CN111948289B

CN111948289B - 基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法、装置及系统

Info

Publication number: CN111948289B
Application number: CN202010857158.6A
Authority: CN
Inventors: 吴佳晔; 贾其松; 黄伯太; 张远军; 黄魏平
Original assignee: Sichuan Central Inspection Technology Inc
Current assignee: Sichuan Central Inspection Technology Inc
Priority date: 2020-08-24
Filing date: 2020-08-24
Publication date: 2023-07-21
Anticipated expiration: 2040-08-24
Also published as: CN111948289A

Abstract

本发明公开了基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，在混凝土冷缝单侧利用冲击弹性波测量分析得到完整混凝土强度S₀；再在混凝土冷缝两侧利用冲击弹性波测量分析得到跨冷缝的混凝土强度S₁和冷缝的等效裂缝深度D_c；最后利用S₀、S₁、D_c和冲击弹性波的波长λ，通过计算得到混凝土冷缝的健全性指标η_c。在本方法中包括一种基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测系统，包括激振锤、加速度传感器、数据采集器、计算机和待测混凝土；所述加速度传感器设置于待测混凝土表面，激振锤用于敲击待测混凝土以改变加速度传感器接收的冲击弹性波信号，加速度传感器与数据采集器通过无线连接传输数据，计算机和数据采集器通过模数转换电路连接。

Description

基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及混凝土质量检测领域，具体涉及一种基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法、装置及系统。

背景技术

混凝土冷缝是一种常见的施工质量通病，冷缝主要是指要求连续浇筑的混凝土构件在浇筑过程中，由于施工因素或混凝土供应不及时造成的不规则的施工质量缝。冷缝会对混凝土结构的承载能力造成影响，影响混凝土结构的使用年限和安全性，对于有抗渗要求的混凝土，冷缝还可能影响混凝土结构的抗渗性能。因此，对于重要的混凝土结构不允许有冷缝的存在。这也就要求混凝土在施工时必须连续进行，不能中断；但由于施工管理问题，经常出现混凝土施工中断，中断时间长了以后，前后两次施工的混凝土无法有效衔接，容易形成冷缝这种薄弱区域。

长期以来冷缝的检测不被人们所重视，目前还没有一种有效的手段来检测及评价冷缝的严重程度。但是随着高速铁路及高大建筑的飞速发展，对混凝土结构的质量有着越来越高的要求，因此需要一种有效的手段来检测及评价混凝土冷缝。

发明内容

为混凝土冷缝严重程度提供了检测手段，避免了混凝土施工质量问题的漏检，本发明提供了一种基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法、装置及系统。

本发明通过下述技术方案实现：

基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，包括如下步骤：

S1：以冷缝在混凝土筑件表面形成的裂痕为界，在裂痕的同侧混凝土筑件表面取测点，利用冲击弹性波对测点进行测量，通过分析得到完整混凝土强度S₀；

S2：以冷缝在混凝土筑件表面形成的裂痕为界，在裂痕的两侧混凝土筑件表面取测点，利用冲击弹性波对测点进行测量，通过分析得到跨冷缝的混凝土强度S₁、冷缝的等效裂缝深度D_c和两侧冲击弹性波的波长λ；

S3：利用S₀、S₁、D_c和λ，通过计算得到混凝土冷缝等效抗剪率η_she、等效强度率η_str和健全性指标η_c。

步骤S1包括如下子步骤：

S11：以冷缝在混凝土筑件表面形成的裂痕为界，沿裂痕延展方向在裂痕的同侧混凝土筑件表面取点A和点B，在A、B两点分别放置加速度传感器；

S12：计算机控制数据采集器采集点A和点B对应的加速度传感器的原始信号；

S13：沿裂痕延展方向在点A和点B外围取点C和点D，使用击振锤先后敲击点C和点D，使混凝土内产生冲击弹性波；

S14：冲击弹性波从点D向点B(点C向点A)运动的过程中，点A、B的加速度传感器可以感知到由于冲击弹性波传播所带来的混凝土表面振动；数据采集器采集数据后，通过模数转换电路将加速度传感器的电信号转换成数字信号传送给计算机；

