CN108333109A - 一种混凝土结构内部裂缝监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土结构内部裂缝监测装置，包括储液囊和储液盒，所述储液囊为中空的圆柱体或长方体，所述储液囊的外壁上布设有多个外肋，所述储液囊的两端分别预留有安装孔，储液囊一端的安装孔内布设注液导管、另一端的安装孔内布设排气管，所述注液导管的另一端连接至储液盒底部，储液盒为长方体形，所述储液盒一面布设有透明窗口，所述透明窗口上纵向标有刻度，所述储液盒内部注入带有颜色的液体。本发明还提供了一种混凝土结构内部裂缝监测方法，包括以下步骤：制作储液囊；安装储液盒；联通注液导管与储液盒；定位储液囊；裂缝监测。本发明通过将储液囊内置于混凝土中监测混凝土结构开裂情况，简单易行，造价低廉，易于推广应用。

Description

一种混凝土结构内部裂缝监测装置及方法

技术领域

本发明涉及监测技术领域，尤其涉及一种混凝土结构内部裂缝监测装置及方法。

背景技术

混凝土结构在运营中若出现裂缝，对结构耐久性会造成较大影响，甚至危及结构安全性；混凝土表面裂缝很容易观察到，但是混凝土结构内部裂缝信息则较难获取，目前常用目测或者超声波等仪器检测混凝土结构的裂缝，对于一些重大工程，常采用内置光纤传感器或者应变计监测混凝土内部裂缝，但是该类方法成本较高，需要专门的仪器，因而不利于在普通混凝土结构上推广使用。超声波法测裂缝深度前需要找到裂缝位置，要求混凝土具有平整的表面，耦合剂要均匀涂抹，对于桥梁、隧道等结构物检测时需要搭设专门的脚手架，还有可能中断交通。

原来的技术需要专门的仪器，成本偏高，仅在重大工程中使用。普通结构一般不安装，比如空心板桥铰缝裂缝，只有贯通后出现了渗漏才发现已经贯通了，中间过程一般无监控。为解决以上问题，本发明提供了一种混凝土结构内部裂缝监测装置及方法，通过将储液囊内置于混凝土中监测混凝土结构开裂情况，简单易行，造价低廉，易于推广应用。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种混凝土结构内部裂缝监测装置及方法，通过将储液囊内置于混凝土中监测混凝土结构的开裂情况。

为实现所述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种混凝土结构内部裂缝监测装置，包括储液囊和储液盒，所述储液囊为中空的圆柱体或长方体，所述储液囊的外壁上布设有多个外肋，所述外肋等间距布设，所述外肋绕储液囊一周布设，所述储液囊的两端分别预留有安装孔，储液囊一端的安装孔内布设注液导管、另一端的安装孔内布设排气管，所述注液导管的另一端连接至储液盒底部，所述储液盒为长方体形，所述储液盒一面布设有透明窗口，所述透明窗口上纵向标有刻度，所述储液盒内部注入带有颜色的液体。

进一步地，所述储液囊安装在母体混凝土中，所述储液囊的强度与母体混凝土强度一致。

进一步地，所述外肋的间距不小于母体混凝土中最大骨料粒径的1.5倍、且不大于100mm；外肋的宽度为2~5cm，高度为10mm~50mm。

进一步地，所述储液盒的上部预留有注液孔。

进一步地，所述注液导管和排气管的内径均不小于5mm。

基于一种混凝土结构内部裂缝监测装置的一种凝土结构内部裂缝监测方法，包括以下步骤：

步骤1：制作储液囊；根据需要监测混凝土结构部位的尺寸，确定储液囊的尺寸和材料，当储液囊需要大尺寸时，储液囊材料是在母体混凝土材料基础上添加防水添加剂制成的防水混凝土；当储液囊需要小尺寸时，储液囊材料选用与母体混凝土水灰比相同的防水水泥砂浆；根据设计模板对储液囊提前预制，储液囊养护至设计强度后，将注液导管和排气管插入预留的安装孔内，并用环氧进行密封粘接；

