混凝土抗壓強度自動檢測技術(shù)研究

段瑞斌，王新祥，2，王元光，李 明，鄭 靚

（1、廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司 廣州510500；2、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州510500）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的逐漸繁榮，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與城市住宅建設(shè)蓬勃發(fā)展，建筑行業(yè)呈現(xiàn)良好發(fā)展勢頭［1-2］。混凝土作為重要的主體結(jié)構(gòu)材料，影響著整個建筑物的質(zhì)量以及人民群眾財產(chǎn)安全［3］?？箟簭姸仁腔炷敛牧匣镜牧W(xué)性能指標(biāo)，現(xiàn)行的檢測方法是國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50081—2019》［4］，標(biāo)準(zhǔn)試件是邊長為150 mm的立方體試件，采用符合要求的壓力試驗機，以規(guī)定的加荷速度加載至試件破壞，記錄破壞荷載，計算抗壓強度值，為工程驗收提供依據(jù)［5-6］?；炷量箟簭姸葯z測試件重量大、勞動強度高，每組3 個試件，單個試件重約8.1 kg，每組24.3 kg。目前，大部分檢測單位試件芯片掃描、樣品搬運、樣品就位、破型后移除、檢畢樣品的清運均是人工操作，導(dǎo)致檢測人員的勞動量巨大。且中間過程多，試驗數(shù)據(jù)存在一定人員誤差，難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

隨著科技的飛速發(fā)展，自動化、智能化作為當(dāng)下重要的發(fā)展方向之一，在建筑行業(yè)得到廣泛應(yīng)用［7-11］。工程檢測行業(yè)部分項目也逐漸采用自動化技術(shù)代替人工來開展檢測，本文研究了混凝土抗壓強度自動檢測，與傳統(tǒng)的人工檢測方式進(jìn)行對比分析研究，并對自動化設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)提出見解與看法。

1 檢測方式與試驗設(shè)備情況

1.1 人工檢測

采用壓力試驗機，試驗樣品搬運、樣品就位、信息讀取、破型后移除、檢畢樣品的清運、數(shù)據(jù)上傳均是人工操作。壓力機精度1級，量程2 000 kN，經(jīng)計量檢定合格。

1.2 自動檢測

采用一拖二自動化試驗設(shè)備，即1臺機器人（機械臂）、2 臺壓力機。具備自動抓取樣品，自動識別樣品編號、強度等級、齡期，自動裝樣，根據(jù)強度等級自動切換速率，檢畢樣品自動清理，根據(jù)試驗結(jié)果自動判定是否合格，數(shù)據(jù)自動上傳、異常情況自動報警提示等功能。自動化試驗設(shè)備精度1級，量程2 000 kN，經(jīng)計量檢定合格。

2 試驗數(shù)據(jù)對比分析

采用同強度等級、同批原材料、同一配合比、同批次成型，公稱尺寸為150 mm 的立方體試件來對比分析其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。強度等級分別為C20、C40 的混凝土試件，抗壓強度試驗破型齡期均為28 d，經(jīng)均勻性試驗［10］，適合用于對比分析。

其中，對于C20 的試件，人工、自動檢測試驗加荷速率均取0.5 MPa/s；對于C40 試件，人工、自動檢測試驗加荷速率均取0.8 MPa/s；取每組試件代表值參與統(tǒng)計分析，精確至0.1 MPa。人工與智能檢測系統(tǒng)進(jìn)行抗壓強度試驗，在同一時間內(nèi)進(jìn)行。試驗結(jié)果如圖1、表1所示。

圖1 混凝土抗壓強度2種檢測方式對比Fig.1 Two Testing Modes Comparison of Concrete Compressive Strength

表1 混凝土抗壓強度2種檢測方式數(shù)據(jù)對比統(tǒng)計Tab.1 Comparison Statistical of Concrete Compressive Strength by Two Testing Modes（MPa）

由圖1可知，采用人工檢測、自動檢測2種檢測方式，其抗壓強度試驗數(shù)據(jù)基本相當(dāng)，且自動方式的數(shù)據(jù)分布較為集中，數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定。

