本發(fā)明涉及混凝土材料屬性測(cè)試設(shè)備，更具體的說是涉及一種廢棄混凝土力學(xué)性能測(cè)試裝置及測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

1、混凝土拆除廢棄物數(shù)量繁多，建筑垃圾堆存對(duì)環(huán)境已經(jīng)造成了巨大影響。近些年來學(xué)者們將廢棄混凝土破碎為再生骨料，并將其作為原材料制備為混凝土，不僅可以減少建筑固廢，還可以減少對(duì)天然骨料資源的開采，減輕環(huán)境壓力。混凝土結(jié)構(gòu)服役環(huán)境復(fù)雜，長(zhǎng)期服役后，混凝土力學(xué)性能退化，再生骨料性能難以保證。而現(xiàn)有的研究中多是針對(duì)再生骨料的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的。

2、如發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)公布號(hào)cn?115147421?a，申請(qǐng)公布日2022.10.04)中公開了一種用于建筑垃圾回收的再生骨料分級(jí)評(píng)價(jià)方法，通過采用圖像處理技術(shù)，對(duì)再生骨料中的木片塑料雜質(zhì)進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)。又如發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)公布號(hào)cn114925987?a，申請(qǐng)公布日2022.08.19)中公開了一種混凝土再生碎石骨料的分級(jí)方法，采用強(qiáng)度損失、表觀密度、壓碎指標(biāo)和吸水率等指標(biāo)對(duì)再生骨料品質(zhì)進(jìn)行分類。發(fā)明專利申請(qǐng)(申請(qǐng)公布號(hào)cn?104276775?a，申請(qǐng)公布日2015.01.14)中公開了一種低品質(zhì)再生骨料的分級(jí)評(píng)價(jià)體系，對(duì)由普通粗、細(xì)骨料和低品質(zhì)的再生粗、細(xì)骨料混合的骨料性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括壓碎指標(biāo)、堅(jiān)固性、抗壓強(qiáng)度比和吸水率等。實(shí)用新型專利(授權(quán)公告號(hào)cn205949291?u，授權(quán)公告日2017.02.15)中公開了一種再生骨料性能檢測(cè)裝置，對(duì)再生骨料的針片狀含量及級(jí)配進(jìn)行了檢測(cè)。

3、由以上專利可知，目前缺少針對(duì)廢棄混凝土自身力學(xué)性能的評(píng)價(jià)方法，通過對(duì)再生骨料的性質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)無法準(zhǔn)確反映廢棄混凝土的性能，且對(duì)再生骨料的評(píng)價(jià)指標(biāo)多在gb/t?25177《混凝土用再生粗骨料》和gb/t?25176《混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料》中有所體現(xiàn)。

4、目前沒有在加工再生骨料前對(duì)廢棄混凝土力學(xué)性能評(píng)價(jià)的方法，無法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，缺乏相應(yīng)的力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。

5、因此，如何提供一種廢棄混凝土力學(xué)性能測(cè)試裝置及測(cè)試方法，能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)廢棄混凝土力學(xué)性能，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種廢棄混凝土力學(xué)性能測(cè)試裝置及測(cè)試方法，旨在解決上述技術(shù)問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種廢棄混凝土力學(xué)性能測(cè)試裝置，包括：

4、基礎(chǔ)，所述基礎(chǔ)頂面中部固定有夾具以夾持廢棄混凝土塊；

5、導(dǎo)柱，所述導(dǎo)柱為多根且呈陣列垂直固定在所述基礎(chǔ)頂面周側(cè)；

6、活動(dòng)板，所述活動(dòng)板的面板垂直滑動(dòng)連接在多根所述導(dǎo)柱上；

7、轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤頂面轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述活動(dòng)板的底面；

8、鉆入機(jī)構(gòu)，所述鉆入機(jī)構(gòu)固定在所述轉(zhuǎn)盤底面以對(duì)所述廢棄混凝土塊進(jìn)行鉆孔；

9、安放機(jī)構(gòu)，所述安放機(jī)構(gòu)固定在所述轉(zhuǎn)盤底面以向鉆好的孔洞內(nèi)安放膨脹螺栓；

10、拔出機(jī)構(gòu)，所述拔出機(jī)構(gòu)固定在所述轉(zhuǎn)盤底面以拔出所述膨脹螺栓；

11、其中，所述鉆入機(jī)構(gòu)、安放機(jī)構(gòu)和拔出機(jī)構(gòu)的軸線在所述轉(zhuǎn)盤底面呈等腰三角形布置。

12、上述技術(shù)方案的有益效果是，鉆入機(jī)構(gòu)對(duì)廢棄混凝土塊進(jìn)行鉆孔，安放機(jī)構(gòu)將膨脹螺栓安放在鉆好的空洞內(nèi)，拔出機(jī)構(gòu)將膨脹螺栓拔出孔洞，通過鉆入法和拔出法對(duì)廢棄混凝土強(qiáng)度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，較已有技術(shù)更為準(zhǔn)確。