步骤2：安装储液盒；根据母体混凝土的结构，确定出储液盒的安装位置，并对储液盒进行安装，将排气管与注液导管进行线路规划及安装；

步骤3：联通注液导管与储液盒；接通注液导管与储液盒；储液囊在混凝土内竖直放置，排气管的一侧在上部，注液导管一侧在下部；打开排气管，将带有颜色的液体从注液孔注入储液盒，直到液面高度达到储液盒高度的三分之二即可，然后关闭注液孔；

步骤4：定位储液囊；在待监测的母体结构中定位出需要安装储液囊的位置，根据该位置的钢筋配置情况，用扎丝将储液囊绑扎到钢筋上进行安装，或将扎丝绑扎到储液囊端部和相邻钢筋上；

步骤5：裂缝监测；将母体结构浇筑混凝土后，定期观测记录储液盒液面高度；根据储液盒液面高度是否发生变化，判断结构内部混凝土是否开裂，若储液盒液面高度降低，结构内部混凝土开裂；若储液盒液面高度不变，结构内部混凝土没有开裂。

进一步地，在所述储液囊的制作之后，还包括漏水性检测；所述漏水性检测具体包括：将储液囊联通储液盒，储液盒中注满水，储液盒与储液囊高差为设计高差3倍以上，静置48h以上，观察是否漏水。

进一步地，所述步骤2还包括安装PVC套管，排气管和注液导管从PVC套管内穿出。

本发明的有益效果是：

本发明一种混凝土结构内部裂缝监测装置及方法，适用于多种情况混凝土结构内部裂缝的监测；如装配式空心板桥铰缝开裂监测，钢筋混凝土矩形梁裂缝监测及预应力钢筋混凝土连续箱梁桥裂缝监测；在不同的混凝土结构的中，易出现裂缝的位置布设多个储液囊，储液囊与储液盒联通，通过观察储液盒内带有颜色的液体液位是否发生变化，以及观测结构本体底部颜色辅助判断是否出现裂缝；监测方法更加直观便捷，无须搭设脚手架，数码照相观测判断即可，采用物理方法监测裂缝，精度高，不影响结构正常运营，不需要用电，节能环保，可实现长久观测。

附图说明

图1是本发明一种混凝土结构内部裂缝监测装置的结构示意图。

图2是本发明图1中储液囊的剖切示意图。

图3是本发明实施例用于装配式空心板桥铰缝开裂监测的结构示意图。

图4是本发明图3中铰缝的局部放大图。

图5是本发明实施例用于钢筋混凝土梁裂缝监测的结构示意图。

图6是本发明实施例用于预应力钢筋混凝土连续箱梁桥裂缝监测的结构示意图。

图7是本发明一种混凝土结构内部裂缝监测方法的流程图。

附图中标号为：1为母体混凝土，2为外肋，3为储液囊，4为储液盒，5为注液导管，6为排气管，7为安装孔，8为空心板，9为铰缝，10为矩形梁，11箱梁桥。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

如图1~图2所示，一种混凝土结构内部裂缝监测装置，包括储液囊3和储液盒4，所述储液囊3为中空的圆柱体或长方体，所述储液囊3的外壁上布设有多个外肋2，所述外肋2等间距布设，所述外肋2绕储液囊3一周布设，所述储液囊3的两端分别预留有安装孔7，储液囊3一端的安装孔7内布设注液导管5、另一端的安装孔7内布设排气管6，所述注液导管5的另一端连接至储液盒4底部，所述储液盒4为长方体形，所述储液盒4一面布设有透明窗口，所述透明窗口上纵向标有刻度，所述储液盒4内部注入带有颜色的液体。

