CN116337895A - 一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的方法与装置,在待测裂缝内填充金属粉末;根据待测裂缝表面张口走向确定裂缝走向的始末点,绘制始末点连线的中垂线作为第一测线,利用电磁波雷达探测仪分别从所述第一测线的两个端点沿第一测线向裂缝张口位置检测,记录雷达显影图上的第一个波动点的位置和深度;以第一测线为基准线旋转作若干新测线,获取各新测线第一个波动点的位置和深度;将波动点按测线顺序排序,绘制连线图,即斜裂缝尖端走势曲线。本发明基于斜裂缝尖端位置的高低及形态等本质特点,结合由远到近、多角度、多测点的测量方式及金属粉末对雷达波的反射规律,测得混凝土斜裂缝尖端的多点位置及深度,进而有效地判断裂缝尖端的走势。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土裂缝检测技术领域,具体涉及一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的方法与装置。
背景技术
裂缝是混凝土结构最主要的病害。混凝土结构在承受荷载、温度变化或者收缩变化等因素时,往往形成不规则的斜裂缝。通过探明裂缝的发展走势可以研判裂缝对结构安全性和耐久性的影响程度。当前已有成熟的检测方法和技术工艺可以精准探测裂缝表面张口的发展走势,但是对于裂缝向混凝土内部发展的情况却无法探明,其原因主要是受限于裂缝深度探测技术的不成熟和不完善。而实际上,探明裂缝内部尤其是尖端的发展走势更加重要,对于重要构件而言,裂缝尖端的走势和位置直接决定着构件的承载性能。目前,裂缝深度检测仍是检测技术难题,而对于裂缝尖端走势的探测方法和技术工艺更是空白。
中国专利CN107561097A利用压浆设备将含有铁粉的检测剂压入混凝土结构的裂缝中,再利用X光机照射混凝土裂缝,由此在计算机上将裂缝的形态特征显示出来,从而测量裂缝的深度和走势。该方法中的检测剂含有液体,在灌浆周期内,使得铁粉无法填充满裂缝,因而无法保证铁粉在裂缝中的分布情况,从而影响了X光机对裂缝尖端的真实反映。中国专利CN114636759A公布了一种基于声发射的混凝土结构裂缝最大深度的确定方法。该方法利用断铅作为声发射源,声发射信号在传播过程中易受各种噪声干扰,从而影响其获得的声发射信号随传播距离的衰减关系的准确性,影响了裂缝深度检测精度。由于裂缝尖端尺寸很小,自身的电性很弱,对于电磁波几乎没有反射,需要外加示踪剂,当前已有利用灌压方式向混凝土裂缝填充粉末示踪剂的技术,但现有技术难以将金属粉末灌压至裂缝尖端,其原因包括:一是,裂缝空腔内壁曲折且表面粗糙,容易造成粉末在较浅的位置堵塞;二是,随着裂缝深度的增加,裂缝空腔体积会越来越小,粉末淤滞后难以进一步接近裂缝尖端。因此现有技术尚不能准确探测裂缝深度,更无法有效地探明混凝土结构斜裂缝尖端走势。
发明内容
为克服现有技术的不足,本发明提供了一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的方法与装置,其操作简单,实现方便,有效地探明了斜裂缝尖端走势,实用性强,适用于不同环境下的工程现场应用。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的方法,包括:
在待测裂缝内填充金属粉末;
根据待测裂缝表面张口走向确定裂缝走向的始末点,绘制始末点连线的中垂线作为第一测线,利用电磁波雷达探测仪分别从所述第一测线的两个端点沿第一测线向裂缝张口位置检测,记录雷达显影图上的第一个波动点的深度及波动点对应的雷达探测仪与所述始末点连线的垂直距离,根据点位置判断裂缝尖端所在侧;