13、優(yōu)選的，所述鉆入機(jī)構(gòu)包括第一連桿和鉆頭，所述第一連桿垂直固定在所述轉(zhuǎn)盤的底面，所述鉆頭的一端通過第一鉸接環(huán)與所述第一連桿遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)盤的一端鉸接，所述鉆頭的外壁固定有鉆入扭矩傳感器、鉆入壓力傳感器和鉆入位移傳感器。鉆頭不使用時(shí)可以收折90度，不影響安放機(jī)構(gòu)和拔出機(jī)構(gòu)的工作，鉆頭在鉆進(jìn)過程中通過鉆入扭矩傳感器、鉆入壓力傳感器記錄扭矩、壓力隨時(shí)間變化的曲線，鉆入位移傳感器記錄鉆頭的位移，可以精確鉆孔深度。

14、優(yōu)選的，所述安放機(jī)構(gòu)包括第二連桿和安放機(jī)械臂，所述第二連桿垂直固定在所述轉(zhuǎn)盤的底面，所述安放機(jī)械臂的一端通過第二鉸接環(huán)與所述第二連桿遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)盤的一端鉸接，所述安放機(jī)械臂上固定有安放扭矩傳感器和安放壓力傳感器。

15、優(yōu)選的，所述拔出機(jī)構(gòu)包括第三連桿和拔出機(jī)械臂，所述第三連桿垂直固定在所述轉(zhuǎn)盤的底面，所述拔出機(jī)械臂的一端通過第三鉸接環(huán)與所述第三連桿遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)盤的一端鉸接，所述拔出機(jī)械臂上固定有拔出拉力傳感器。

16、上述技術(shù)方案的有益效果是，當(dāng)鉆入機(jī)構(gòu)、安放機(jī)構(gòu)或拔出機(jī)構(gòu)開始工作是，需要工作的機(jī)構(gòu)的工作臂與廢棄混凝土塊接觸進(jìn)行操作，另外兩個(gè)機(jī)構(gòu)的工作臂通過交接環(huán)可以收折90度，避開正在工作的機(jī)構(gòu)，做到互不影響。

17、優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)頂面相對(duì)所述夾具的周側(cè)固定有多個(gè)固定機(jī)械臂以固定所述廢棄混凝土塊。廢棄混凝土塊通過夾具夾持，保證其穩(wěn)定性，同時(shí)通過固定機(jī)械臂將廢棄混凝土塊固定，防止鉆孔過程中廢棄混凝土塊發(fā)生移動(dòng)而造成斜孔或鉆孔失敗情況的發(fā)生。

18、優(yōu)選的，所述導(dǎo)柱為四根且設(shè)在所述基礎(chǔ)的頂面四角，所述導(dǎo)柱包括底座和滾珠絲杠，所述底座固定在所述基礎(chǔ)頂面，所述滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述底座頂面，所述滾珠絲杠上螺紋連接有螺紋套，所述活動(dòng)板對(duì)應(yīng)所述滾珠絲杠的面板上開設(shè)有嵌合孔并嵌合在所述螺紋套上以隨所述螺紋套沿所述滾珠絲杠上下移動(dòng)。四個(gè)導(dǎo)柱上的絲桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)四個(gè)螺紋套同步沿絲桿上下移動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)活動(dòng)板的上下移動(dòng)。

19、優(yōu)選的，所述活動(dòng)板的頂面固定有電機(jī)，所述電機(jī)的輸出軸貫穿所述活動(dòng)板的面板并與所述轉(zhuǎn)盤固定以驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)切換鉆入機(jī)構(gòu)、安放機(jī)構(gòu)或拔出機(jī)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)。

20、優(yōu)選的，所述電機(jī)、所述鉆入機(jī)構(gòu)、所述安放機(jī)構(gòu)、所述拔出機(jī)構(gòu)均通信連接控制系統(tǒng)。通過控制系統(tǒng)控制，提高試驗(yàn)過程的自動(dòng)化。

21、本發(fā)明還提供了一種廢棄混凝土力學(xué)性能測(cè)試方法，采用上述技術(shù)方案中的性能測(cè)試裝置對(duì)廢棄混凝土塊進(jìn)行性能測(cè)試，具體包括以下步驟：

22、s1、將廢棄混凝土塊夾持在夾具上，通過通過固定機(jī)械臂將廢棄混凝土塊進(jìn)行固定。

23、s2、向下移動(dòng)活動(dòng)板，鉆入機(jī)構(gòu)對(duì)廢棄混凝土塊進(jìn)行鉆孔，并記錄鉆入扭矩、鉆入壓力隨時(shí)間變化曲線；

