CN113624946A - 一种基于压电传感器的灌浆密实度检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于压电传感器(3)的灌浆密实度检测装置及方法，通过在灌浆金属套筒(1)内布置压电传感器(3)，以及外接的便携式智能测试仪(2)激发电流信号在耐压防腐防水线缆(5)和探头上传递，当探头周围介质发生变化，其测得的电压值也会变化，进而与智能测试仪设定灌浆料电压值范围进行对比，实时给出灌浆金属套筒(1)灌浆饱满度结果，最后将检测数据保存于便携式智能测试仪(2)中；除此之外，本发明还可以利用灌浆过程中实时记录的电压值反算灌浆料的实际用量，最后重构出灌浆金属套筒(1)内部的3D信息；为后期加固补强提供详细信息。与现有技术相比，本发明不但检测成本低、设备便于携带而且检测精度也极高。
Description
技术领域
本发明属于装配式结构检测领域，具体涉及一种基于压电传感器(3)的灌浆密实度检测装置及方法；特别是适用于装配式混凝土结构预制柱、预制墙内的竖向钢筋套筒连接接头及约束浆锚搭接接头的灌浆料饱满度的检测方法。
背景技术
随着我国经济和城市化的快速发展，建筑工业化进程也在加快，传统现浇建筑技术由于资源配置不合理、施工机械化程度低、施工作业环境较差，已不能满足于建筑行业发展需求。装配式建筑作为近些年来发展的一种施工高效快速、节能环保、质量有保证的标准化绿色建筑形式，受到了建筑行业的重视。
装配式建筑的抗震性和完整性是制约其发展的重要影响因素，为提高装配式建筑的抗震性和完整性，须确保装配式建筑构件之间具有可靠的连接。常用的装配式建筑连接方式主要是钢筋套筒灌浆连接，该连接方式有效的保证了装配式建筑的完整性，因此也相应地提高了装配式建筑的抗震性，广泛用于房建装配式剪力墙、桥梁装配式箱梁及桥梁墩台等建筑结构中。
钢筋套筒主要由装配式建筑构件连接钢筋(15)与套筒组成。当前，常规的检测灌浆金属套筒(1)内灌浆密实程度的检测方法是对灌浆金属套筒(1)连接接头试件采用单向拉伸、高应力反复拉压试验、大变形反复拉压试验等方法；但由于套筒灌浆料缺陷具有隐蔽性，这类常规的方法对套筒灌浆料密实程度进行检测都不能很好的知道灌浆金属套筒(1)具体的缺陷位置，以便施工人员可针对性的进行加固。在无损检测方法上，超声波法、冲击回波法、红外热成像法等都无法对套筒灌浆料密实度缺陷位置和程度做出准确判断，检测精度较低；X射线工业CT法，虽然可清晰获取灌浆金属套筒(1)内部结构、密实度和缺陷分布影像，实现灌浆金属套筒(1)灌浆密实度检测，但由于该方法试验设备过于庞大复杂，检测仪器造价高，同时这类方法还存在射线辐射与环境污染等问题，这对人体有害，因此也未能在工业上得到应用。
公布号为CN107478512A的中国专利文献提出了通过拉拔预埋钢丝检测套筒灌浆料饱满度的装置及方法：灌浆施工前，将设置有锚固段、灌浆料体隔离段及拉拔段的预埋钢丝插入套筒出浆口(111)，并使插入的一段抵接套筒内靠近出浆口(111)一侧的钢筋表面，套筒灌浆施工完成并自然养护3d后，采用穿心式千斤顶对预埋钢丝进行拉拔，通过拉拔载荷值判断灌浆饱满度。该方法具有一定的价格优势，但由于不能实现在灌浆过程中的实时检测，需要养护3d后再行检测。导致施工过程中灌浆不饱满不能及时发现并补浆料。
