CN112505074B - 检测装配式建筑墙体内套筒灌浆饱和度的方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测装配式建筑墙体内套筒灌浆饱和度的方法及其应用，涉及无损检测技术领域，首先获取标准样的热中子散射数据的标准值，然后划定检测区域，并连续采集区域内的热中子散射密度数据，通过特定算法将采集的数据形成检测区域的图像P’；本发明利用中子源发射出来的快中子与物质中的氢、硼等敏感元素的原子核相撞，逐渐损失自身能量，慢化为热中子，热中子向四周散射。当某一部位探测到的中子图像分布密度明显低于同等条件的中子密度时，可以判定该区域存在不饱和问题，并给出不饱和度，与超声波法、冲击回波法相比，可以得到内部图像，可以实现定量判别，可信度高。

Description

检测装配式建筑墙体内套筒灌浆饱和度的方法及其应用
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种利用中子散射进行无损检测的方法。
背景技术
装配式混凝土墙体等结构连接质量，如广泛使用套筒连接节点和浆锚连接节点的灌浆饱和度直接影响结构的安全性。目前，装配式混凝土结构连接节点的质量缺乏有效的检测手段。近年来，装配式混凝土结构套筒连接节点灌浆饱满度的检测方法越来越受到重视，各种方法和专利五花八门，层出不穷，但仍未能一种可靠、有效的检测方法。
目前文献可查的主流的检测方法有：超声波探伤法、电磁波法(雷达法)、冲击回波法和X射线法。超声波探伤法在检测混凝土内部结构时，检测成果极大的受到换能器耦合的影响，且超声波在混凝土内部结构中的绕射和散射导致其结果的多解性很大。电磁波法(雷达法)在检测混凝土内套筒灌浆饱和度时，受到套筒金属材质的屏蔽，无法测到内部情况。冲击回波法机理是使用脉冲机械波对检测点进行冲击，测其回波。与超声波法似类，冲击回波法的回波存大极大的多解性，并不能可靠得出套筒灌浆质量的结论。X射线法是近年来应用于建筑工程检测的一种新方法，其特点是通过透射被检体来进行成像。但X射线法存在穿透金属物体深度有限的问题，对金属管内部的细节差别成像效果一般，且无法分别出具体的元素组份。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种检测装配式建筑墙体内套筒灌浆饱和度的方法及其应用，以解决现有技术中检测装配式墙体中套筒内灌浆饱和度的方法较差的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种检测装配式建筑墙体内套筒灌浆饱和度的方法及其应用，该方法包括：
S1、确定墙体厚度d，检测区域内套筒埋深h，套筒外径R，套筒内径r1，钢筋半径r2；
S2、套筒露口正下方为原点，水平向为x轴，垂向向上为y轴，x轴向两侧扩L/2，L为3至5倍的R，y轴向上延H，圈定检测区域为S(LXH)；
S3、中子散射探测器探头放在S区域左下点，进行一次中子照射和散射采集，获取对应探测截面热中子单次散射成像p11；
S4、向上移动dH距离，再次进行一次中子照射和散射采集，获取对应探测器截面热中子单次散射图像p12，dH＝U/2，U为探测器截面正方形边长；
S5、再次向上移动dH距离，重复进行中子探测，直至y轴H高度扫描完成，形成一列连续的热中子散射图像序列p1m，m＝1～M，M＝H/dH+1；
S6、向右移动dL，dL＝dH，重复步骤S4和S5，形成第2列连续的热中子散射图像序列p2m；
S7、由此自左向右扫描，形成N列热中子散射图像阵列{pNM}；
S8、构建一幅新的空白图像P，尺寸为(N+1)X(M+1)Xd(H/2)2，将其划分为M+1行N+1列子块，子块用Pij表示，i＝1～N+1，j＝1～M+1；
S9、将{pNM}中的每个子图分成四等分子图，左上为pij,lt，左下为pij,lb，右上为pij,rt，右下为pij,rb；
S10、取新子图第1列P1j
