工程水泥基复合材料新拌状态检测装置及方法

本技术涉及水泥基复合材料新拌性能检测，尤其涉及一种工程水泥基复合材料新拌状态检测装置及方法。

背景技术：

1、工程水泥基复合材料（ecc）凭借其高延性、多缝开裂特性，已成为结构加固与抗震防灾领域的关键材料。然而，ecc优异的力学性能高度依赖于新拌阶段纤维的均匀分散与稳定分布。在施工过程中，新拌ecc常面临基体流动受阻、纤维结团或纤维与浆体发生相分离等隐患，这些不良状态若不能在浇筑前被准确识别，将直接导致硬化后力学性能的离散甚至失效。因此，对新拌ecc的状态进行精准检测，是确保工程质量的前提。

2、在ecc的实际工程应用中，拌合物需穿越配筋密集区域完成浇筑。当纤维形成束团时，极易在钢筋间隙处被阻滞，导致局部浆体绕流、纤维与基体发生相分离，最终在硬化后形成空洞或蜂窝缺陷。这一工程隐患的根源，在于现有检测手段无法在浇筑前预判纤维束团在受限空间中的阻滞行为。

3、现有的新拌ecc检测手段主要沿用普通混凝土或自密实混凝土的检测思路，例如坍落扩展度试验、流动台试验或漏斗试验。这些方法虽然能够获取拌合物的宏观扩展度或流动时间，但在面对ecc特有的纤维行为时存在本质缺陷：这些宏观测试结果极易受到基体流变与纤维效应的耦合干扰，无法剥离出导致流动受阻的真实诱因。具体而言，当试验测得的扩展度偏低时，技术人员无法判断这是由于基体本身的屈服应力过大（流动不足），还是由于纤维形成束团造成了内部阻滞。

4、针对纤维分散性的检测，业内虽有通过水洗法或图像分析法对取样样品进行分析的方案，但这些方案通常独立于流动性试验之外。它们破坏了拌合物在流动过程中的真实物理场，无法反映纤维在实际浇筑环境下的动态分布行为，更不能获取拌合物经过受限流动后的径向迁移梯度。此外，现有的检测装置往往功能单一，无法在同一测试平台上构建不同的流动约束条件，导致获取的宏观流动数据与微观纤维分布数据之间缺乏逻辑关联，难以建立统一的评价体系。

5、综上所述，现有技术缺乏一种能够在同一测试平台上，对同批试样进行可控的条件变量测试，从而实现对各类新拌缺陷进行解耦诊断的检测装置。这种装置的缺失，使得ecc新拌状态的定性定量分析长期停留在笼统的经验判断层面，严重制约了ecc材料的标准化施工与质量控制。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提出了一种工程水泥基复合材料新拌状态检测装置及方法，以解决现有技术无法在同一测试条件下解耦区分基体流动不足与纤维结团阻滞，致使新拌ecc质量隐患难以被准确溯源诊断的技术问题。

2、本技术的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本技术提供了一种工程水泥基复合材料新拌状态检测装置，包括：

4、水平底板，所述水平底板上设有中心定位部；

5、可提离成型筒，可拆卸地定位于所述中心定位部；

6、工程障栅组件，包括围绕所述可提离成型筒间隔布置的多个刚性障碍件，相邻刚性障碍件之间界定出供拌合物通过的工程通道；

7、纤维响应障栅组件，包括布置于所述工程障栅组件径向外侧的多个纤维响应件，相邻纤维响应件之间界定出响应间隙；

8、其中，所述纤维响应件的等效直径小于所述刚性障碍件的等效直径，且所述响应间隙的尺寸小于所述工程通道的尺寸，所述响应间隙被配置为允许分散纤维通过并阻止纤维团聚体通过；所述工程障栅组件和所述纤维响应障栅组件同心设置，并能够相互独立地安装或拆除。

9、在上述技术方案的基础上，优选的，所述响应间隙的尺寸为0.8lf～1.4lf，且不小于3dmax；所述工程通道的尺寸为2.0lf～4.0lf，且不小于3dmax；其中，lf为待测工程水泥基复合材料中主导短切纤维的标称长度，dmax为待测工程水泥基复合材料中除纤维外颗粒状固体组分的公称最大粒径。