公布号为CN105223344A的中国专利文献中提出了一种预埋传感器检测钢筋套筒灌浆饱满度的装置和方法：将阻尼传感器预埋在钢筋套筒出浆口(111)的底部，套筒灌浆施工完成后或在灌浆料固化后，通过检测传感器信号波幅的衰减情况来判断灌浆饱满度。该方法成本高，回浆料后，传感器核心元件上残留浆料的硬化可能导致误判，同时在施工完成后检测，对于施工过程中不能起到实时的检测。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于压电传感器(3)的灌浆密实度检测装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，包括灌浆金属套筒(1)、浇筑模板(4)、便携式智能测试仪(2)以及压电传感器(3)；所述压电传感器(3)自上而下穿于所述灌浆金属套筒(1)内部，直至灌浆金属套筒(1)底部；所述压电传感器(3)具有不粘水以及不粘干湿混凝土的特性；所述压电传感器(3)通过耐压防腐防水线缆(5)穿过所述浇筑模板(4)连接于所述便携式智能测试仪(2)；所述浇筑模板(4)具有防水功能；所述便携式智能测试仪(2)可实时检测压电传感器(3)所对应灌浆金属套筒(1)的电压值，并记录。
进一步，所述灌浆金属套筒(1)包括中空金属套筒(11)、橡胶塞(12)、预埋钢筋(14)、连接钢筋(15)及橡胶堵头(16)；所述中空金属套筒(11)的上、下两侧分别设有出浆口(111)与灌浆口(112)；所述预埋钢筋(14)以及连接钢筋(15)分别嵌于中空金属套筒(11)内上、下两端；所述橡胶堵头(16)堵于出浆口(111)；所述橡胶塞(12)连接于中空金属套筒(11)顶部。
进一步，所述便携式智能测试仪(2)包含可智能分析压电传感器(3)所受压力的算法电路模块、可模拟灌浆金属套筒(1)灌浆饱满度的3D图形展示模块、可连接4G/WIFI物联网的无线电路模块、可选择打印算法电路模块或3D图形展示模块分析内容的热敏打印机模块、以及连接便携式智能测试仪(2)各个模块的接口电路。
进一步，还包括金属软管，所属金属软管由外部穿过浇筑模板(4)至金属套筒内部；所属耐压防腐防水线缆(5)穿过金属软管。
进一步，所述压电传感器(3)的安装方式有3种：可通过顶部橡胶塞(12)插入中空金属套筒(11)内部，也可通过橡胶堵头(16)从出浆口(111)进入中空金属套筒(11)内部，也可与连接钢筋(15)并联后插入中空金属套筒(11)内部。
进一步，所述压电传感器(3)除与耐压防腐防水线缆(5)连接部位之外，所述压电传感器(3)其余部位的表面均包覆憎水性材料；该覆憎水性材料具有不粘水以及不粘干湿混凝土的特性。
进一步，所述压电传感器(3)采用200-400目不规则石英砂喷砂处理。
进一步，所述憎水材料为聚硅氮烷改性材料；所述聚硅氮烷改性材料按重量份数计量有聚硅氮烷10份，硅烷偶联剂0.4份，二氧化硅0.2份，全氟聚醚0.08份；所述聚硅氮烷改性材料在喷砂工艺完成后，利用四氟乙烯烧结在压电传感器(3)上。
进一步，用上述的任一装置对灌浆金属套筒(1)按如下步骤进行检测：
①将压电传感器(3)插入至中空金属套筒(11)底部；然后将所述压电传感器(3)通过耐压防腐防水线缆(5)，依次连接所述浇筑模板(4)以及所述便携式智能测试仪(2)；
②打开便携式智能测试仪(2)，观察灌浆前压电传感器(3)的电压值，并设定阈值范围；
③对灌浆金属套筒(1)进行灌浆，记录中空金属套筒(11)内浆料液面上升过程中压电传感器(3)测得的电压值变化情况；
④若灌浆金属套筒(1)内某深度压电传感器(3)测得的电压值减小到设定阈值范围内，则该位置灌浆饱满；若压电传感器(3)测得的电压值在灌浆结束时未减小到设定阈值范围内，则该位置浆液不饱满；若压电传感器(3)测得的电压值在灌浆结束时先减小到设定阈值范围内，之后又恢复至灌浆前电压值，则该位置浆料液面回落，灌浆不饱满。
