CN105223344A - 一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法及检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢筋混凝土质量检测技术领域，具体涉及一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法及检测仪。本发明提供的一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法及检测仪，通过与人机交互单元进行信号传输的MCU控制单元，所述MCU控制单元分别与信号接收处理装置、信号激励装置和电源连接，所述信号激励装置与阻尼振动传感器的导线连接，所述阻尼振动传感器接到激励信号后产生阻尼振动波，所述阻尼振动传感器将阻尼振动波传输给MCU控制单元。本发明提供的检测仪及检测方法，能分辨出传感器的阻尼振动衰减规律，混凝土灌浆料的高度和传感器的变化关系，在施工过程中准确判断灌浆料是否灌满或凝固后灌浆饱满度是否合格。

Description

一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法及检测仪

技术领域

本发明涉及建筑质量检测技术领域，具体涉及一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法及检测仪。

背景技术

装配式混凝土结构，是指由预制混凝土构件通过可靠的连接方式装配而成的混凝土结构。因其具有节能、环保、节省模板，改善施工条件，提高劳动生产率，加快施工进度等优势，目前在中国的一、二线城市的房建工程中大量使用。在装配式混凝土结构中，钢筋套筒灌浆连接是一种常用的连接方式，套筒灌浆是否饱满，直接影响结构的受剪承载力和抗震能力，在《JGJ1-2014装配式混凝土结构技术规程》中，对构件连接明确了要求标准。自装配式住宅在国内应用以来，业内一直研究目前灌浆饱满度的检测方法，以达到控制施工质量的目的。但钢筋套筒连接结构为多层介质交替，如图1所示，包括第一构件2、第一钢筋3、套筒4、第二钢筋5，第二构件6、出浆孔7和注浆孔8，其中金属非金属介质交替，砂浆体在径向厚度很薄，一般为5mm或6mm，造成现有的工程无损检测方法对其无法进行有效检测。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明基于振动的阻尼衰减原理，使用一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法,设计了相应的传感器及检测仪，根据传感器周围介质特性与其振动阻尼衰减的关系，来判定灌浆料的高度和传感器的位置关系，达到判断施工过程中灌浆料是否被灌满或凝固后灌浆饱满度是否合格的目的。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法，包括以下步骤：

步骤1)根据机械振动方程式：分别计算出介质为空气、水、流动的砂浆和凝固后砂浆振动振幅的指数衰减阙值，根据所述指数衰减值，选择和连接振动传感器和检测仪，所述振动传感器通过电信号激励产生振动和接收激励撤销后的阻尼振动信号随阻尼系数依次增大，振幅的衰减会急剧增加；

步骤2)将嵌装有套筒的第一构件与第二构件进行装配，在装配过程中将所述第二构件向外凸出设置的第二钢筋装配在套筒的内腔中，等待灌浆；

步骤3)灌浆前，将步骤1)所述振动传感器预埋在钢筋套筒出浆口的灌浆缝隙间，所述振动传感器设置的高度与套筒上的出浆口的高度相同；

步骤4)从第一构件上的注浆孔开始进行灌浆，在灌浆料凝固之前，连接振动传感器和采集仪，并启动检测仪，所述振动传感器在设置在外部的信号激励装置发出激励信号的驱动下，产生机械振动，同时接收激励信号撤销后传感器阻尼振动产生的信号，当振动传感器的表面被不同介质覆盖时，阻尼系数不同，振动传感器的振动将以不同速度衰减，表面介质弹性模量越大，振动衰减越快；表面介质弹性模量越小，振动衰减越慢，振动传感器按照振动衰减的规律发出信号，信号接收处理装置接收振动传感器发出的信号，对信号进行信号处理、采样处理，所述信号接收处理装置根据振动波衰减数值的变化，判断灌浆料与振动传感器的相对位置，当灌浆料完全漫过振动传感器时，振动衰减最大，通过MCU控制单元向人机交互单元发出信号，套筒内的灌浆料灌浆后的饱满度，根据检测所述振动传感器衰减情况，对灌浆后的饱满度进行判断，不饱满，则进行二次灌浆；

步骤5)在砂浆灌浆料完全固化后进行测试，根据振动波衰减数值变化，与凝固后砂浆振动振幅的指数衰减值进行比较，根据接收信号幅度的衰减数值变化，判断灌浆料与振动传感器1的相对位置，判别振动传感器的周围介质是否为空气或凝固的砂浆和套筒内灌浆的饱满度。

进一步，所述步骤5)包括灌浆料凝固后，根据所述振动传感器振动衰减数值的大小情况，对灌浆后的浆料饱满度进行判断，振动衰减数值小，灌浆凝固后的饱满度为不饱满，判断施工灌浆质量为不合格。