24、頂板沿立柱導(dǎo)柱向下移動(dòng)至廢棄混凝土塊表面，安放機(jī)構(gòu)和拔出機(jī)構(gòu)的機(jī)械臂分別繞第二鉸接環(huán)和第三鉸接環(huán)旋轉(zhuǎn)90度，避免鉆入時(shí)安放機(jī)構(gòu)和拔出機(jī)構(gòu)的機(jī)械臂與廢棄混凝土塊產(chǎn)生接觸；

25、鉆頭開始鉆進(jìn)，由鉆入扭矩傳感器和鉆入壓力傳感器分別記錄扭矩、壓力隨時(shí)間變化的曲線，并上傳至控制系統(tǒng)。當(dāng)鉆入位移傳感器記錄的位移數(shù)值達(dá)到30mm時(shí)，鉆頭停止工作，活動(dòng)板沿導(dǎo)柱向上移動(dòng)至合適位置，鉆入工作完成；

26、鉆進(jìn)過程中鉆頭所做的功包括扭矩做功wt和壓力做功wf，產(chǎn)生的能量包括破碎廢棄混凝土塊的能量ec和摩擦產(chǎn)生的熱能et，功能關(guān)系如下式所示：

27、wt+wf＝ec+et

28、扭矩做功：wt＝2πntt

29、式中：n為鉆頭的轉(zhuǎn)速，t為扭矩，t為時(shí)間；

30、壓力做功：wf＝fvt

31、式中：f為壓力，v為鉆進(jìn)速度。

32、假設(shè)鉆頭有n個(gè)切削刃，半徑為r，第i個(gè)切削刃的長(zhǎng)度為li(i＝1,2,…,n)，對(duì)鉆頭進(jìn)行受力分析可知，每個(gè)切削刃所受正壓力為：

33、

34、每個(gè)切削刃所受到的摩擦力：

35、

36、摩擦力做功產(chǎn)生的熱能：

37、

38、式中：μ為切削刃與廢棄混凝土的摩擦系數(shù)；

39、由上述幾個(gè)公式可解得：

40、

41、鉆頭破碎單位體積混凝土所需的能量為：

42、

43、同時(shí)廢棄混凝土含水率α對(duì)抗壓強(qiáng)度也有顯著影響，建立廢棄混凝土單軸抗壓強(qiáng)度為：

44、fc＝1.26(1-α)βc+2.11

45、通過上式可初步預(yù)測(cè)廢棄混凝土塊的抗壓強(qiáng)度。

46、s3、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，安放機(jī)構(gòu)拿取膨脹螺栓并將其安裝在鉆好的孔洞中；

47、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)120度，安放機(jī)構(gòu)的安放機(jī)械臂正對(duì)廢棄混凝土塊上的鉆孔并安放膨脹螺栓；

48、當(dāng)安放壓力傳感器的數(shù)值達(dá)到1000n時(shí)，停止安放，同時(shí)安放機(jī)械臂施加扭矩，當(dāng)安放扭矩傳感器數(shù)值達(dá)到100n·m時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，完成膨脹螺栓的安放。

49、s4、轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，拔出機(jī)構(gòu)將孔洞內(nèi)的膨脹螺栓拔出，并記錄拔出壓力；

50、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)120度，使拔出機(jī)構(gòu)機(jī)械臂正對(duì)膨脹螺栓并向上拉動(dòng)膨脹螺栓，拔出拉力傳感器記錄力隨時(shí)間變化的情況，并傳送至控制系統(tǒng)。

51、峰值拔出力fmax與廢棄混凝土強(qiáng)度之間的關(guān)系為：

52、fc＝2.17fmax-5.23

53、s5、依次重復(fù)上述步驟進(jìn)行多次試驗(yàn)，記錄不少于五組的有效數(shù)據(jù)并計(jì)算平均值。

54、優(yōu)選的，所述廢棄混凝土塊的長(zhǎng)×寬×高在100mm×100mm×100mm至500mm×500mm×500mm之間。

55、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種廢棄混凝土力學(xué)性能測(cè)試裝置及測(cè)試方法，具有以下有益效果：

56、1、本發(fā)明基于鉆頭鉆進(jìn)過程中做功與能量轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系建立了廢棄混凝土強(qiáng)度與鉆頭的扭矩、推力和鉆進(jìn)速度之間的關(guān)系以及膨脹螺栓拔出過程中峰值拔出力與廢棄混凝土強(qiáng)度之間的關(guān)系，通過鉆入法和拔出法對(duì)廢棄混凝土強(qiáng)度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，較已有技術(shù)更為準(zhǔn)確；

57、2、本發(fā)明信息化程度高，具有多個(gè)高精度傳感器，能實(shí)時(shí)獲得荷載位移隨時(shí)間的變化情況；適應(yīng)性強(qiáng)，能夠?qū)Σ煌螤畹膹U棄混凝土試件進(jìn)行檢測(cè)；同時(shí)可以用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，測(cè)試時(shí)間短。