⑤若发现灌浆金属套筒(1)饱满度存在缺陷，则在该灌浆金属套筒(1)表面记录工程编码，以及在便携式智能测试仪(2)中记录和保存该缺陷灌浆金属套筒(1)的工程编码；同时利用灌浆过程中实时记录的电压值反算灌浆料的实际用量，最后重构出灌浆金属套筒(1)内部的3D信息；为后期加固补强提供详细信息。
进一步，根据检测位置要求压电传感器(3)可在中空金属套筒(11)内多个位置埋设，且埋设深度也可有所不相同。
本发明的有益效果是：本发明通过便携式智能测试仪(2)与压电传感器(3)形成电流回路；当探头周围介质发生变化，其测得的电压值也会变化，进而与智能测试仪设定灌浆料电压值范围进行对比，实时给出灌浆金属套筒(1)灌浆饱满度结果，最后将检测数据保存于便携式智能测试仪(2)中；除此之外，本发明还可以利用灌浆过程中实时记录的电压值反算灌浆料的实际用量，最后重构出灌浆金属套筒(1)内部的3D信息；为后期加固补强提供详细信息。与现有技术相比，本发明不但检测成本低、设备便于携带而且检测精度也极高。
附图说明
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的橡胶塞(12)结构示意图；
图3是本发明压电传感器(3)穿于橡胶塞(12)结构示意图。
具体实施方式
如图1-3所示，一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，包括灌浆金属套筒(1)、浇筑模板(4)、便携式智能测试仪(2)以及压电传感器(3)；所述压电传感器(3)通过耐压防腐防水线缆(5)穿过所述浇筑模板(4)连接于所述便携式智能测试仪(2)，且所述浇筑模板(4)具有防水功能。所述灌浆金属套筒(1)由中空金属套筒(11)、橡胶塞(12)、灌浆料、预埋钢筋(14)、连接钢筋(15)及橡胶堵头(16)所组成；所述中空金属套筒(11)的上、下两侧分别设有出浆口(111)与灌浆口(112)，所述橡胶塞(12)位于中空金属套筒(11)顶部，且所述橡胶塞(12)上设有供预埋钢筋(14)和压电传感器(3)穿入的通孔；所述橡胶塞(12)上设有连接中空金属套筒(11)以及耐压防腐防水线缆(5)的铜片。所述压电传感器(3)穿过橡胶塞(12)的通孔直至达到中空金属套筒(11)的筒身内部；根据实际情况，本发明的电极线埋设方式有多种。压电传感器(3)可在中空金属套筒(11)内预埋，也可在中空金属套筒(11)灌浆时自出浆口(111)埋入，或者与连接钢筋(15)粘结后插入中空金属中空金属套筒(11)内。所述中空金属套筒(11)内上、下两端分别嵌有预埋钢筋(14)以及连接钢筋(15)；所述中空金属套筒(11)内安装好压电传感器(3)、预埋钢筋(14)以及连接钢筋(15)后，通过所述灌浆料从灌浆口(112)进入，灌满中空金属套筒(11)，用橡胶堵头(16)堵住出浆口(111)，灌浆料在中空金属套筒(11)内凝固；且所述压电传感器(3)具有不粘水以及不粘干湿混凝土的特性。
为了循环利用压电传感器(3)，所属灌浆金属套筒(1)还包括金属软管，所属金属软管由外部穿过浇筑模板(4)至中空金属套筒(11)内部；所属耐压防腐防水线缆(5)穿过金属软管。
所述便携式智能测试仪(2)包含可智能分析压电传感器(3)所受压力的算法电路模块、可模拟灌浆金属套筒(1)灌浆饱满度的3D图形展示模块、可连接4G/WIFI物联网的无线电路模块、可选择打印算法电路模块或3D图形展示模块分析内容的热敏打印机模块、以及连接便携式智能测试仪(2)各个模块的接口电路。通过压电传感器(3)的电压值，运用算法电路模块反算在此过程中灌浆以及凝浆过程中的浆料用量情况。然后利用反算的结果，利用3D图形展示模块重构灌浆料的灌浆以及浆料凝固过程。也可以加装工程编码扫码器，通过工程编码扫码器扫描套筒所在预制构件表面工程编码并记录扫码信息，将灌浆检测数据与构件信息建立联系，为后期维修记录准确的检测数据。运用算法电路模块以及3D图形展示模块得到的结果可通过4G/WIFI物联网的无线电路模块实时发送到计算机或者手机端。也可以用打印机模块或者打印算法电路模块直接打印出来。