本发明还提供了一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，所述检测仪包括与人机交互单元进行信号传输的MCU控制单元，所述MCU控制单元分别与信号接收处理装置、信号激励装置和电源连接，所述信号激励装置与振动传感器的导线连接，所述振动传感器接到激励信号后产生阻尼振动波，所述振动传感器将阻尼振动波传输给MCU控制单元。

进一步的，所述MCU控制单元为单片机、DSP或FPGA。

进一步的，所述人机交互单元包括键盘、触摸屏、液晶屏、电脑、平板电脑或手机。

进一步的，所述振动传感器包括设有开口密闭的壳体，所述壳体内腔的底部设有压电陶瓷片，所述压电陶瓷片与弹性体的一侧连接，所述弹性体的另一侧与PCB电路板连接，所述壳体的开口设有灌封层进行密闭防水，所述压电陶瓷片的正极和负极与穿过灌封层的导线连接。

进一步的，所述壳体为圆柱。

进一步的，所述圆柱的直径小于12mm，高度小于6mm。

进一步的，所述圆柱的直径为10mm，高度为3mm。

进一步的，所述圆柱的直径为8mm，高度为2.5mm。

与现有技术相比，优越效果在于：本发明提供的一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法及检测仪，能够满足装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆施工过程的质量控制和灌浆后的饱满度的快速检测的需求，具有测试速度快、效率高、精度高、稳定和成本低的优点，为有效检测手段的装配式混凝土结构施工质量验收工作提供了高效检测设备。

附图说明

图1为现有技术中钢筋套筒连接结构为多层介质交替结构的剖视图；

图2为本发明的阻尼振动原理的理论模型示意图；

图3为本发明中所述振动传感器的俯视图；

图4为图3的沿A-A的剖视图；

图5为本发明中所述振动传感器的右视图；

图6为本发明所述振动传感器在空气中振动周期和振幅的变化情况示意图；

图7为本发明所述振动传感器局部埋入灌浆料中振动周期和振幅的变化示意图；

图8为本发明所述振动传感器在灌浆料中振动周期和振幅的变化示意图；

图9为本发明所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪使用状态的结构示意图；

图10为本发明所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪的结构示意图。

附图标记如下：

1-振动传感器，11-壳体，12-压电陶瓷片，13-弹性体，14-PCB电路板，15-灌封层，16-导线，2-第一构件，3-第一钢筋，4-套筒，5-第二钢筋，6-第二构件，7-出浆孔，8-注浆孔，9-检测仪，91-信号接受处理装置，92-信号激励装置，93-MCU控制单元，94-电源，95-人机交互单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

任何机械振动可用方程式：来表示，其中x为振幅、A₀为初始振幅、t为时间、ω为振动系统的固有角频率、β为阻尼系数。其中振动的振幅呈指数衰减，当振动体一定、激励后初始振动的幅度和频率一定，振动体周围的介质的弹性模量越大其阻尼系数就越大，因此振动体周围的介质为空气、水、流动的砂浆、凝固后的砂浆，其阻尼系数依次增大，相应的振幅的衰减将会急剧增加。为此设计能通过电信号激励产生振动、并能接收激励撤销后的阻尼振动信号的振动传感器和相应的检测仪，将振动传感器预埋在钢筋套筒出浆口的灌浆缝隙间，则可通过接收信号幅度的衰减情况来判别传感器周围介质的性状，达到检测套筒灌浆是否饱满的目的。

如图2所示，本发明提供的一种用于检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法工作原理的理论模型，基于阻尼振动的幅度衰减原理，在振动方向上，物体受到的作用力包括弹性力和摩擦阻力。

摩擦阻力：f_r＝-γv，式中γ为阻力系数，v为速度；

根据牛顿第二定律：

$F=-kx-\mathrm{\γ}v=-kx-\mathrm{\γ}\frac{dx}{dt}=m\frac{d^{2}x}{{\mathrm{dt}}^2}$

上述公式中，k为弹性系数，m为质量，x为位移或振幅，t为时间；

即 $\frac{d^{2}x}{{\mathrm{dt}}^2}=-\frac{k}{m}x-\frac{\mathrm{\γ}}{m}\frac{dx}{dt}$

令 $\left\{\begin{array}{c}k/m={\mathrm{\ω}}_0^2\\ \mathrm{\γ}/m=2\mathrm{\β}\end{array}\right.$

得 $\frac{d^{2}x}{{\mathrm{dt}}^2}+2\mathrm{\β}\frac{dx}{dt}+{\mathrm{\ω}}_0^{2}x=0$