由表1 可知，C20 等級的2 種檢測方式，平均值相差0.2 MPa，僅0.79%；C40 的平均值相差0.2 MPa，僅0.42%，差異很小。標(biāo)準(zhǔn)差方面，C20 等級的2 種檢測方式分別為1.42、0.88，C20 等級的分別為1.24、0.73，均為自動檢測＜人工檢測。

說明自動檢測的試驗數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，與人工檢測相比，減少了人員誤差，數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確、可靠。

3 自動檢測主要優(yōu)勢

⑴檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，試驗全過程實現(xiàn)了自動化，減少了人員誤差，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠；從與人工檢測的對比分析可知，樣本標(biāo)準(zhǔn)差大幅減??；

⑵檢測效率高，一拖二自動化試驗設(shè)備，每小時可完成16組，而人工檢測只有8組；

⑶降低檢測人員勞動強度，每組混凝土抗壓強度樣品重量約24.3 kg，每天工作量如為100 組，則總重量就達(dá)2 430 kg；如采用人工檢測，樣品就位、卸樣、檢畢樣品清理，均需檢測人員進(jìn)行，勞動強度巨大；如采用自動檢測，這些過程均由設(shè)備自動完成，大幅降低勞動強度。

⑷節(jié)約人員，實現(xiàn)了樣品信息自動識別，根據(jù)強度等級自動切換速率，根據(jù)試驗結(jié)果自動判定是否合格，數(shù)據(jù)自動上傳、不合格樣品留樣等，整個試驗過程基本無需檢測人員介入，大幅節(jié)約了人員。

⑸保持實驗室整潔衛(wèi)生，設(shè)備自動清理檢畢樣品，并同步除塵，大幅降低實驗室粉塵。

4 自動檢測設(shè)備的操作、維護(hù)保養(yǎng)

對于功能眾多、體系完備的混凝土抗壓強度自動化檢測設(shè)備，其操作使用，維護(hù)保養(yǎng)均與傳統(tǒng)壓力機有較大差異，需制定專用的操作規(guī)程，并按要求進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，以確保其正常運行。

4.1 設(shè)備操作

⑴準(zhǔn)備工作：檢查壓力機、上料機構(gòu)、檢畢樣品輸送機構(gòu)等位置是否有樣品遺漏，應(yīng)保持干凈整潔。通知無關(guān)人員離開試驗操作區(qū)域，關(guān)閉防護(hù)門，做好防護(hù)措施。

檢查設(shè)備電源，機器人、壓力機、除塵裝置等經(jīng)通電檢查正常。

⑵樣品就位：檢查待檢樣品標(biāo)簽粘貼是否齊全、正確。將待檢樣品按要求的朝向、順序擺放在待檢箱中?！皺z畢試驗箱”、“不合格留樣箱”分別按照指定位置擺放就位。

⑶標(biāo)定：打開自動檢測設(shè)備操作軟件，檢測人員輸入工號界面登錄。將機器人、壓力機等進(jìn)行標(biāo)定，完成后，檢查試驗界面的相關(guān)參數(shù)是否已經(jīng)回到零位。進(jìn)入主界面，檢查“不合格留樣箱”、“檢畢試驗箱”的數(shù)量，輸入數(shù)量至相應(yīng)位置；然后點擊啟動，開始進(jìn)行試驗。

⑷試驗過程：機器人自動抓取待檢樣品，送至壓力機下壓板，自動對中；設(shè)備自動識別樣品編號、強度等級等信息，并根據(jù)強度等級自動調(diào)整試驗加荷速率，自動進(jìn)行抗壓強度試驗；自動上傳試驗數(shù)據(jù)。試驗結(jié)束后自動清理壓力機的上下壓板的碎屑，自動清理粉塵。

設(shè)備根據(jù)混凝土試件強度等級，自動判定檢測結(jié)果是否合格，合格的檢畢樣品自動輸送至“檢畢試驗箱”，不合格的檢畢樣品自動輸送至“不合格留樣箱”。

⑸試驗完成后，自動打印出相應(yīng)的原始記錄，檢測人員檢查無誤后簽名、提交出具檢測報告。

⑹試驗任務(wù)全部完成后，先關(guān)閉“機器人”，通過監(jiān)控畫面檢查壓力機、上料機構(gòu)、檢畢樣品輸送機構(gòu)等位置是否有樣品遺漏，再關(guān)閉主機。

