wù)器10與客戶端之間設(shè)有信號收發(fā)裝置9。

一種基于上述反饋系統(tǒng)的用于施工現(xiàn)場混凝土硬化程度實時反饋的方法，包括以下步驟：

1)在施工現(xiàn)場的合適位置架設(shè)無線熱點9，使振動測試儀8、服務(wù)器10和客戶端11能進(jìn)行無線通訊；將防護(hù)罩1平穩(wěn)放置在結(jié)構(gòu)物旁邊的偏僻處，以減少施工干擾，并能保證該處的環(huán)境條件與結(jié)構(gòu)混凝土的養(yǎng)護(hù)條件一致；

2)將振動測試儀8放置在防護(hù)罩1一端的箱狀物內(nèi)，將隔振墊5平放在防護(hù)罩1另一端的籠狀物內(nèi)；

3)在混凝土結(jié)構(gòu)物進(jìn)行澆筑施工時，進(jìn)行混凝土樣品抽取，篩除粒徑大于20mm的骨料，翻拌均勻后裝入塑料試模3，振搗密實，抹平表面，且使之與塑料試模3的上沿平齊；塑料試模3中的混凝土凝固硬化，即為試件2；

4)將塑料試模3連同其中的試件2一起平穩(wěn)轉(zhuǎn)移置至隔振墊5上；再將傳感器6通過信號線與振動測試儀8連接，并通過螺紋與固定錐4穩(wěn)固地連接在一起；然后將固定錐4從試件 2表面中心豎直插入，深至只有螺紋部分外露；

5)待試件凝固一段時間后，如果激振器7放在試件2上不會下沉進(jìn)入混凝土，即把激振器 7通過電線與振動測試儀8連接，并在試件2的上表面縱軸線上緊靠端部豎直、平穩(wěn)放置，激振器7不能接觸塑料試模3；

6)打開振動測試儀8，打開客戶端11，訪問服務(wù)器10，設(shè)定時間間隔，使系統(tǒng)開始工作，按照時間間隔進(jìn)行激振和數(shù)據(jù)采集，得到試件2的振動時域波形，通過振動分析得到試件2 的自振頻率Fi(單位Hz)；

7)服務(wù)器10按公式計算混凝土的推定強度Pi(單位MPa)，并將試件編號、代表部位、齡期和推定強度以表格和強度發(fā)展過程線的方式顯示出來；

8)當(dāng)自振頻率Fi大于2000Hz后，將試件2從塑料試模3中脫出，改設(shè)時間間隔，使系統(tǒng)繼續(xù)運行，運行期間蓋上防護(hù)罩的蓋子，鎖好，使試件免受干擾、防止丟失；

9)隨著混凝土澆筑施工的繼續(xù)，新的試件2不斷制作，并接入系統(tǒng)；必要時增加傳感器 6、激振器7、振動測試儀8等的數(shù)量；

10)將取自同一澆筑倉位的同一種類混凝土的試件2作為一批看待，系統(tǒng)將該批的每一個試件2的最新推定強度值作為一個數(shù)列，每當(dāng)該批有最新推斷強度值出現(xiàn)時，求出該數(shù)列中的最小值，將其作為該倉位混凝土強度的評定值P，假設(shè)規(guī)范規(guī)定的可以進(jìn)行下一道工序的混凝土強度值為Ps，則當(dāng)滿足P≥Ps時，系統(tǒng)發(fā)出可以進(jìn)行下一道工序的通知。如果不再有監(jiān)控需求，系統(tǒng)即結(jié)束運行。

步驟6)中，時間間隔設(shè)定為10分鐘，使系統(tǒng)開始工作，每10分鐘進(jìn)行1次激振和數(shù)據(jù)采集，得到試件2的一個振動時域波形。

步驟8)中，時間間隔改設(shè)為1小時，使系統(tǒng)繼續(xù)運行。

步驟7)中的公式為Pi＝4.138·Fi^4.121·10^-14，對應(yīng)的，試件的尺寸為長300mm，寬 150mm，高150mm。

上述步驟中，通過搭建局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，適應(yīng)了施工現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境，避免了施工作業(yè)和惡劣天氣對有線數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)入服務(wù)器，則可以進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，為大范圍的施工數(shù)據(jù)的積累、整合、分析和利用提供了基礎(chǔ)。以程序控制的激振、振動采集、分析和推斷，混凝土試件和結(jié)構(gòu)物同條件養(yǎng)護(hù)的方式，通過試件自振頻率推斷結(jié)構(gòu)物混凝土的強度，為施工人員實時把控混凝土的硬化狀態(tài)提供了手段，填補了現(xiàn)場混凝土硬化程度智能反饋的空白。步驟3中的抽樣頻次參考了相關(guān)混凝土施工規(guī)范中對非大體積混凝土取樣的規(guī)定，適量的樣品保證了反饋結(jié)果的代表性，兼顧了操作上的便利性?！昂Y除粒徑大于20mm的骨料”，也兼顧了結(jié)果的代表性和操作便利性，如果篩除粒徑大于5mm的骨料，直接用砂漿制作試件，雖然更能反映膠凝材料的硬化程度，但是操作費時費力。步驟7)中的公式是對大量試驗數(shù)據(jù)整理、擬合的結(jié)果，它將試件的自振頻率與抗壓強度聯(lián)系起來，實現(xiàn)了該方法與以抗壓強度作為硬化標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有規(guī)范中規(guī)定的對接，是混凝土硬化程度反饋的關(guān)鍵。步驟8)中自振頻率大于2000Hz時將試件脫模的做法，是在實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上提出的，一方面，大于2000Hz時，試件有了一定程度的硬化，脫模時不易損傷試件，另一方面，硬化到這種程度以后，若不脫掉試模，試件自振頻率的測試結(jié)果將有一定程度的失真。步驟10)中同一倉位某一時刻所有同一種類混凝土的試件強度推斷值中的最小值需不小于規(guī)范規(guī)定的可以進(jìn)行下一道工序的強度值才能繼續(xù)施工的做法，為施工安全提供了保障。