Figure RE-GDA0002926678750000021
S11、取第i列Pij，1＜i＜N+1
Figure RE-GDA0002926678750000022
S11、取第N+1列P(N+1)j
Figure RE-GDA0002926678750000023
S13、形成新图像P并进行二维滤波，最后形成图像P’，通过图像P’进行识别检测区域内的套筒灌浆饱和度。
进一步，该方法还包括在进行在正式检测前，设定好中子放射剂量，检测过程中统一使用该剂量。
进一步，该方法还包括在设定好中子放射剂量后，首先对现场的标准样品进行中子散射标定，获取标准样的散射数据的标准值，其中标准样品包含：内部无任何结构的混凝土试块，内部含有标准套筒、钢筋和浆体的试块，内部含有标准套筒、钢筋但无浆体的试块。
进一步，S13具体为：
S13.1、对图像P’观察其非套筒区的均匀性，并比较与对应标准值的差异，若存在图像不均匀，且图像不均匀区的散射数据小于对应标准值，则该非套筒区存在内部空洞异常；
S13.2、对图像P’观察其套筒区的均匀性，并与对应标准值比较，若存在图像不均匀，且图像不均匀区的散射数据小于对应标准值，则该套筒区存在注浆不饱和异常。
进一步，在进行设定中子放射剂量前还包括判断浆体氢元素含量，若低则向浆体中加入中子敏感原材料，否不加。
本发明还挺供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被计算机运行时可实现上述方法。
本发明的有益效果体现在：
1)本发明能识别出装配式建筑墙体连接套筒内的注浆密实度，并能给出参考量值，而 X射线探测方式受到套筒钢材的影响，对套筒钢材内部识别效果差；
2)本发明与超声波法、冲击回波法相比，可以得到内部图像，可以实现定量判别，可信度高；而超声波法、冲击回波法受干扰太多，只能定性判别。
3)本发明无需其他预埋传感器，也无需其他辅工序，对施工工序不进行干预，适用性好。
4)本发明方法不仅可用于检测装配式建筑墙体的钢筋套筒连接质量，也可用于其他连接检测，如接触面。
附图说明
图1为实施例中底板和墙体连接处结构示意图；
图2为实施例中内部无任何结构的区域A1的标定图像；
图3为实施例中内部含有标准套筒、钢筋但无浆体的区域A2的标定图像；
图4为实施例中内部含有标准套筒、钢筋和浆体的区域A3的标定图像；
图5为实施例中检测区域最终形成的图像P’；
图6为实施例中针对另外一个连接套筒形成的检测区域最终形成的图像P’。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“包括”，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的方法不必限于清楚地列出的那些步骤，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些方法固有的其它步骤。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考实施例来详细说明本申请。
本发明提供一种检测装配式建筑墙体内套筒灌浆饱和度的方法及其应用，其原理是由中子源发射出来的快中子与物质中的氢、硼等敏感元素的原子核相撞，逐渐损失自身能量，最终慢化为热中子，热中子向四周散射，最终达到新的热平衡状态。由于中子是不带电性的，能够轻易穿透电子层，所以中子在照射内部含有钢筋及钢筋套筒的预制混凝土板材时，可以轻易穿透钢筋套筒，在套筒内部与注浆材料所含的氢原子发生碰撞形成散射。通过在探测表面的探测器接收散射的热中子，并连续扫描形成图像。当某一部位探测到的中子图像分布密度明显低于同等条件的中子密度时，可以判定该区域存在不饱和问题，并给出不饱和度。本发明方法不仅可用于检测装配式建筑墙体的钢筋套筒连接质量，也可用于其他连接检测，如接触面。