10、在上述技术方案的基础上，优选的，所述纤维响应件外部套设有可拆卸的收集套，或者所述纤维响应障栅组件的下部设有环形收集槽；所述收集套或所述收集槽被配置为收集桥接或滞留于所述响应间隙处的纤维团聚体。

11、在上述技术方案的基础上，优选的，还包括高度测量组件，所述高度测量组件包括跨桥标尺和多个高度探针；

12、所述跨桥标尺架设于所述水平底板上，并横跨所述可提离成型筒及所述工程障栅组件；

13、所述高度探针沿竖向可调地安装于所述跨桥标尺下方，其中包括位于所述可提离成型筒的中心对应位置的中心高度探针，以及分布于所述工程障栅组件径向外侧多个方位的方位高度探针，以测量扩展终止后拌合物表面的高度差。

14、在上述技术方案的基础上，优选的，所述水平底板上设有取样标记，所述取样标记界定出内环带、中环带和外环带，每一环带包括至少四个方位取样点，所述方位取样点用于在扩展终止后取得等体积或等质量的试样，以获取纤维在径向的分布梯度。

15、第二方面，本技术公开了一种工程水泥基复合材料新拌状态检测方法，采用第一方面所述的工程水泥基复合材料新拌状态检测装置，包括以下步骤；

16、s1、分别对同批工程水泥基复合材料试样进行无障栅工况、仅工程障栅工况及双障栅工况下的无振捣扩展试验，获取各工况下扩展终止时相互垂直的两个扩展直径，以其算术平均值作为该工况下的扩展度；

17、s2、在仅工程障栅工况的扩展终止后，依据所述水平底板上的标记于多个径向距离及多个方位取得试样，测定各试样中的纤维含量，以计算纤维均匀性指数fui和径向纤维迁移指数fmi；在双障栅工况的扩展终止后，收集滞留于所述纤维响应件上或所述响应间隙处的纤维，以计算纤维结团截留指数cfi；所述仅工程障栅工况和双障栅工况使用同批拌合物的独立试样；

18、s3、基于获取的扩展度以及测定的纤维含量，确定流动状态、工程间隙通过状态、纤维结团阻滞状态和纤维空间迁移状态中的至少三项，并输出新拌状态判定结果。

19、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s1还包括基于所获取的所述无障栅工况下的扩展度，仅工程障栅扩展度和双障栅扩展度，分别计算工程障碍阻力和纤维阻滞放大指数；

20、所述工程障碍阻力的计算公式为，所述用于表征刚性障碍件对材料扩展流动的阻碍程度，所述纤维阻滞放大指数的计算公式为，所述用于表征在刚性障碍件作用基础上附加纤维响应件所引起的阻滞放大效应；

21、所述和用于步骤s3中确定流动状态及纤维结团阻滞状态。

22、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s1还包括：

23、在各工况扩展终止后，测量拌合物中心位置的高度以及工程障栅组件径向外侧至少四个方位的高度，计算拌合物中心位置与工程障栅组件径向外侧各测量方位平均高度之间的差值δh，m为工程障栅组件径向外侧高度测量方位的数量，，所述δh用于量化拌合物在扩展过程中的高度阻滞程度；

24、在双障栅工况下，获取拌合物沿两个相互垂直方向的扩展直径d1和d2，计算形状各向异性系数，，其中为双障栅扩展度，所述用于量化拌合物通过双障栅后的扩展形态均匀性。

25、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s2中还包括基于仅工程障栅工况下各固定空间试样的纤维含量，分别计算纤维均匀性指数fui和径向纤维迁移指数fmi；基于双障栅工况下收集的滞留纤维质量，计算纤维结团截留指数cfi，具体包括：