以第一测线为基准线,在裂缝张口走向和基准线范围内,以基准线和始末点连线的交点为中心旋转基准线,作若干新测线,相邻测线夹角相等;标记各新测线位于裂缝尖端所在侧的端点;控制雷达探测仪从标记的端点依次沿着各测线向裂缝张口位置检测,观察雷达显影图并记录图上的第一个波动点的深度及对应的雷达探测仪与所述始末点连线的垂直距离;
将波动点按测线顺序排序,以波动点对应的雷达探测仪与所述始末点连线的垂直距离为横坐标,深度为纵坐标绘制波动点连线图,即斜裂缝尖端走势曲线。
本发明中,所述第一个波动点为雷达显影图上雷达信号强烈且均匀变化的初始点。
作为一种优选的实施方式,所述在待测裂缝内填充金属粉末的方式为:
a. 将喷射针插入待测裂缝,将金属粉末经喷射针注入待测裂缝;
b. 在裂缝表面有粉末溢出时,停止注粉并拔出喷射针,在裂缝两侧放置激振器进行激振,等裂缝表面的金属粉末稳定不再下沉后,停止激振;
c. 重复a-b,直至激振后表面金属粉末不再下沉,清除混凝土裂缝表面的金属粉末。
作为一种优选的实施方式,所述a中,以气压泵作为动力装置,将金属粉末经喷射针注入待测裂缝。
作为一种优选的实施方式,所述激振器为超声激振器。
作为一种优选的实施方式,从开始注入金属粉末至裂缝表面首次有金属粉末溢出时,粉、气流量比≤1/6,在裂缝表面首次有金属粉末溢出后提高粉、气流量比。
作为一种优选的实施方式,所述激振器的工作范围为:以裂缝张口走向长度为宽边,以三倍于裂缝张口走向长度为长边的矩形区域;矩形区域的长边沿裂缝张口走向方向。
作为一种优选的实施方式,所述激振器在工作时,与裂缝张口最近处距离至少2~5cm,防止将裂缝内的金属粉末震出;并在工作范围内每隔2~5 cm进行激振。
作为一种优选的实施方式,所述激振器在工作时,先激振靠近裂缝张口走向一侧。
作为一种优选的实施方式,所述金属粉末粒径为100~5000目,且粒径小于待测裂缝张口宽度的1/5;所述喷射针的针口为楔形,针口内径大于金属粉末粒径的5倍,且针口外径允许至少一半针口插入待测裂缝中。
作为一种优选的实施方式,所述端点的位置为:使雷达探测仪放在端点处恰好不能测到金属粉的反射雷达波。
本发明的另一目的在于提供上述方法使用的装置,其包括电磁波雷达探测仪、激振器和金属粉喷射装置;
所述金属粉喷射装置包括依次连接的储粉装置、动力装置、导管、喷射管、和喷射针;
所述动力装置从储粉装置中吸取金属粉,并经导管、喷射管输送至喷射针,所述喷射针插入待测裂缝,将金属粉末经喷射针注入待测裂缝。
作为一种优选的实施方式,所述储粉装置、导管和喷射管选用透明材料,其中导管选用透明硅胶管。
作为一种优选的实施方式,所述激振器的工作面为光滑平整的圆形。
本发明中判断裂缝尖端走势的原理:雷达探测仪向混凝土发射高频电磁波,电磁波在传播过程中遇到有电性差异的目标体时会发生反射。本发明中采用气压泵灌注和激振器震动相互结合、交替进行的方式将金属粉末灌入到裂缝尖端或者接近裂缝尖端的位置,金属粉末对电磁波具有强烈的全反射作用。裂缝尖端的形状本质上是一条高低不平的空间曲线,且对于斜裂缝,裂缝尖端与裂缝张口位置具有一定的水平距离。金属粉末填充满裂缝后,裂缝尖端位置会出现一条高低不平的金属曲线,从裂缝表面张口位置到尖端则出现一片金属曲面,通过远裂缝张口端向裂缝张口位置移动雷达探测仪,雷达探测仪会优先感应到裂缝尖端的位置,在雷达显示图上会出现波动区域,且第一个波动点的顶点为该测点的尖端位置;进一步的,通过从不同角度的远裂缝张口端向裂缝张口位置移动雷达探测仪,雷达探测仪感应识别到不同测点的裂缝尖端的位置和深度,通过这些位置和深度推断出裂缝尖端的走势。
本发明采用气压泵和激振器多点激振相互结合、交替进行的方式,实现金属粉末到达斜裂缝尖端位置,并基于斜裂缝尖端位置的高低及形态等本质特点,结合由远到近、多角度、多测点的测量方式及金属粉末对雷达波的反射规律,可以测得混凝土斜裂缝尖端的多点位置及深度,进而结合位置和深度可以有效地判断裂缝尖端的走势。
附图说明
