CN113325074B - 一种施工过程中混凝土空心预警方法及监测预警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程施工领域，尤其涉及一种施工过程中混凝土空心预警方法及监测预警系统。预警系统包括主机模块、钢筋监测模块、围板监测模块、浇筑模块；采用预警系统实现的预警方法同时利用了振荡和超声监测混凝土内部的各个位置是否存在空心缺陷。本发明中监测预警系统结构简单，稳定性好；同时利用注入流量为监测提供监测参数，可以更加准确的进行空心缺陷的监测和预警；利用监测预警指导混凝土浇筑，提高浇筑质量，降低施工人员检测负担，保证工程符合安全规范。

Description

一种施工过程中混凝土空心预警方法及监测预警系统
技术领域
本发明涉及工程施工领域，尤其涉及一种施工过程中混凝土空心预警方法及监测预警系统。
背景技术
混凝土浇筑指的是将混凝土浇筑入模直至塑化的过程，在土木建筑工程中把混凝土等材料到模子里制成预定形体。现有工程建设中一般都采用混凝土浇筑的方式施工；由于混凝土流动性差，在施工时难免存在与钢筋或者模具表面接触不良的情况，一旦出现这种情况就会导致混凝土内部出现空心缺陷。
现有技术中一般通过大量的振荡以减少空心缺陷的产生，但是振荡的方式一方面产生很大噪音，另一方面也不能完全避免缺陷的产生；超声检测的方式为混凝土无损检测提供了一条路径；当混凝土和模具接触不好时会导致混凝土传递超声的耦合效果降低，从而使得超声的传递能量大大降低；同时如果钢筋和混凝土接触不好，会导致钢筋在振动时更容易振荡。通过这两种手段就可以对混凝土的浇筑提供监测。
发明内容
本发明提供了一种施工过程中混凝土空心预警方法及监测预警系统，同时利用振荡和超声监测混凝土内部的各个位置是否存在空心缺陷，解决了混凝土浇筑过程中存在的上述问题。
本发明技术方案结合附图说明如下：
一种施工过程中混凝土空心监测预警系统，包括主机模块、钢筋监测模块、围板监测模块、浇筑模块；
主机模块包括监控主机和信号处理器；
钢筋监测模块包括振荡施加器2和振荡检测器3；
围板监测模块包括监测立柱7、监测围板6、超声检测控制器、驱动机构4；
浇筑模块包括浇筑泵、流量计和浇筑管道；
所述信号处理器与监控主机连接；所述超声检测控制器、振荡检测器3、浇筑泵与信号处理器连接；所述监测围板6和监测立柱7与超声检测控制器连接；所述监测围板6外侧设置超声接收器8；所述监测立柱7内设置有超声发射器10；所述监测立柱7发出的超声信号穿过混凝土后被监测围板6外设置的超声接收器8接收；所述超声检测控制器将超声信号发送至信号处理器；所述信号处理器将超声信号发送至监控主机；所述监控主机根据超声信号判断混凝土与监测围板6之间是否存在空心缺陷，记为第一判断结果；所述监测立柱7与驱动机构4连接；所述驱动机构4与监控主机连接；所述驱动机构4控制监测立柱7的上下移动；所述监测立柱7内为空心结构，且与浇筑泵连接；所述浇筑泵用于在拔出监测立柱7时向检测立柱内部注入混凝土，从而填充监测立柱7拔出后的孔洞；所述浇筑泵还连接有混凝土料筒、流量计和浇筑管道；所述混凝土料筒内储存有混凝土流体；所述流量计用于监测浇筑泵的浇筑流量；所述浇筑管道用于向待浇筑位置注入混凝土；所述振荡施加器2与监控主机连接，用于向混凝土内的钢筋5施加间歇振荡；所述振荡检测器3用于检测被施加振荡的钢筋5振荡的频率和振荡幅度；所述信号处理器将振荡频率和振荡幅度发送给监控主机，监控主机根据振荡频率和振荡幅度判断钢筋5和混凝土之间是否存在空心缺陷，记为第二判断结果；所述信号处理器连接浇筑泵，监控主机根据第二判断结果和第一判断结果控制浇筑泵的浇筑速度；同时监控主机将浇筑总流量做为第二判断和第一判断的参数之一。