S15：计算机利用接收到的原始信号和冲击弹性波信号，通过数据分析得到完整混凝土强度S₀。

步骤S2包括如下子步骤：

S21：以冷缝在混凝土筑件表面形成的裂痕为界，在裂痕的两侧混凝土筑件表面取点E和点F，在E、F两点分别放置加速度传感器；

S22：计算机控制数据采集器采集点A和点B对应的加速度传感器的原始信号；

S23：沿点E和点F连线方向，在点E、F外围取点G和点H，使用击振锤先后敲击点G和点H，使混凝土内产生冲击弹性波；

S24：冲击弹性波从点G向点E(点H向点F)运动的过程中，点E、F的加速度传感器可以感知到由于冲击弹性波传播所带来的混凝土表面振动；数据采集器采集数据后，通过模数转换电路将加速度传感器的电信号转换成数字信号传送给计算机；

S25：计算机利用接收到的原始信号和冲击弹性波信号，通过数据分析得到跨冷缝的混凝土强度S₁、冷缝的等效裂缝深度D_c和两次敲击产生的冲击弹性波的平均波长λ。

通过下式，可以计算得到等效抗剪率η_she：

等效抗剪率η_she用于评估混凝土的裂缝深度。

通过下式，可以计算得到等效强度率η_str：

等效强度率η_str用于评估混凝土的强度。

通过下式，可以计算得到混凝土冷缝的健全性指标率η_c：

健全性指标率η_c用于评估混凝土的综合健全性。

优选地，在混凝土表面放置加速度传感器的方法包括：用手按压、胶水粘贴、胶带粘贴或橡皮泥粘贴。

基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测装置，应用于上述基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，包括击振锤、加速度传感器、数据采集器和计算机；所述计算机和数据采集器通过模数转换电路连接，加速度传感器与数据采集器通过无线连接传输数据，击振锤用于敲击混凝土以改变加速度传感器接收的冲击弹性波信号。

基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测系统，应用于上述基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，包括击振锤、加速度传感器、数据采集器、计算机和待测混凝土；所述加速度传感器设置于待测混凝土表面，击振锤用于敲击待测混凝土以改变加速度传感器接收的冲击弹性波信号，加速度传感器与数据采集器通过无线连接传输数据，计算机和数据采集器通过模数转换电路连接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.本发明通过在混凝土表面分别测量未跨冷缝和跨冷缝时的冲击波弹性信号的变化情况，计算分别得到等效抗剪率、等效强度率和混凝土冷缝的健全性能指标，从多角度对混凝土的质量进行评估，为混凝土冷缝严重程度提供了检测手段，避免了混凝土施工质量问题的漏检，提高了混凝土的施工质量和结构安全。

2.本发明成本低廉，结构简单，易于实现，对混凝土的冷缝质量检测具有重要价值。

附图说明

结合附图，可以得到对本发明实施例的进一步理解，从本发明的权利要求和优选实施例的以下描述可以获得本发明的其它特征和优点。在不超出本发明的范围的情况下，在这种情况下可以按任何期望的方式将图中所示的不同实施例的单独特征加以组合。在附图中：

图1为本发明的混凝土冷缝单侧测量选点示意图；

图2为本发明的混凝土冷缝两侧测量选点示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1及图2所示，在本实施例中，在混凝土施工过程中发生混凝土浇筑中断形成冷缝，但是只从外观质量无法确定冷缝的内部质量。为检测冷缝的质量，对该混凝土部件采取以下步骤进行检测：

S31：通过下式，可以计算得到等效抗剪率η_she：

等效抗剪率η_she用于评估混凝土的裂缝深度。

S32：通过下式，可以计算得到等效强度率η_str：

等效强度率η_str用于评估混凝土的强度。

S33：通过下式，可以计算得到混凝土冷缝的健全性指标率η_c：

健全性指标率η_c用于评估混凝土的综合健全性。

得到该冷缝的健全性指标较低，表明该冷缝内部质量较差。后经过取芯验证，发现该冷缝的内部质量极差。

需要说明的是，混凝土空洞与混凝土冷缝的形成原因不同，混凝土空洞是在混凝土筑件在浇筑过程中由于震荡不充分导致的，而混凝土冷缝是在混凝土施工中断，中断时间长了以后，前后两次施工的混凝土无法有效衔接而形成冷缝这种薄弱区域。混凝土空洞和混凝土冷缝的存在形态也不相同，混凝土空洞为封闭空腔的形态，混凝土冷缝为连续开放的形态，因此混凝土空洞的检测方式并不适用于本发明。