⑺注意事項：由于自動設(shè)備的操作特殊性，檢測人員需經(jīng)培訓(xùn)合格，能力確認(rèn)后方可上崗。

試驗進(jìn)行中，嚴(yán)禁人員進(jìn)入安全圍欄內(nèi)部區(qū)域，嚴(yán)禁打開防護(hù)門。發(fā)生異常情況報警提示時，需要人員配合將機器人、壓力機停止，變成人工步驟下方能進(jìn)行處理。

4.2 設(shè)備的維護(hù)、保養(yǎng)

自動檢測設(shè)備應(yīng)加強維護(hù)、保養(yǎng)，以保持良好的運行狀態(tài)。

4.2.1 機器人

日常檢查氣管、氣缸是否有漏氣現(xiàn)象；檢查緩沖墊是否有松脫現(xiàn)象；清潔表面的灰塵及異物。

定期對各運行部位加潤滑油，清洗過濾減壓閥、消音器；定期檢查夾具磁環(huán)開關(guān)是否正常，檢查機械手相關(guān)聯(lián)鎖是否正常；檢查所有運動部位的螺栓有無鎖緊，是否松動；檢查管線有無破裂，電線連接是否松動、松脫；如有異常，及時更換。

4.2.2 上料機構(gòu)

日常檢查氣管、氣缸是否有漏氣現(xiàn)象；檢查緩沖墊是否有松脫現(xiàn)象；清潔表面的灰塵及異物；吸塵器清理。

定期對各運行部位添加潤滑油；定期檢查推料氣缸、磁環(huán)開關(guān)是否正常；檢查與其他機構(gòu)相關(guān)聯(lián)鎖是否正常；檢查所有運動部位的螺栓有無鎖緊、是否松動。

檢查管線有無破裂、電線連接是否松動或松脫；擦拭滑塊油跡灰塵。

4.2.3 壓力機

日常檢查氣管、氣缸是否有漏氣現(xiàn)象，檢查壓板是否有松脫現(xiàn)象，清潔表面的灰塵及異物，檢查液壓系統(tǒng)是否有漏油滲油現(xiàn)象。

定期檢查防護(hù)罩升降氣缸，檢查磁環(huán)是否正常；檢查上壓板升降絲杠是否有損壞，檢查液壓油是否正常，檢查液壓油源元器件是否正常。

4.2.4 檢畢樣品輸送機構(gòu)（皮帶輸送機）

日常對各部位補充潤滑油；清理皮帶機上遺留的廢料、廢渣；對運轉(zhuǎn)過程中經(jīng)常處于振動狀態(tài)下的部件的固定螺栓進(jìn)行緊固。更換轉(zhuǎn)動不靈活或磨損嚴(yán)重的上、下托輥。對有開裂現(xiàn)象或受損嚴(yán)重的接頭，及時割除重做。檢查皮帶是否受損嚴(yán)重，如有應(yīng)及時更換。

定期對各軸承進(jìn)行清洗，檢查磨損情況，及時更換潤滑油。清洗減速機油箱，檢查齒輪的嚙合及磨損情況，更換潤滑油。更換使用中有問題的部件等。

5 結(jié)語

⑴自動檢測技術(shù)與傳統(tǒng)的人工方式檢測，試驗數(shù)據(jù)基本相當(dāng)。并且自動檢測數(shù)據(jù)更為集中，標(biāo)準(zhǔn)差小，減少了人員誤差，數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確、穩(wěn)定。

⑵自動檢測技術(shù)試驗效率高，并且大幅降低人員勞動強度，節(jié)約人力。

⑶自動檢測設(shè)備對人員操作、維護(hù)保養(yǎng)提出新的要求，需加強人員培訓(xùn)，做好維保，以確保自動檢測正常運行。

科技發(fā)展日新月異，檢測行業(yè)的自動化技術(shù)也在穩(wěn)步發(fā)展，本文僅就混凝土抗壓強度的自動檢測技術(shù)為例，與人工檢測做了對比分析研究，并就設(shè)備的操作、維護(hù)保養(yǎng)等提出見解與看法，為混凝土抗壓強度的試驗檢測技術(shù)的發(fā)展等提供技術(shù)參考。