待浇筑位置设置有底板9和顶板1，钢筋5的两端分别固定连接在底板9和顶板1上，从而使得钢筋5形成两端固定的弦；振荡施加器2和振荡检测器3均连接在钢筋5靠近顶板1的一端，振荡施加器2向混凝土内的钢筋5施加间歇振荡后，振荡检测器3持续监测钢筋5的振荡频率和振荡幅度。
所述监测围板6外部设置有滑动轨道，超声接收器8在滑动轨道内滑动，超声接收器8的高度根据浇筑总流量进行控制；所述监测立柱7呈空心管形，内壁和外壁之间设置有多个超声发射器10，朝向四周发射超声波。
所述浇筑管道上设置有把手。
一种施工过程中混凝土空心预警方法，包括如下步骤：
步骤一、选择和待浇筑的位置，将底板9放置到待浇筑位置的底部，底板9选择钢板或者玻璃钢，浇筑后不再取出；将钢筋5的一端固定在底板9上，根据施工要求固定多根钢筋5；将钢筋5的另一端固定在顶板1上，底板9和顶板1相对位置固定，从而钢筋5的两端位置不会变化，将振荡施加器2和振荡检测器3固定到每根钢筋5靠近顶板1的一端；
步骤二、将监测围板6固定在底板9的四周，从而形成待浇筑的空间；将驱动机构4架设在监测围板6的上方，并将监测立柱7竖直插入监测围板6之间，监测立柱7的底部距离底板9一定距离；
步骤三、将浇筑泵连接好混凝土料筒、监测立柱7和浇筑管道，浇筑泵为双通道型，可以分别控制每个通道的开闭；
步骤四、之后连接好整个预警系统，启动监控主机，浇筑管道开始向监测围板6内浇筑混凝土；监控主机同时收集流量计的总流量Q、流速P、振荡检测器3的振荡频率F、振荡最大幅度A、每个监测围板6上的超声接收器8的信号强度M；同时控制监测围板6上的超声接收器8距离底板9的高度为H，H满足Q/S-G<0时H＝0,且Q/S-G>0时H＝Q/S-G时；其中S为底板9的面积，G为一预设的常数，从而保证监测围板6上的超声接收器8的位置位于混凝土表面以下；
步骤五、待浇筑位置的总体积为V，当Q>V/5时，实时判断M是否大于设置的阈值，如果M小于阈值则认为混凝土与监测围板6之间存在空心缺陷，进行声光提醒，同时监控主机控制浇筑泵降低流速P；同时当Q>V/4时，实时判断F(L-Q/S)是否大于设置的阈值且A×Q是否小于设置的阈值，如果F(L-Q/S)小于阈值或A×Q大于阈值，则认为钢筋5与混凝土之间存在空心缺陷，进行声光提醒，同时监控主机控制浇筑泵降低流速P，其中L为钢筋的长度；
步骤六、V-Q小于设置的阈值时，表明浇筑即将完成，此时控制驱动机构4驱动监测立柱7上升，上升过程中浇筑泵向监测立柱7内注入混凝土，从而填充监测立柱7拔出后的孔洞，直到V＝Q后完成浇筑。
本发明的有益效果为：
本发明设计了全新的监测结构，同时利用振荡和超声监测混凝土内部的各个位置是否存在空心缺陷；系统结构简单，稳定性好；同时利用注入流量为监测提供监测参数，可以更加准确的进行空心缺陷的监测和预警；利用监测预警指导混凝土浇筑，提高浇筑质量，降低施工人员检测负担，保证工程符合安全规范。
附图说明
被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。
图1为本发明的系统的结构框架图；
图2为本发明的系统结构示意图；
图3为振荡施加器和振荡检测器的结构示意图。
