近红外线法测量新拌混凝土含水量.pdf

载不大于 113.1kN 时, 植筋的各级间位移量变化均匀， 观测时间内的位移变化速率达到相对稳定，级间位移量 均小于 0.3mm。 在最大试验荷载作用下植筋的总位移分 别为 0.48mm、0.50mm、0.59mm，小于 1.0mm。 试验结束后 观察植筋和基体的锚固状态完好，没有产生新的裂缝及 破坏现象。 4 结论 综合分析，本次试验的 01#、02#、03# 植筋极限抗拔 力113.1kN，能达到最大试验荷载的检测要求。 【 参考文献】 1 JGJ145-2004，混凝土结构后锚固技术规程 S. 2 王磊.后锚固高强无机锚固材料试验研究J.科技致富向 导，2011，27. 3 左献军.植筋后锚固技术在结构加固改造工程中的应用J. 科技创新导报，2011.13. 1 前言 随着混凝土在基础建设中的广泛应用，混凝土的需 求量日益增大，混凝土质量检测的需求也随之增长，而现 在混凝土的质量检测主要集中在混凝土的结构和耐久性 方面，包括混凝土的强度、裂纹和有害物质的检测1-3。 强 度检测已经是混凝土的必检项目，混凝土强度检测方法 较多，也比较成熟和完善，但主要集中在对一定龄期混 凝土的强度检测。 用新拌混凝土预测强度时，一般是检 测新拌混凝土的含水量，通过与理论用水量的对比来确 定混凝土是否符合配合比的要求；同时，通过水灰比与 混凝土强度的对应关系，进而可以确定混凝土的强度能 否达到设计要求。但直接和快速检测新拌混凝土含水量 的成熟方法较少，传统的热重法虽然可以测量新拌混凝 土的含水量，但所需时间较长，不适宜于现场检测和监 控4。 红外线法检测原理是水分子中的 O-H 键在近红外 光谱区有两个特征谱带 5-7：1.94m （ 组合频）和 1.43m （ OH 伸缩振动的一级倍频）；利用这个特点，红 外线法不仅能够测定混凝土中游离水，还可以测定水泥 水化、骨料中的含水量，这样就不用考虑取样体积的影 响，即骨料含水对检测精度的影响；该方法还具有快速、 准确、方便和检测装置体积小等特点，有利于施工现场 的快速检测。 2 检测装置硬件电路及相应软件的设计 2.1检测装置硬件电路的设计 检测装置硬件电路的设计主要包括数据采集模块 电路设计、信号转换电路设计、单片机电路设计，使用 Protel 99 SE 的 PCB 设计功能， 做出来 STC 单片机的 电路板如图 1 所示。 具体电路设计描述如下： 数据采集模块电路设计 数据采集模块包括红外传感器信号、饱和甘汞电极 组成原电池的信号以及温度传感器的信号。 红外发射模块:由 SR5D5 电源稳压芯片提供精准的 电压，保证红外发射的稳定，可以提供相同功率的红外 发射源， 保证检测的精度。 控制信号经过编程在 STC12C5410AD 的 P1.3 脚输出低电平或高电平，从而控 近红外线法测量新拌混凝土含水量 李方贤 1 李学文2 余其俊1 （ 1 华南理工大学材料科学与工程学院；2 广东省建筑材料研究院） 【 摘要】基于红外线检测原理，通过对硬件电路和相应软件的设计，开发出了近红外线法测量新 拌混凝土含水量的检测装置；利用已知水灰比的混凝土，建立了新拌混凝土含水量检测装置的含水量 - 电压曲线，以此作为检测的标准曲线；验证了检测装置实际的检测能力和检测精度，含水量理论值 与实测值误差在 6%以内。 【 关键词】红外线；混凝土；含水量；标准曲线 ! 质量控制与检测 C MY K 图3 混凝土含水量标准曲线 图1 ST C单片机电路板 表1 混凝土含水量试验结果 测得电压(V) 123均值 0.41421:1.47:3.78:0.46.001.7451.7521.7531.750 0.51651:1.75:3.9:0.57.001.6261.6211.6281.625 0.61891:2.06:3.83:0.68.001.5051.4971.4981.500 0.72121:2.25:3.84:0.79.001.3711.3751.3781.375 水灰比 用水量 (kg/m3) 配合比 (水泥:砂:石:水) 含水量 (%) 制红外发射管的接通和关闭。 红外线接收信号是通过 OP-27 运算放大器放大后 送入 AD7705 进行模数 （ A/D）转换，可以通过软件程序提 取转换结果。温度传感器 DS18B20 可以直接把温度信号 传递到单片机进行处理。 信号转换电路设计 信号转换主要包括： 模拟信号转换为数字信号 （ A/D）和模拟信号与数字信号的隔离。 A/D 之间的转换 由 AD7705 来完成，AD7705 的电路采用其芯片资料的推 荐电路,红外传感器对应 AD7705 的数据通道。