26、所述纤维均匀性指数fui基于各试样纤维质量分数的离散程度进行计算，用于量化纤维分布的均匀程度；

27、所述径向纤维迁移指数fmi基于在径向上相互距离最远的两个取样位置的试样平均纤维质量分数的差异进行计算，用于量化纤维的径向迁移程度；

28、所述纤维结团截留指数cfi基于收集到的滞留纤维质量与试样总纤维质量的比例进行计算，用于量化纤维团聚体在纤维响应件或响应间隙处的截留程度；

29、所述fui、fmi及cfi用于步骤s3中确定纤维结团阻滞状态和纤维空间迁移状态。

30、在上述技术方案的基础上，优选的，步骤s3中，所述输出新拌状态判定结果，具体包括：

31、当所述无障栅工况下的扩展度不满足预设的流动允许限值，且所述纤维阻滞放大指数bai未超出预设的阻滞阈值时，判定为基体流动不足；

32、当所述无障栅工况下的扩展度满足所述流动允许限值，且所述纤维阻滞放大指数bai或所述纤维结团截留指数cfi超出预设阈值时，判定为纤维结团堵塞；

33、当所述径向纤维迁移指数fmi超出预设的迁移阈值，并伴有径向上相互距离最远的取样位置之间的浆体富集现象时，判定为纤维迁移离析。

34、本技术相对于现有技术具有以下有益效果：

35、（1）本技术所提供的检测装置，通过构建由内至外的双层梯度障碍体系，实现了对基体流动阻力与纤维结团阻滞效应的物理分离。该装置利用同心可拆装的结构特点，支持在同批试样、同一平台上进行多工况对照测试，从根本上解决了传统手段无法区分流动受阻诱因的问题，为精准量化新拌工程水泥基复合材料的施工适应性和纤维分布均匀性提供了可靠的硬件基础。

36、（2）本技术通过设置包含跨桥标尺与多个高度探针的高度测量组件，在装置上集成了竖直方向的高度测量能力。跨桥标尺为探针提供了稳定的安装与定位基准，高度探针采用下端插入拌合物并直接接触水平底板、通过主体刻度上粘附的拌合物来反应高度的测量方式，能够准确获取扩展终止后拌合物中心与外侧表面的高度差。该高度差数据为评判基体流动能力和受阻堆积程度提供了直接的量化依据，进一步丰富了装置对新拌工程水泥基复合材料状态的检测维度。

37、（3）本技术通过在水平底板上设置界定出内环带、中环带和外环带的取样标记，并在每一环带配置至少四个方位取样点，为扩展终止后的规则化、标准化取样提供了统一的位置坐标体系。该取样标记结构使得不同工况、不同试样之间的纤维分布数据具备可比性，能够准确获取纤维在径向的分布梯度，从而为纤维均匀性、径向迁移与离析状态的判定提供可靠的实物依据，进一步拓展了装置对新拌工程水泥基复合材料多维度状态的检测能力。

38、（4）本技术所提出的工程水泥基复合材料新拌状态检测方法，通过在同一装置平台上对同批试样依次开展无障栅、仅工程障栅及双障栅三种工况的无振捣扩展试验，fui和fmi仅采用仅工程障栅工况的分区取样数据，cfi仅采用双障栅工况的滞留纤维数据，从而避免外层纤维响应障栅的截留作用人为改变内、外环带纤维含量梯度。该方法将宏观流动、纤维空间分布与物理截留信息进行同批次、分工况融合分析，实现对基体流动不足、纤维结团阻滞及纤维迁移状态的解耦诊断。

39、（5）δh和分别从竖直高度分布与水平形态均匀性两个互补维度，对步骤s1的量化体系作出完善。二者与和共同构成了覆盖平面扩展、竖直堆积、形态均匀性的多维量化指标体系，有效消除了单一平面扩展度指标的判定盲区，大幅提升了新拌状态诊断的全面性与可靠性。

40、（6）fui、fmi及cfi三者相互协同，共同服务于步骤s3中纤维结团阻滞状态和纤维空间迁移状态的确定。fui从全局角度评估纤维分布的均匀性，fmi从径向梯度角度评估纤维的迁移趋势，cfi则从物理截留角度验证纤维结团的实际发生程度。这三个指数与步骤s1中的宏观流动指标相结合，构成了从宏观到微观、从流动表象到分布本质的全链条量化诊断体系，显著提升了新拌状态检测的深度与准确性。

41、（7）本技术通过在步骤s3中建立基于预设阈值的多层判定逻辑，将步骤s1与步骤s2所获取的各项量化指标转化为明确的新拌状态诊断结论。通过、、cfi、fmi与各项预设阈值的比较与判定，清晰展现了基体流动不足、纤维结团堵塞、纤维迁移离析三类典型缺陷的识别路径。该判定逻辑能够精准定位新拌工程水泥基复合材料的质量隐患来源，为配合比调整与施工艺优化提供明确的方向指引，实现了新拌状态从量化检测到定性诊断的完整闭环。