所述储液囊3安装在母体混凝土1中，所述储液囊3的强度与母体混凝土1强度一致，尤其是抗拉强度与母体混凝土1保持一致；

所述外肋2的间距不小于母体混凝土1中最大骨料粒径的1.5倍、且不大于100mm；外肋2的宽度为2~5cm，高度为10mm~50mm。

所述储液盒4的上部预留有注液孔。

所述注液导管5和排气管6的内径均不小于5mm。

如图7所示，基于一种混凝土结构内部裂缝监测装置的一种混凝土结构内部裂缝监测方法，包括以下步骤：

步骤1： 制作储液囊3；根据需要监测混凝土结构部位的尺寸，确定储液囊3的尺寸和材料，当储液囊3需要大尺寸时，储液囊3材料是在母体混凝土1材料基础上添加防水添加剂制成的防水混凝土；当储液囊3需要小尺寸时，储液囊3材料选用与母体混凝土1水灰比相同的防水水泥砂浆；根据设计模板对储液囊3提前预制，储液囊3养护至设计强度后，将注液导管5和排气管6插入预留的安装孔7内，并用环氧进行密封粘接。

值得注意的是，储液囊3可整体预制，也可将储液囊3分为两半来制作，最终用环氧树脂粘接起来组成一个完整的储液囊3，采用该方法预制的储液囊3，其材料可不加入防水材料，储液囊3预制后内壁涂刷一层防水涂料，适当养护后环氧树脂粘接，也可达到防止漏液的目的。

步骤2：安装储液盒4；根据母体混凝土1的结构，确定出储液盒4的安装位置，并对储液盒4进行安装，将排气管6与注液导管5进行线路规划及安装。

步骤3：联通注液导管5与储液盒4；接通注液导管5与储液盒4；储液囊3在混凝土内竖直放置，排气管6的一侧在上部，注液导管5一侧在下部；打开排气管6，将带有颜色的液体从注液孔注入储液盒4，直到液面高度达到储液盒4高度的三分之二即可，然后关闭注液孔。

步骤4：定位储液囊3；在待监测的母体结构中定位出需要安装储液囊3的位置，根据该位置的钢筋配置情况，用扎丝将储液囊3绑扎到钢筋上进行安装，或将扎丝绑扎到储液囊3端部和相邻钢筋上。

步骤5：裂缝监测；将母体结构浇筑混凝土后，定期观测记录储液盒4液面高度；根据储液盒4液面高度是否发生变化，判断结构内部混凝土是否开裂，若储液盒4液面高度降低，结构内部混凝土开裂；若储液盒4液面高度不变，结构内部混凝土没有开裂。

在所述储液囊3的制作之后，还包括漏水性检测；所述漏水性检测具体包括：将储液囊3联通储液盒4，储液盒4中注满水，储液盒4与储液囊3高差为设计高差3倍以上，静置48h以上，观察是否漏水。

所述步骤2还包括安装PVC套管，排气管6和注液导管5从PVC套管内穿出。

本发明一种混凝土结构内部裂缝监测装置的监测原理是：混凝土结构的裂缝一般都是由表及里、由浅入深，在混凝土结构内部预埋储液囊3，储液囊3与外置的有色液体储液盒4通过注液导管5相连接，储液囊3与储液盒4的高差不少于0.5m；如果混凝土结构内部出现裂缝，则导致与之紧密相连的储液囊3也会同步开裂，在压力作用下，有色液体将流入混凝土裂缝空隙内，储液盒4内液体随着裂缝的展开而逐渐减少，据此可判定裂缝开裂时间及位置，如果裂缝贯通到混凝土结构表面则有色液体将会流至混凝土表面，由混凝土表面颜色判断出混凝土结构裂缝出现的位置和深度。

以下结合具体情况说明本发明的示例性实施例：

本发明一种混凝土结构内部裂缝监测装置用于多种情况混凝土结构内部裂缝的监测；

请参考图3~图4，图3为本发明一种混凝土结构内部裂缝监测装置用于装配式空心板桥铰缝开裂监测，空心板桥造价低廉，设计施工简单，在我国应用广泛，但其铰缝9极易损坏而影响桥梁安全运营，目前铰缝9裂缝主要靠目测法，存在较大主观性，且难以获得裂缝开裂深度；采用本发明技术方案对空心板桥铰缝布置裂缝监测装置，此处仅以一条铰缝9进行示意。