模拟信号 与数字信号的隔离采用 6N137 光耦合器电路。 单片机电路设计 单片机电路主要包括： 单片机与 AD7705 的连接电 路以及单片机与上位机 ARM9 的串口连接电路。 通过对 STC 单片机的电路板设计，整个检测装置的 硬件电路部分包括 ARM9 上位机和 STC 单片机， 整体电 路如图 2 所示。 2.2检测装置软件的设计 检测装置软件的设计包括：温度传感器 DS18B20 的 程序设计、AD7705 模数转换的程序设计、单片机与上位 机 （ ARM9）的串口通讯程序设计及上位机中检测装置操 作界面程序设计。其中除上位机中串口通讯程序和操作 界面程序采用 VS2005 中 VB.NET 外， 其他程序均采用 keil 软件进行 C51 语言编程进行设计。 3 含水量标准曲线的建立 在建立标准曲线时，首先计算已知配比混凝土的含 水量，然后用检测装置分别测量每个含水量对应的电压 值，做出混凝土含水量 - 电压曲线，以此作为以后检测 的标准曲线。 用检测装置检测混凝土含水量时，需要把 传感器窗口插入混凝土内部进行检测。新拌混凝土含水 量标准曲线的标定方案如下： 分别配制水灰比为 0.4、0.5、0.6 和 0.7 的混凝 土，当混凝土强度小于 C30 时，容重按 2350kg/m3计算； 强度在 C30C50 之间时，容重按 2400kg/m3计算；强度 在 C50C70 之间时，容重按 2450kg/m3计算；强度大于 C70 时，容重按 2500kg/m3计算。 对配制好的混凝土进行测定，在混凝土的不同位 置测定三次，取三次平均值作为该混凝土含水量最终对 应的电压值。 （ 3）试验环境：室内荧光灯，温度为室温 25，湿度 为 70%。 拌制混凝土的配合比及试验结果如表 1 所示。由表 1 的试验数据作图，得到含水量与电压之间的关系曲线 图2 完整的检测装置图 质量控制与检测 C MY K 如图 3 所示，由图 3 可知，含水量与红外接收管电压之 间是线性关系。 4 含水量-电压标准曲线的实际应用与 分析 4.1含水量-电压标准曲线的实际应用 在获得混凝土含水量的标准曲线后，为了验证检测 装置实际的检测能力和检测精度，采用测定已知含水量 的混凝土方法来验证，具体检测数据见表 2。 4.2结果分析 含水量理论值与实测值对比图如图 4 所示。从检测 装置对实际混凝土含水量的检测结果来看，最大误差达 到 -5.45%。 引起误差的主要原因可能有以下几点： 传感器选择波长选择不合适， 该波长处干扰较 多。 检测装置电路本身抗干扰能力不强，容易受到外 界因素的干扰，造成较大的偶然误差。 没有考虑混凝土内部成分对红外线的影响和吸 收。 由于碳酸钙的红外吸收峰也在这个波长范围内，测 量时传感器可能接触到了粗骨料的表面，引起较大的检 测误差。另外水泥熟料水化后生成的水化铝酸二钙和水 化铝酸四钙的红外吸收峰分别在 1422nm 和 1426nm 处， 这些物质的存在都会对检测结果造成干扰。 5 结论 根据红外线的工作原理设计了检测装置的电路，采 用 ARM9 开发板和 STC 单片机组成检测装置。 对自主开 发的新拌混凝土含水量检测装置的检测精度进行检验， 在新拌混凝土含水量的检测中，检测结果与理论值之间 的误差在6%之内；与现有的新拌混凝土含水量检测方 法相比，近红外线法具有操作方便、检测时间短、不影响 混凝土质量等优点， 同时还做到了检测装置的小型化， 特别适合商品混凝土生产的实时质量跟踪和施工现场 的现场检测。 【 参考文献】 1 陈德胜.混凝土耐久性无损检测技术J.湖南城市学院学报 (自然科学版),2016,25(2):5-6. 2 冯修一.检测中容易出现的问题及解决对策分析J.科技展 望,2015(3):24-24. 3 佘安明.新拌混凝土单位含水量测定新技术J.国外建材科 技, 2007(4):61-63. 4 郭楠,孙丽艳,郭彬,等.混凝土检测中存在的影响因素及质 量控制J.建筑工程技术与设计,2015(9):1330-1330. 5 高荣强, 范世福. 现代近红外光谱分析技术的原理及应用 J.分析仪器,2002(3):9-12. 6 严衍禄,赵龙莲,李军会,等.现代近红外光谱分析的信息处 理技术J.光谱学与光谱分析,2000(6):777-780. 7 李振涛,张燕云.红外水分仪在烧结混合料水分连续测量中 的应用J.山东冶金,2005(6):32-34. * 基金项目：广东省省级科技计划项目(2015A030401079) 广东省重大科技专项