具体实施方式
本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。
实施例1：
一种施工过程中混凝土空心监测预警系统，包括主机模块、钢筋监测模块、围板监测模块、浇筑模块；
主机模块包括监控主机和信号处理器；钢筋监测模块包括振荡施加器2和振荡检测器3；围板监测模块包括监测立柱7、监测围板6、超声检测控制器、驱动机构4；浇筑模块包括浇筑泵、流量计和浇筑管道；
信号处理器连接监控主机，超声检测控制器、振荡检测器3、浇筑泵连接信号处理器；
监测围板6和监测立柱7连接超声检测控制器，监测围板6外侧设置超声接收器8，监测立柱7内设置有超声发射器10，监测立柱7发出的超声信号可以穿过混凝土后被监测围板6外设置的超声接收器8接收，超声检测控制器将超声信号发送至信号处理器，信号处理器将超声信号发送至监控主机，监控主机根据超声信号判断混凝土与监测围板6之间是否存在空心缺陷，记为第一判断结果；
监测立柱7连接在驱动机构4上，驱动机构4连接在监控主机上，驱动机构4控制监测立柱7的上下移动；监测立柱7内为空心结构，且连接至浇筑泵，浇筑泵用于在拔出监测立柱7时向检测立柱内部注入混凝土，从而填充监测立柱7拔出后的孔洞；
浇筑泵还连接有混凝土料筒、流量计和浇筑管道，混凝土料筒内储存有混凝土流体，流量计用于监测浇筑泵的浇筑流量，浇筑管道用于向待浇筑位置注入混凝土；
振荡施加器2连接在监控主机上，用于向混凝土内的钢筋5施加间歇振荡；振荡检测器3用于检测被施加振荡的钢筋5振荡的频率和振荡幅度；信号处理器将振荡频率和振荡幅度发送给监控主机，监控主机根据振荡频率和振荡幅度判断钢筋5和混凝土之间是否存在空心缺陷，记为第二判断结果；
信号处理器连接浇筑泵，监控主机根据第二判断结果和第一判断结果控制浇筑泵的浇筑速度；同时监控主机将浇筑总流量做为第二判断和第一判断的参数之一。
待浇筑位置设置有底板9和顶板1，钢筋5的两端分别固定连接在底板9和顶板1上，从而使得钢筋5形成两端固定的弦；振荡施加器2和振荡检测器3均连接在钢筋5靠近顶板1的一端，振荡施加器2向混凝土内的钢筋5施加间歇振荡后，振荡检测器3持续监测钢筋5的振荡频率和振荡幅度。
监测围板6外部设置有滑动轨道，超声接收器8在滑动轨道内滑动，超声接收器8的高度根据浇筑总流量进行控制；监测立柱7呈空心管形，内壁和外壁之间设置有多个超声发射器10，朝向四周发射超声波。
浇筑管道上设置有把手，从而使得浇筑管道便于抓取和移动。
实施例2：
一种使用监测预警系统进行预警的方法，包括如下步骤：
1选择和待浇筑的位置，将底板9放置到待浇筑位置的底部，底板9选择钢板或者玻璃钢，浇筑后不再取出；将钢筋5的一端固定在底板9上，根据施工要求固定多根钢筋5；将钢筋5的另一端固定在顶板1上，底板9和顶板1相对位置固定，从而钢筋5的两端位置不会变化，将振荡施加器2和振荡检测器3固定到每根钢筋5靠近顶板1的一端；
2将监测围板6固定在底板9的四周，从而形成待浇筑的空间；将驱动机构4架设在监测围板6的上方，并将监测立柱7竖直插入监测围板6之间，监测立柱7的底部距离底板9一定距离；
3将浇筑泵连接好混凝土料筒、监测立柱7和浇筑管道，浇筑泵为双通道型，可以分别控制每个通道的开闭；