具体地，对于检测区域内的存在诸如钢筋套筒连接的结构的情况，其中子散射探测原理如下：由于同一标号的混凝土氢元素含量是基本固定且均匀的。套筒内所注的浆体材料也是较高等级的混凝土或化学浆体，其氢元素含量也是衡定且均匀的。而钢筋和套筒的铁元素对于中子慢化作用要比氢元素弱2～3个数量级。套筒内插入钢筋后，其能够注入浆体的空间是恒定的，套筒和钢筋的体积也是预知的。因此该测区内每种物体中子的散射是恒定的，当测区内因灌浆不饱满出现空洞时，中子在这片区域的慢化速度低于正常值，就可以通过和标准值进行比较得出空洞的大小。
进一步地，当浆体的氢元素含量较低时，可以加入特制的中子敏感原料，提高浆体区域的中子慢化反应。
具体的本发明的方法具体为：
S1、确定墙体厚度d，检测区域内套筒埋深h，套筒外径R，套筒内径r1，钢筋半径r2；
S2、套筒露口正下方为原点，水平向为x轴，垂向向上为y轴，x轴向两侧扩L/2，L为3至5倍的R，y轴向上延H，圈定检测区域为S(LXH)；
S3、中子散射探测器探头放在S区域左下点，进行一次中子照射和散射采集，获取对应探测截面热中子单次散射成像p11；
S4、向上移动dH距离，再次进行一次中子照射和散射采集，获取对应探测器截面热中子单次散射图像p12，dH＝U/2，U为探测器截面正方形边长；
S5、再次向上移动dH距离，重复进行中子探测，直至y轴H高度扫描完成，形成一列连续的热中子散射图像序列p1m，m＝1～M，M＝H/dH+1；
S6、向右移动dL，dL＝dH，重复步骤S4和S5，形成第2列连续的热中子散射图像序列p2m；
S7、由此自左向右扫描，形成N列热中子散射图像阵列{pNM}；
S8、构建一幅新的空白图像P，尺寸为(N+1)X(M+1)Xd(H/2)2，将其划分为M+1行N+1列子块，子块用Pij表示，i＝1～N+1，j＝1～M+1；
S9、将{pNM}中的每个子图分成四等分子图，左上为pij,lt，左下为pij,lb，右上为pij,rt，右下为pij,rb；
S10、取新子图第1列P1j
Figure RE-GDA0002926678750000051
S11、取第i列Pij，1＜i＜N+1
Figure RE-GDA0002926678750000052
S11、取第N+1列P(N+1)j
Figure RE-GDA0002926678750000053
S13、形成新图像P并进行二维滤波，最后形成图像P’，通过图像P’进行识别检测区域内的套筒灌浆饱和度。
进一步，该方法还包括在进行在正式检测前，设定好中子放射剂量，检测过程中统一使用该剂量。
进一步，该方法还包括在设定好中子放射剂量后，首先对现场的标准样品进行中子散射标定，获取标准样的散射数据的标准值，其中标准样品包含：内部无任何结构的混凝土试块，内部含有标准套筒、钢筋和浆体的试块，内部含有标准套筒、钢筋但无浆体的试块。
特别的，S13具体为：
S13.1、对图像P’观察其非套筒区的均匀性，并比较与对应标准值的差异，若存在图像不均匀，且图像不均匀区的散射数据小于对应标准值，则该非套筒区存在内部空洞异常；
S13.2、对图像P’观察其套筒区的均匀性，并与对应标准值比较，若存在图像不均匀，且图像不均匀区的散射数据小于对应标准值，则该套筒区存在注浆不饱和异常。
进一步，在进行设定中子放射剂量前还包括判断浆体氢元素含量，若低则向浆体中加入中子敏感原材料，否不加。
为了验证本发明的可行性，进行以下实施例。
实施例
1)使用本发明对如图1所示的底板和墙体连接质量进行检测。
2)墙体厚度d为200mm。使用中子散射成像探测器对厚度为200mm墙体样品板的各个部位进行标定取样，含内部无任何结构的区域A1，内部含有标准套筒、钢筋但无浆体的区域A2，内部含有标准套筒、钢筋和浆体的区域A3。形成标定图像PA1(图2)、PA2(图3)、 PA3(图4)。
3)作为实施案例，选取图1其中一个连接套筒，划定检测区域，将区域1划分为N列M行的等分网格。使用专用的自动化中子散射扫描成像设备，按等分网格步长，对区域进行连续自动扫描形成{pNM}。