在本实施例中，压电传感器(3)除端头部位外，电极线表面均包覆憎水性材料。压电传感器(3)首先利用200-400目的不规则石英砂喷砂处理，保证端部不喷砂。
上述憎水材料的组成为：聚硅氮烷改性材料，该材料按照重量份数计量包括聚硅氮烷10份，硅烷偶联剂0.4份，二氧化硅0.2份，全氟聚醚0.08份；该憎水材料组成亦可：在喷砂工艺完成后，采用特殊工艺，利用四氟乙烯烧结在电极上。
如图1-3所示，本发明一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置对灌浆金属套筒(1)可按如下步骤进行检测：
①将压电传感器(3)插入至中空金属套筒(11)底部；然后将所述压电传感器(3)通过耐压防腐防水线缆(5)，依次连接所述浇筑模板(4)以及所述便携式智能测试仪(2)；
②打开便携式智能测试仪(2)，观察灌浆前压电传感器(3)的电压值，并设定阈值范围；
③对灌浆金属套筒(1)进行灌浆，记录中空金属套筒(11)内浆料液面上升过程中压电传感器(3)测得的电压值变化情况；
④若灌浆金属套筒(1)内某深度压电传感器(3)测得的电压值减小到设定阈值范围内，则该位置灌浆饱满；若压电传感器(3)测得的电压值在灌浆结束时未减小到设定阈值范围内，则该位置浆液不饱满；若压电传感器(3)测得的电压值在灌浆结束时先减小到设定阈值范围内，之后又恢复至灌浆前电压值，则该位置浆料液面回落，灌浆不饱满。
⑤若发现灌浆金属套筒(1)饱满度存在缺陷，则在该灌浆金属套筒(1)表面记录工程编码，以及在便携式智能测试仪(2)中记录和保存该缺陷灌浆金属套筒(1)的工程编码；同时利用灌浆过程中实时记录的电压值反算灌浆料的实际用量，最后重构出灌浆金属套筒(1)内部的3D信息；为后期加固补强提供详细信息。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，包括灌浆金属套筒(1)、浇筑模板(4)、便携式智能测试仪(2)以及压电传感器(3)；其特征在于，所述压电传感器(3)自上而下穿于所述灌浆金属套筒(1)内部，直至灌浆金属套筒(1)底部；所述压电传感器(3)具有不粘水以及不粘干湿混凝土的特性；所述压电传感器(3)通过耐压防腐防水线缆(5)穿过所述浇筑模板(4)连接于所述便携式智能测试仪(2)；所述浇筑模板(4)具有防水功能；所述便携式智能测试仪(2)可实时检测压电传感器(3)所对应灌浆金属套筒(1)的电压值，并记录。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，其特征在于，所述灌浆金属套筒(1)包括中空金属套筒(11)、橡胶塞(12)、预埋钢筋(14)、连接钢筋(15)及橡胶堵头(16)；所述中空金属套筒(11)的上、下两侧分别设有出浆口(111)与灌浆口(112)；所述预埋钢筋(14)以及连接钢筋(15)分别嵌于中空金属套筒(11)内上、下两端；所述橡胶堵头(16)堵于出浆口(111)；所述橡胶塞(12)连接于中空金属套筒(11)顶部。
3.根据权利要求2所述的一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，其特征在于，所述便携式智能测试仪(2)包含可智能分析压电传感器(3)所受压力的算法电路模块、可模拟灌浆金属套筒(1)灌浆饱满度的3D图形展示模块、可连接4G/WIFI物联网的无线电路模块、可选择打印算法电路模块或3D图形展示模块分析内容的热敏打印机模块、以及连接便携式智能测试仪(2)各个模块的接口电路。