其中，ω₀称为振动系统的固有角频率，β称为阻尼系数；此方程按β大小的不同，微分方程有三种不同形式的解。当阻尼较小时，此时β＜ω₀，称为欠阻尼状态。

方程的解为：

可进一步写成如下形式：

其中，A(t)＝A₀e^-βt称为阻尼振动的振幅，分析此式可知，阻尼振动的振幅按指数规律衰减，β越大衰减越快，所以阻尼振动又叫减幅振动。

基于上述规律，如图6、7和8所示，是在不同阻尼系数下的振动传感器1的振动曲线。如图6所示，可以清晰分辨出β＝0.6时，传感器在空气中振动周期和振幅的变化情况，如图8所示，β＝1时，传感器在灌浆料中振动周期和振幅的变化情况，并且可以进一步根据振动周期和振幅的变化情况，如图7所示，β＝5时分辨出传感器局部埋入灌浆料中振动周期和振幅的变化情况。

如图3-5所示，具体说明本发明中的振动传感器1，包括设有开口的密闭壳体11，所述壳体11内腔的底部设有压电陶瓷片12，所述压电陶瓷片12与弹性体13的一侧连接，所述弹性体13的另一侧与PCB电路板14连接，所述壳体11的开口设有灌封层15进行密闭防水，所述压电陶瓷片12的正极和负极与穿过灌封层15的导线16连接。本实施例中，所述壳体11为圆柱，所述圆柱的直径小于12mm，高度小于6mm。优选地，所述圆柱的直径为10mm，高度为3mm，再优选地，所述圆柱的直径为8mm，高度为2.5mm。

如图9和10所示，本发明提供的一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，所述检测仪9包括与人机交互单元95进行信号传输的MCU控制单元93，所述MCU控制单元93分别与信号接收处理装置91、信号激励装置92和电源94连接，所述信号激励装置92与振动传感器1的导线16连接，所述振动传感器1接到激励信号后产生阻尼振动波，所述振动传感器1将阻尼振动波传输给MCU控制单元93，所述MCU控制单元93为单片机、DSP或FPGA，所述人机交互单元95包括键盘、触摸屏、液晶屏、电脑、平板电脑或手机。

本发明还提供了一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法，包括以下步骤：

步骤1)根据机械振动方程式：分别计算出介质为空气、水、流动的砂浆和凝固后砂浆振动振幅的指数衰减阙值，根据所述指数衰减值，选择连接的振动传感器1和检测仪9，所述振动传感器1通过电信号激励产生振动和接收激励撤销后的阻尼振动信号随阻尼系数依次增大，振幅的衰减会急剧增加；

步骤2)将嵌装有套筒4的第一构件2与第二构件6进行装配，第一构件2内设有第一钢筋3，在装配过程中将所述第二构件6向外凸出设置的第二钢筋5装配在套筒4的内腔中，等待灌浆；

步骤3)灌浆前，将步骤1)所述振动传感器1预埋在钢筋套筒4出浆口的灌浆缝隙间，所述振动传感器1设置的高度与套筒4上的出浆口7的高度相同；

步骤4)从第一构件2上的注浆孔8开始进行灌浆，在灌浆料凝固之前，连接振动传感器1和采集仪9，并启动检测仪9，所述振动传感器1在设置在外部的信号激励装置92发出激励信号的驱动下，产生机械振动，同时接收激励信号撤销后传感器阻尼振动产生的信号，当振动传感器1的表面被不同介质覆盖时，阻尼系数不同，振动传感器1的振动将以不同速度衰减，表面介质弹性模量越大，振动衰减越快；表面介质弹性模量越小，振动衰减越慢，振动传感器1按照振动衰减的规律发出信号，信号接收处理装置91接收振动传感器1发出的信号，对信号进行信号处理、采样处理，所述信号接收处理装置91根据振动波衰减数值的变化，判断灌浆料与振动传感器1的相对位置，当灌浆料完全漫过振动传感器1时，振动衰减最大，通过MCU控制单元93向人机交互单元95发出信号，套筒4内的灌浆料灌浆后的饱满度，根据检测所述振动传感器1衰减情况，对灌浆后的饱满度进行判断，不饱满，则进行二次灌浆；

步骤5)在砂浆灌浆料完全固化后进行测试，根据振动波衰减数值变化，与凝固后砂浆振动振幅的指数衰减值进行比较，根据接收信号幅度的衰减数值变化，判断灌浆料与振动传感器1的相对位置，判别振动传感器1的周围介质是否为空气或凝固的砂浆判定套筒4内灌浆饱满度。步骤5)包括所述灌浆料凝固后，根据所述振动传感器1振动衰减数值的大小情况，对灌浆后的浆料饱满度进行判断，振动衰减数值小，灌浆凝固后的饱满度为不饱满，判断施工质量为不合格。本发明能根据传感器的阻尼振动衰减情况判定灌浆料高度和传感器的关系，达到控制施工过程中随时判断灌浆料是否灌满，能在灌浆凝固后完成灌浆饱满度检测的目的。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