4之后连接好整个预警系统，启动监控主机，浇筑管道开始向监测围板6内浇筑混凝土；监控主机同时收集流量计的总流量Q、流速P、振荡检测器3的振荡频率F、振荡最大幅度A、每个监测围板6上的超声接收器8的信号强度M；同时控制监测围板6上的超声接收器8距离底板9的高度为H，H满足Q/S-G<0时H＝0,且Q/S-G>0时H＝Q/S-G时；其中S为底板9的面积，G为一预设的常数，从而保证监测围板6上的超声接收器8的位置位于混凝土表面以下；
5待浇筑位置的总体积为V，当Q>V/5时，实时判断M是否大于设置的阈值，如果M小于阈值则认为混凝土与监测围板6之间存在空心缺陷，进行声光提醒，同时监控主机控制浇筑泵降低流速P；同时当Q>V/4时，实时判断F(L-Q/S是否大于设置的阈值且A×Q是否小于设置的阈值，如果F(L-Q/S小于阈值或A×Q大于阈值，则认为钢筋5与混凝土之间存在空心缺陷，进行声光提醒，同时监控主机控制浇筑泵降低流速P，其中L为钢筋的长度；
6V-Q小于设置的阈值时，表明浇筑即将完成，此时控制驱动机构4驱动监测立柱7上升，上升过程中浇筑泵向监测立柱7内注入混凝土，从而填充监测立柱7拔出后的孔洞，直到V＝Q后完成浇筑。
实施例3：
结合图3，钢筋的顶端固定在顶板上，同时振动施加器包括一个旋转的拨片，拨片间歇转动，从而拨动钢筋振动；振动监测器设置有拾音器，拾音器包括两个永磁铁，永磁铁内部设置有铁芯，铁芯连接直流信号放大器，当钢筋振动时，切割铁芯产生的磁感线，使得铁芯内部产生感声的电波信号，电波信号的强度反应了钢筋振动的幅度，电波信号的频率反应了钢筋振动的频率。
两个永磁铁互相垂直设置，且都对准钢筋，从而钢筋在任何方向的振动都会被拾音器拾取。
以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种施工过程中混凝土空心监测预警系统，包括主机模块、钢筋监测模块、围板监测模块、浇筑模块；其特征在于，
主机模块包括监控主机和信号处理器；
钢筋监测模块包括振荡施加器(2)和振荡检测器(3)；
围板监测模块包括监测立柱(7)、监测围板(6)、超声检测控制器、驱动机构(4)；
浇筑模块包括浇筑泵、流量计和浇筑管道；
所述信号处理器与监控主机连接；所述超声检测控制器、振荡检测器(3)、浇筑泵与信号处理器连接；所述监测围板(6)和监测立柱(7)与超声检测控制器连接；所述监测围板(6)外侧设置超声接收器(8)；所述监测立柱(7)内设置有超声发射器(10)；所述监测立柱(7)发出的超声信号穿过混凝土后被监测围板(6)外设置的超声接收器(8)接收；所述超声检测控制器将超声信号发送至信号处理器；所述信号处理器将超声信号发送至监控主机；所述监控主机根据超声信号判断混凝土与监测围板(6)之间是否存在空心缺陷，记为第一判断结果；所述监测立柱(7)与驱动机构(4)连接；所述驱动机构(4)与监控主机连接；所述驱动机构(4)控制监测立柱(7)的上下移动；所述监测立柱(7)内为空心结构，且与浇筑泵连接；所述浇筑泵用于在拔出监测立柱(7)时向检测立柱内部注入混凝土，从而填充监测立柱(7)拔出后的孔洞；所述浇筑泵还连接有混凝土料筒、流量计和浇筑管道；所述混凝土料筒内储存有混凝土流体；所述流量计用于监测浇筑泵的浇筑流量；所述浇筑管道用于向待浇筑位置注入混凝土；所述振荡施加器(2)与监控主机连接，用于向混凝土内的钢筋(5)施加间歇振荡；所述振荡检测器(3)用于检测被施加振荡的钢筋(5)振荡的频率和振荡幅度；所述信号处理器将振荡频率和振荡幅度发送给监控主机，监控主机根据振荡频率和振荡幅度判断钢筋(5)和混凝土之间是否存在空心缺陷，记为第二判断结果；所述信号处理器连接浇筑泵，监控主机根据第二判断结果和第一判断结果控制浇筑泵的浇筑速度；同时监控主机将浇筑总流量做为第二判断和第一判断的参数之一；