4.根据权利要求2所述的一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，其特征在于：还包括金属软管，所属金属软管由外部穿过浇筑模板(4)至金属套筒内部；所属耐压防腐防水线缆(5)穿过金属软管。
5.根据权利要求2所述的一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，其特征在于：所述压电传感器(3)的安装方式有3种：可通过顶部橡胶塞(12)插入中空金属套筒(11)内部，也可通过橡胶堵头(16)从出浆口(111)进入中空金属套筒(11)内部，也可与连接钢筋(15)并联后插入中空金属套筒(11)内部。
6.根据权利要求1～5任一所述的一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，其特征在于：所述压电传感器(3)除与耐压防腐防水线缆(5)连接部位之外，所述压电传感器(3)其余部位的表面均包覆憎水性材料；该覆憎水性材料具有不粘水以及不粘干湿混凝土的特性。
7.根据权利要求6所述的一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，其特征在于：所述压电传感器(3)采用200-400目不规则石英砂喷砂处理。
8.根据权利要求6所述的一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测装置，其特征在于，所述憎水材料为聚硅氮烷改性材料；所述聚硅氮烷改性材料按重量份数计量有聚硅氮烷10份，硅烷偶联剂0.4份，二氧化硅0.2份，全氟聚醚0.08份；所述聚硅氮烷改性材料在喷砂工艺完成后，利用四氟乙烯烧结在压电传感器(3)上。
9.一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测方法，其特征在于，用上述的任一装置对灌浆金属套筒(1)按如下步骤进行检测：
①将压电传感器(3)插入至中空金属套筒(11)底部；然后将所述压电传感器(3)通过耐压防腐防水线缆(5)，依次连接所述浇筑模板(4)以及所述便携式智能测试仪(2)；
②打开便携式智能测试仪(2)，观察灌浆前压电传感器(3)的电压值，并设定阈值范围；
③对灌浆金属套筒(1)进行灌浆，记录中空金属套筒(11)内浆料液面上升过程中压电传感器(3)测得的电压值变化情况；
④若灌浆金属套筒(1)内某深度压电传感器(3)测得的电压值减小到设定阈值范围内，则该位置灌浆饱满；若压电传感器(3)测得的电压值在灌浆结束时未减小到设定阈值范围内，则该位置浆液不饱满；若压电传感器(3)测得的电压值在灌浆结束时先减小到设定阈值范围内，之后又恢复至灌浆前电压值，则该位置浆料液面回落，灌浆不饱满。
⑤若发现灌浆金属套筒(1)饱满度存在缺陷，则在该灌浆金属套筒(1)表面记录工程编码，以及在便携式智能测试仪(2)中记录和保存该缺陷灌浆金属套筒(1)的工程编码；同时利用灌浆过程中实时记录的电压值反算灌浆料的实际用量，最后重构出灌浆金属套筒(1)内部的3D信息；为后期加固补强提供详细信息。
10.根据权利要求9所述的一种基于压电传感器(3)的套筒灌浆密实度检测方法，其特征在于：根据检测位置要求压电传感器(3)可在中空金属套筒(11)内多个位置埋设，且埋设深度也可有所不相同。
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