为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第二个实施例。

实施例2：

如图1所示，在本实施例中，基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测装置，应用于上述基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，包括击振锤、加速度传感器、数据采集器和计算机；所述计算机和数据采集器通过模数转换电路连接，加速度传感器与数据采集器通过无线连接传输数据，击振锤用于敲击混凝土以改变加速度传感器接收的冲击弹性波信号。

为了进一步实现本发明的目的，本发明还提出了第三个实施例。

实施例3：

如图1所示，在本实施例中，基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测系统，应用于上述基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，包括击振锤、加速度传感器、数据采集器、计算机和待测混凝土；所述加速度传感器设置于待测混凝土表面，击振锤用于敲击待测混凝土以改变加速度传感器接收的冲击弹性波信号，加速度传感器与数据采集器通过无线连接传输数据，计算机和数据采集器通过模数转换电路连接。

实施例4：

获取混凝土强度S₀及S₁、等效裂缝深度D_c的方式不仅限于冲击弹性波法，利用超声波的方式也得到上述指标。由于弹性波速度、弹性模量这两者与混凝土强度之间可以互相换算，因此，上述混凝土强度从广义上理解应包含弹性波速度、弹性模量、混凝土强度这三个物理量，使用这三个物理量来替代混凝土强度均可以得到正确的结果。

结合上述实施例可以看出，本发明通过在混凝土表面分别测量静止时和敲击时的冲击波弹性信号，计算得到混凝土冷缝的健全性能指标，为混凝土冷缝严重程度提供了检测手段，避免了混凝土施工质量问题的漏检，提高了混凝土的施工质量和结构安全。本发明成本低廉，结构简单，易于实现，对混凝土的冷缝质量检测具有重要价值。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S3：利用S₀、S₁、D_c和λ，通过计算得到混凝土冷缝的等效抗剪率η_she、等效强度率η_str和健全性指标η_c；

通过下式，可以计算得到等效抗剪率η_she：

通过下式，可以计算得到等效强度率η_str：

通过下式，可以计算得到混凝土冷缝的健全性指标率η_c：

2.根据权利要求1所述的基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下子步骤：

S13：沿裂痕延展方向在点A和点B外围取点C和点D，使用击振锤先后敲击点C和点D；

S14：计算机控制数据采集器采集点A和点B对应的加速度传感器的冲击弹性波信号；

3.根据权利要求1所述的基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下子步骤：

S23：沿点E和点F连线方向，在点E、F外围取点G和点H，使用击振锤先后敲击点G和点H；

S24：计算机控制数据采集器采集点G和点H对应的加速度传感器的冲击弹性波信号；

4.根据权利要求2所述的基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，其特征在于，在混凝土表面放置加速度传感器的方法包括：用手按压、胶水粘贴、胶带粘贴或橡皮泥粘贴。

5.基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测装置，其特征在于，应用于权利要求1-3任一权利要求所述的基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，包括击振锤、加速度传感器、数据采集器和计算机；所述计算机和数据采集器通过模数转换电路连接，加速度传感器与数据采集器通过线缆连接，击振锤用于敲击混凝土使得在混凝土内部及表面产生和传播冲击弹性波，加速度传感器用于接收混凝土表面的加速度变化。

6.基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测系统，其特征在于，应用于权利要求1-3任一权利要求所述的基于冲击弹性波的混凝土冷缝质量检测方法，包括击振锤、加速度传感器、数据采集器、计算机和待测混凝土；所述加速度传感器设置于待测混凝土表面，击振锤用于敲击混凝土使得在混凝土内部及表面产生和传播冲击弹性波，加速度传感器用于接收混凝土表面的加速度变化，加速度传感器与数据采集器通过线缆连接，计算机和数据采集器通过模数转换电路连接。