裂缝监测方法如下：一般情况下，铰缝9与空心板8交接位置易出现裂缝，因而在跨中截面上铰缝9与空心板8交界面处布置储液囊3，具体在铰缝9左右两侧对称布置，在距离铰缝9底面20cm和铰缝9中间位置各布置一个，为监测铰缝9内部混凝土开裂情况，在沿铰缝9中心线布置两个储液囊3，一个距离底面15cm，一个在铰缝9中间线一下10cm；根据铰缝9尺寸和混凝土骨料最大粒径细石混凝土，最大粒径10mm，储液囊3设计为圆柱体，长度80mm，内径为20mm，外加为40mm，肋宽20mm，肋高20mm，肋间距20mm，材料为防水水泥砂浆，配比为：水泥：细沙=2:3，防水剂含量1%，磨具采用3d打印制作；制作完成后，进行水密性测试48h。

根据结构构件尺寸、位置及钢筋分布情况，综合考虑布置注液导管5线路，采用PVC管引导并保护注液导管5，储液盒4设置于桥一侧护栏内，护栏上预埋金属盒子，将本装置所有的储液盒4放入盒内集中保护，增强了整体的美观性。

空心板8与铰缝9接触部位安装储液囊3，空心板8浇筑前在钢筋笼内布置PVC管和储液囊3（A,B,C,D）及其注液导管5，利用扎丝将储液囊3与相邻的钢筋绑扎固定，其中储液囊3一半预留到空心板8外；铰缝9浇筑前在其内布置PVC管和储液囊3（E和F），利用扎丝将储液囊3与相邻的钢筋绑扎固定。

铰缝混凝土浇筑完成后，在桥面铺装内根据设计的导管线路，铺着PVC管，将注液导管5集中到一侧护栏上，分别连接至相应的储液盒4（A1,B1,C1,D1,E1,F1），选用红黄蓝绿紫和粉红水溶性颜料和纯净水制备溶液，然后打开排气孔，分别将带有颜色的液体注入到A1~F1对应的储液盒4中，调试后关闭排气管6；待桥梁完工后，打开排气管6，运营中定期观测判断铰缝9是否出现裂缝。

请参考图5，图5为本发明一种混凝土结构内部裂缝监测装置用于钢筋混凝土矩形梁10裂缝监测，钢筋混凝土结构中，梁裂缝开裂监测十分重要，制作时在跨中布置储液囊3进行裂缝监控，在其有效高度内均匀布置三个储液囊3（a,b,c），三个储液囊3分别对应连接三个储液盒4（a1,b1,c1），在储液盒4（a1,b1,c1）内分别注入带有红黄蓝三种颜色的液体用于裂缝监测，如果是进行结构试验，梁破坏后还可以根据破坏面内混凝土裂缝颜色，判断裂缝出现的时间和走向；其实施过程与装配式空心板8桥铰缝9开裂监测方法相同。

请参考图6，图6为本发明一种混凝土结构内部裂缝监测装置用于预应力钢筋混凝土连续箱梁桥11裂缝监测，箱梁桥11在市政工程中常用的桥型，工程实践表明箱梁底面及肋板与翼缘板交接部位易出现裂缝，危机桥梁安全运营，可采用本发明解决裂缝监测问题，在跨中、四分之一和四分之三跨横断面上，按照图6所示的位置布置储液囊3，进行裂缝监控；其实施过程与装配式空心板桥铰缝开裂监测方法相同。

应当说明的是，以上所述之实施例只是本发明的较佳实施例而已，并非限制本发明的实施范围，故凡依本发明专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (8)