實施例：

一種混凝土梁，混凝土強度等級C50，澆筑施工持續(xù)3個班次，總量200立方米，要求實測抗壓強度達(dá)到設(shè)計強度的75％才能拆除底模。使用該系統(tǒng)進(jìn)行混凝土硬化程度監(jiān)控：

首先，準(zhǔn)備防護(hù)罩1、塑料試模3、固定錐4、隔振墊5、傳感器6和激振器7，各3套，準(zhǔn)備1套4通道振動測試儀8，在施工區(qū)域內(nèi)架設(shè)1個無線熱點9，使服務(wù)器10、客戶端11 與振動測試儀8之間信號連通。在施工部位附近選擇僻靜、穩(wěn)固的地方放置防護(hù)罩1。

接著，每班抽取1個有代表性的混凝土樣品，篩去粒徑大于20mm的骨料，翻拌均勻，裝入塑料試模3，制作成試件2，擱置一段時間后，觀察樣品不再泌水、下沉?xí)r，抹平樣品表面，使之與塑料試模3的上沿平齊，然后移入防護(hù)罩1的籠狀物內(nèi)，籠狀物透水、光、氣，可以視試件2的養(yǎng)護(hù)條件等同于現(xiàn)場結(jié)構(gòu)物。

之后，將振動測試儀8平穩(wěn)放置在防護(hù)罩1的箱狀物內(nèi)，接好電源線，將傳感器6 與振動測試儀8連接，并通過螺紋固定在固定錐4上，再將固定錐4從試件2的上表面中心處豎直插入樣品，深約100mm。用手指輕觸試件2表面，當(dāng)感覺到將激振器7置于其上不會下沉?xí)r，豎直放置激振器7于試件2的端部正中，盡量靠近端部且不要接觸塑料試模3的側(cè)壁，避免激起塑料試模3的振動而影響試件2振動數(shù)據(jù)的采集。將激振器7與振動測試儀 8連接。

最后，打開系統(tǒng)，設(shè)置時間間隔為10分鐘，按此間隔，激振器7激振試件2，傳感器6和振動測試儀8采集并分析該振動，得到試件2當(dāng)時的自振頻率。通過網(wǎng)絡(luò)將自振頻率值傳遞給服務(wù)器10，服務(wù)器10按上述公式計算推斷強度并以圖表方式顯示出來。當(dāng)自振頻率大于2000Hz時，暫停系統(tǒng)運行，將傳感器6從固定錐4上卸下，將試件2從塑料試模3 中脫出，脫模時勿使定位錐4從試件2中松脫。將脫出的試件2重新放置在隔振墊5上，再把傳感器6重新安裝在固定錐4上，繼續(xù)運行系統(tǒng)。因為，此時試件2已經(jīng)硬化，不再需要塑料試模3保持自身的形狀，另外，試件2硬化后，其振動特征的采集和分析結(jié)果受塑料試模3的影響較大。脫模后，時間間隔設(shè)置為1小時，系統(tǒng)繼續(xù)運行。在該混凝土澆筑倉位中，共取樣3次，制作3個試件2，編號記作：S1、S2、S3。其中S1試件的監(jiān)控結(jié)果如圖 2、圖3。圖2是自振頻率隨硬化時間變化的過程線，圖3是推斷強度隨硬化時間變化的過程線?；炷劣不潭确答佊涗浫绫?：

表1

從表1可以看出，該混凝土梁施工中抽取的3個混凝土樣品S1、S2和S3，其推定強度的最小值為37.7MPa，滿足了規(guī)范要求“達(dá)到設(shè)計強度的75％”，即不小于50×75％＝37.5MPa。此時系統(tǒng)發(fā)出提醒：混凝土硬化程度已經(jīng)滿足要求。停止系統(tǒng)運行。施工人員參考這一提醒，可以進(jìn)行下一個環(huán)節(jié)的施工。如果需要確認(rèn)，也可以事先抽取樣品，成型抗壓強度試件，在系統(tǒng)發(fā)出提醒后，再進(jìn)行試驗確認(rèn)。

類似的，混凝土預(yù)應(yīng)力構(gòu)件在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉之前，規(guī)范要求混凝土的強度要達(dá)到設(shè)計強度的100％，這種情況下也可以應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行硬化程度反饋。