图1是一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的装置示意图。
图2是喷嘴装置示意图。
图3是实施例中被检查混凝土结构和裂缝。
图4是实施例中被测混凝土斜裂缝尖端走势曲线图。
图中:1-雷达探测仪;2-动力装置;3-储粉装置;4-流量控制阀;5-导管;6-喷嘴;7-喷射管;8-喷射针;9-被检查混凝土结构;10-裂缝;11-激振器。
实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的方法,包括如下步骤:
工程任务是:某混凝土结构顶面出现了一条裂缝,要求探测该裂缝的尖端走势。
1.准备工作,步骤如下:
(1)确定待测裂缝10的表面张口走向为直线,确定表面裂缝10的起始点和终止点;量测裂缝10长度为30cm,裂缝10宽度均匀且为1mm,量测激振器11的工作面直径为6cm。
(2)打开储粉装置3的盖子,并向储粉装置3内倒入细度为1000目的均质铁粉,拧紧盖子后,将储粉装置3连接到气压泵2上,并依次组装流量控制阀4、导管5和喷嘴6,喷嘴6由喷射管7和喷射针8组成,流量控制阀4用于调节进入喷射管的金属粉末和气体的体积配比,用于调整喷粉的动能。
2.喷粉工作,步骤如下:
(1)将喷射针8插入待测裂缝10内,启动气压泵2,气压泵2将储粉装置3中的铁粉经流量控制阀4、导管5、喷射管7和喷射针8进入待测裂缝10内,待裂缝10表面有铁粉溢出时,停止喷粉,拔出喷射针。
(2)划定激振器11工作范围。具体操作为:平行于裂缝10张口走向作两条平行线,平行线长度均为30cm,且距离裂缝10张口走向均为3cm,分别以该两条平行线为宽边在裂缝10张口的两侧划定矩形,矩形长边长度为90cm。
(3)首先对裂缝10张口左侧的激振区域进行激振,按照从上往下、从右往左的顺序每隔3cm激振一次,一次时长5秒钟;裂缝10张口左侧激振完成后,对裂缝10张口右侧进行激振,按照从上往下、从左往右的顺序每隔3cm激振一次,一次时长5秒钟。
(4)完成(3)激振过程后,发现裂缝10张口处的金属粉末下沉,再次重复步骤(1),步骤(1)完成后再次进行(3)激振过程……循环四次此过程后,发现裂缝10张口处金属粉末不再下沉。
3.雷达探测工作,步骤如下:
(1)连接起始点和终止点,作为参考线,以雷达探测仪到参考线的垂直距离作为波动点到裂缝的水平距离;对参考线作中垂线,记作L1,并标记该垂线的两个端点a1和a2;端点a1在裂缝10张口的左侧,端点a2在裂缝10张口的右侧,两个端点距离裂缝10走向中心各60cm,控制雷达探测仪从端点a1沿着L1向裂缝10张口位置检测,观察到雷达显影图上无波动反射;再控制雷达探测仪从端点a2沿着L1向裂缝10张口位置检测,当雷达探测仪与参考线垂直距离为25cm时,观察到雷达显影图出现首个波动点,此时波动点深度为15cm;判断裂缝尖端在裂缝10张口的左侧。
(2)以L1为基准线,在裂缝10张口的左侧区域,以垂线L1为基准线,围绕裂缝10走向中心位置每旋转9°画一条测线,左右各划定45°,获得10条新测线,标记这10条测线的外端点,10个外端点均距离裂缝10张口处60cm;控制雷达探测仪11依次从每条新测线的外端点沿着测线向裂缝10张口位置检测,观察雷达显影图并记录图上的首个波动点的位置和深度,发现在8条新测线上有雷达波动点,雷达探测任务结束。最终统计得到9个波动点,从垂线L1左边至右边,每个波动点对应雷达探测仪与参考线垂直距离为分别为:30cm、28cm、26cm、26cm、25cm、27cm、23cm、18cm、17cm;每个波动点深度分别为:23cm、20cm、20cm、18cm、15cm、15cm、14cm、14cm、12cm。
根据上述检测结果,判断该裂缝尖端在裂缝10张口左边,裂缝尖端呈一条不规则的曲线,且该曲线的上端点远离裂缝10张口,下端点靠近裂缝10张口,且从上端点到下断点曲线逐渐变浅。