1.一种混凝土结构内部裂缝监测装置，其特征在于，包括储液囊（3）和储液盒（4），所述储液囊（3）为中空的圆柱体或长方体，所述储液囊（3）的外壁上布设有多个外肋（2），所述外肋（2）等间距布设，所述外肋（2）绕储液囊（3）一周布设，所述储液囊（3）的两端分别预留有安装孔（7），储液囊（3）一端的安装孔（7）内布设注液导管（5）、另一端的安装孔（7）内布设排气管（6），所述注液导管（5）的另一端连接至储液盒（4）底部，所述储液盒（4）为长方体形，所述储液盒（4）一面布设有透明窗口，所述透明窗口上纵向标有刻度，所述储液盒（4）内部注入带有颜色的液体。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土结构内部裂缝监测装置，其特征在于，所述储液囊（3）安装在母体混凝土（1）中，所述储液囊（3）的强度与母体混凝土（1）强度一致。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土结构内部裂缝监测装置，其特征在于，所述外肋（2）的间距不小于母体混凝土（1）中最大骨料粒径的1.5倍、且不大于100mm；外肋（2）的宽度为2~5cm，高度为10mm~50mm。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土结构内部裂缝监测装置，其特征在于，所述储液盒（4）的上部预留有注液孔。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土结构内部裂缝监测装置，其特征在于，所述注液导管（5）和排气管（6）的内径均不小于5mm。

6.基于权利要求1-5所述的任一种混凝土结构内部裂缝监测装置的一种混凝土结构内部裂缝监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：制作储液囊（3）；根据需要监测混凝土结构部位的尺寸，确定储液囊（3）的尺寸和材料，当储液囊（3）需要大尺寸时，储液囊（3）材料是在母体混凝土（1）材料基础上添加防水添加剂制成的防水混凝土；当储液囊（3）需要小尺寸时，储液囊（3）材料选用与母体混凝土（1）水灰比相同的防水水泥砂浆；根据设计模板对储液囊（3）提前预制，储液囊（3）养护至设计强度后，将注液导管（5）和排气管（6）插入预留的安装孔（7）内，并用环氧进行密封粘接；

步骤2：安装储液盒（4）；根据母体混凝土（1）的结构，确定出储液盒（4）的安装位置，并对储液盒（4）进行安装，将排气管（6）与注液导管（5）进行线路规划及安装；

步骤3：联通注液导管（5）与储液盒（4）；接通注液导管（5）与储液盒（4）；储液囊（3）在混凝土内竖直放置，排气管（6）的一侧在上部，注液导管（5）一侧在下部；打开排气管（6），将带有颜色的液体从注液孔注入储液盒（4），直到液面高度达到储液盒（4）高度的三分之二即可，然后关闭注液孔；

步骤4：定位储液囊（3）；在待监测的母体结构中定位出需要安装储液囊（3）的位置，根据该位置的钢筋配置情况，用扎丝将储液囊（3）绑扎到钢筋上进行安装，或将扎丝绑扎到储液囊（3）端部和相邻钢筋上；

步骤5：裂缝监测；将母体结构浇筑混凝土后，定期观测记录储液盒（4）液面高度；根据储液盒（4）液面高度是否发生变化，判断结构内部混凝土是否开裂，若储液盒（4）液面高度降低，结构内部混凝土开裂；若储液盒（4）液面高度不变，结构内部混凝土没有开裂。

7.根据权利要求6所述的一种混凝土结构内部裂缝监测方法，其特征在于，在所述储液囊（3）的制作之后，还包括漏水性检测；所述漏水性检测具体包括：将储液囊（3）联通储液盒（4），储液盒（4）中注满水，储液盒（4）与储液囊（3）高差为设计高差3倍以上，静置48h以上，观察是否漏水。

8.根据权利要求6所述的一种混凝土结构内部裂缝监测方法，其特征在于，所述步骤2还包括安装PVC套管，排气管（6）和注液导管（5）从PVC套管内穿出。