4)将{pNM}使用本发明的数据处理技术方案进行数据处理，形成图5所示的图像P’。通过图像P’可知，该处套筒内存在不饱和，其不饱和度q＝14.09％，按如下公式计算：
Figure RE-GDA0002926678750000061
s为图像PA1的中子密度均值，PA1的s＝1.682e5/m2；
spi被检图像中存在不饱和处的中子密度，图5异常区取样点处spi＝1.445e5/m2。
5)同理，再选取另一个连接套筒进行检测，图6为形成的图像P’，可以发现图像P’中部左侧存在异常区，该区中异常区取样点处spi＝1.445e5/m2，不饱和度q＝29.43％
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (3)

1.一种检测装配式建筑墙体内套筒灌浆饱和度的方法，其特征在于，该方法包括：
S1、确定墙体厚度d，检测区域内套筒埋深h，套筒外径R，套筒内径r1，钢筋半径r2；
S2、套筒露口正下方为原点，水平向为x轴，垂向向上为y轴，x轴向两侧扩L/2，L为3至5倍的R，y轴向上延H，圈定检测区域为S(LXH)；
S3、中子散射探测器探头放在S区域左下点，进行一次中子照射和散射采集，获取对应探测截面热中子单次散射成像p11；
S4、向上移动dH距离，再次进行一次中子照射和散射采集，获取对应探测器截面热中子单次散射图像p12，dH＝U/2，U为探测器截面正方形边长；
S5、再次向上移动dH距离，重复进行中子探测，直至y轴H高度扫描完成，形成一列连续的热中子散射图像序列p1m，m＝1～M，M＝H/dH+1；
S6、向右移动dL，dL＝dH，重复步骤S4和S5，形成第2列连续的热中子散射图像序列p2m；
S7、由此自左向右扫描，形成N列热中子散射图像阵列{pNM}；
S8、构建一幅新的空白图像P，尺寸为(N+1)X(M+1)Xd(H/2)2，将其划分为M+1行N+1列子块，子块用Pij表示，i＝1～N+1，j＝1～M+1；
S9、将{pNM}中的每个子图分成四等分子图，左上为pij,lt，左下为pij,lb，右上为pij,rt，右下为pij,rb；
S10、取新子图第1列P1j
Figure FDA0003731847090000011
S11、取第i列Pij，1＜i＜N+1
Figure FDA0003731847090000012
S11、取第N+1列P(N+1)j
Figure FDA0003731847090000013
S13、形成新图像P并进行二维滤波，最后形成图像P’，通过图像P’进行识别检测区域内的套筒灌浆饱和度；
该方法还包括在进行在正式检测前，设定好中子放射剂量，检测过程中统一使用该剂量；
该方法还包括在设定好中子放射剂量后，首先对现场的标准样品进行中子散射标定，获取标准样的散射数据的标准值，其中标准样品包含：内部无任何结构的混凝土试块，内部含有标准套筒、钢筋和浆体的试块，内部含有标准套筒、钢筋但无浆体的试块；
S13具体为：
S13.1、对图像P’观察其非套筒区的均匀性，并比较与对应标准值的差异，若存在图像不均匀，且图像不均匀区的散射数据小于对应标准值，则该非套筒区存在内部空洞异常；
S13.2、对图像P’观察其套筒区的均匀性，并与对应标准值比较，若存在图像不均匀，且图像不均匀区的散射数据小于对应标准值，则该套筒区存在注浆不饱和异常。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在进行设定中子放射剂量前还包括判断浆体氢元素含量，若低则向浆体中加入中子敏感原材料，否则不加。
3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被计算机运行时可实现权利要求1或2任一所述方法。
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