待浇筑位置设置有底板(9)和顶板(1)，钢筋(5)的两端分别固定连接在底板(9)和顶板(1)上，从而使得钢筋(5)形成两端固定的弦；振荡施加器(2)和振荡检测器(3)均连接在钢筋(5)靠近顶板(1)的一端，振荡施加器(2)向混凝土内的钢筋(5)施加间歇振荡后，振荡检测器(3)持续监测钢筋(5)的振荡频率和振荡幅度。
2.根据权利要求1所述的施工过程中混凝土空心监测预警系统，其特征在于，所述监测围板(6)外部设置有滑动轨道，超声接收器(8)在滑动轨道内滑动，超声接收器(8)的高度根据浇筑总流量进行控制；所述监测立柱(7)呈空心管形，内壁和外壁之间设置有多个超声发射器(10)，朝向四周发射超声波。
3.根据权利要求1所述的施工过程中混凝土空心监测预警系统，其特征在于，所述浇筑管道上设置有把手。
4.一种使用权利要求1-3任一项的监测预警系统进行预警的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、选择和待浇筑的位置，将底板(9)放置到待浇筑位置的底部，底板(9)选择钢板或者玻璃钢，浇筑后不再取出；将钢筋(5)的一端固定在底板(9)上，根据施工要求固定多根钢筋(5)；将钢筋(5)的另一端固定在顶板(1)上，底板(9)和顶板(1)相对位置固定，从而钢筋(5)的两端位置不会变化，将振荡施加器(2)和振荡检测器(3)固定到每根钢筋(5)靠近顶板(1)的一端；
步骤二、将监测围板(6)固定在底板(9)的四周，从而形成待浇筑的空间；将驱动机构(4)架设在监测围板(6)的上方，并将监测立柱(7)竖直插入监测围板(6)之间，监测立柱(7)的底部距离底板(9)一定距离；
步骤三、将浇筑泵连接好混凝土料筒、监测立柱(7)和浇筑管道，浇筑泵为双通道型，分别控制每个通道的开闭；
步骤四、之后连接好整个预警系统，启动监控主机，浇筑管道开始向监测围板(6)内浇筑混凝土；监控主机同时收集流量计的总流量Q、流速P、振荡检测器(3)的振荡频率F、振荡最大幅度A、每个监测围板(6)上的超声接收器(8)的信号强度M；同时控制监测围板(6)上的超声接收器(8)距离底板(9)的高度为H，H满足Q/S-G<0时H＝0,且Q/S-G>0时H＝Q/S-G时；其中S为底板(9)的面积，G为一预设的常数，从而保证监测围板(6)上的超声接收器(8)的位置位于混凝土表面以下；
步骤五、待浇筑位置的总体积为V，当Q>V/5时，实时判断M是否大于设置的阈值，如果M小于阈值则认为混凝土与监测围板(6)之间存在空心缺陷，进行声光提醒，同时监控主机控制浇筑泵降低流速P；同时当Q>V/4时，实时判断F(L-Q/S)是否大于设置的阈值且A×Q是否小于设置的阈值，如果F(L-Q/S)小于阈值或A×Q大于阈值，则认为钢筋(5)与混凝土之间存在空心缺陷，进行声光提醒，同时监控主机控制浇筑泵降低流速P，其中L为钢筋的长度；
步骤六、V-Q小于设置的阈值时，表明浇筑即将完成，此时控制驱动机构(4)驱动监测立柱(7)上升，上升过程中浇筑泵向监测立柱(7)内注入混凝土，从而填充监测立柱(7)拔出后的孔洞，直到V＝Q后完成浇筑。
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