步骤1)根据机械振动方程式：分别计算出介质为空气、水、流动的砂浆和凝固后砂浆振动振幅的指数衰减阙值，根据所述指数衰减值，选择连接振动传感器(1)和检测仪(9)，所述振动传感器(1)通过电信号激励产生振动和接收激励撤销后的阻尼振动信号随阻尼系数依次增大，振幅的衰减会急剧增加；

步骤2)将嵌装有套筒(4)的第一构件(2)与第二构件(6)进行装配，在装配过程中将所述第二构件(6)向外凸出设置的第二钢筋(5)装配在套筒(4)的内腔中，等待灌浆；

步骤3)灌浆前，将步骤1)所述振动传感器(1)预埋在钢筋套筒(4)出浆口的灌浆缝隙间，所述振动传感器(1)设置的高度与套筒(4)上的出浆口(7)的高度相同；

步骤4)从第一构件(2)上的注浆孔(8)开始进行灌浆，在灌浆料凝固之前，连接振动传感器(1)和采集仪(9)，并启动检测仪(9)，所述振动传感器(1)在设置在外部的信号激励装置(92)发出激励信号的驱动下，产生机械振动，同时接收激励信号撤销后传感器阻尼振动产生的信号，当振动传感器(1)的表面被不同介质覆盖时，阻尼系数不同，振动传感器(1)的振动将以不同速度衰减，表面介质弹性模量越大，振动衰减越快；表面介质弹性模量越小，振动衰减越慢，振动传感器(1)按照振动衰减的规律发出信号，信号接收处理装置(91)接收振动传感器(1)发出的信号，对信号进行信号处理、采样处理，所述信号接收处理装置(91)根据振动波衰减数值的变化，判断灌浆料与振动传感器(1)的相对位置，当灌浆料完全漫过振动传感器(1)时，振动衰减最大，通过MCU控制单元(93)向人机交互单元(95)发出信号，套筒(4)内的灌浆料灌浆后的饱满度，根据检测所述振动传感器(1)衰减情况，对灌浆后的饱满度进行判断，不饱满，则进行二次灌浆；

步骤5)在砂浆灌浆料完全固化后进行测试，根据振动波衰减数值变化，与凝固后砂浆振动振幅的指数衰减值进行比较，根据接收信号幅度的衰减数值变化，判断灌浆料与振动传感器1的相对位置，判别振动传感器(1)的周围介质是否为空气或凝固的砂浆和套筒(4)内灌浆的饱满度。

2.根据权利要求1所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的方法，其特征在于，所述步骤5)包括灌浆料凝固后，根据所述振动传感器(1)振动衰减数值的大小情况，对灌浆后的浆料饱满度进行判断，振动衰减数值小，灌浆凝固后的饱满度为不饱满，判断施工灌浆质量为不合格。

3.一种根据权利要求1所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，其特征在于，所述检测仪(9)包括与人机交互单元(95)进行信号传输的MCU控制单元(93)，所述MCU控制单元(93)分别与信号接收处理装置(91)、信号激励装置(92)和电源(94)连接，所述信号激励装置(92)与振动传感器(1)的导线(16)连接，所述振动传感器(1)接到激励信号后产生阻尼振动波，所述振动传感器(1)将阻尼振动波传输给MCU控制单元(93)。

4.根据权利要求3所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，其特征在于，所述MCU控制单元(93)为单片机、DSP或FPGA。

5.根据权利要求3所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，其特征在于，所述人机交互单元(95)包括键盘、触摸屏、液晶屏、电脑、平板电脑或手机。

6.根据权利要求3所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，其特征在于，所述振动传感器(1)包括设有开口密闭的壳体(11)，所述壳体(11)内腔的底部设有压电陶瓷片(12)，所述压电陶瓷片(12)与弹性体(13)的一侧连接，所述弹性体(13)的另一侧与PCB电路板(14)连接，所述壳体(11)的开口设有灌封层(15)进行密闭防水，所述压电陶瓷片(12)的正极和负极与穿过灌封层(15)的导线(16)连接。

7.根据权利要求6所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，其特征在于，所述壳体(11)为圆柱。

8.根据权利要求7所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，其特征在于，所述圆柱的直径小于12mm，高度小于6mm。

9.根据权利要求8所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，其特征在于，所述圆柱的直径为10mm，高度为3mm。

10.根据权利要求8所述检测装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆饱满度的检测仪，其特征在于，所述圆柱的直径为8mm，高度为2.5mm。