本实施例中:所述雷达探测仪1的中心频率为2.6GHz;所述激振器11选用超声激振器,工作频率为35kHz;所述气压泵的工作压强为1.0 MPa;所述储粉装置3为透明塑料桶,最大容量为4L;所述流量控制阀4流量为2L/min,其中在裂缝表面首次有金属粉末溢出之前,气体流量为1.8L/min,铁粉流量为0.2L/min,增加气流以提高喷粉动能,同时避免铁粉堆积;在首次激振完成后,调整气体流量为1.5L/min,铁粉流量为0.5L/min;所述导管5为透明的软质硅胶管;所述喷射管3为透明塑料管,最大容量为0.2L;所述喷射针8外径为0.2mm,内径为0.15mm。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (10)
1.一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的方法,其特征在于,包括:
利用喷射针注射粉末结合激振器多点激振的方式在待测裂缝内填充金属粉末至裂缝尖端;
根据待测裂缝表面张口走向确定裂缝走向的始末点,绘制始末点连线的中垂线作为第一测线,利用电磁波雷达探测仪分别从所述第一测线的两个端点沿第一测线向裂缝张口位置检测,记录雷达显影图上的第一个波动点的深度及波动点对应的雷达探测仪与所述始末点连线的垂直距离,根据点位置判断裂缝尖端所在侧;
以第一测线为基准线,在裂缝张口走向和基准线范围内,以基准线和始末点连线的交点为中心旋转基准线,作若干新测线,相邻测线夹角相等;标记各新测线位于裂缝尖端所在侧的端点;控制雷达探测仪从标记的端点依次沿着各测线向裂缝张口位置检测,观察雷达显影图并记录图上的第一个波动点的深度及对应的雷达探测仪与所述始末点连线的垂直距离;
将波动点按测线顺序排序,以波动点对应的雷达探测仪与所述始末点连线的垂直距离为横坐标,深度为纵坐标绘制波动点连线图,即斜裂缝尖端走势曲线。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在待测裂缝内填充金属粉末至裂缝尖端的方式为:
a. 将喷射针插入待测裂缝,将金属粉末经喷射针注入待测裂缝;
b. 在裂缝表面有粉末溢出时,停止注粉并拔出喷射针,在裂缝两侧放置激振器进行激振,等裂缝表面的金属粉末稳定不再下沉后,停止激振;
c. 重复a-b,直至激振后表面金属粉末不再下沉,清除混凝土裂缝表面的金属粉末。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述a中,以气压泵作为动力装置,将金属粉末经喷射针注入待测裂缝;所述激振器为超声激振器。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,从开始注入金属粉末至裂缝表面首次有金属粉末溢出时,粉、气流量比≤1/6,在裂缝表面首次有金属粉末溢出后提高粉、气流量比。
5.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述激振器的工作范围为:以裂缝张口走向长度为宽边,以三倍于裂缝张口走向长度为长边的矩形区域;矩形区域的长边沿裂缝张口走向方向。
6. 根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述激振器在工作时,与裂缝张口最近处距离至少2~5 cm,并在工作范围内每隔2~5 cm进行激振。
7.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述激振器在工作时,先激振靠近裂缝张口走向一侧。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述金属粉末粒径为100~5000目,且粒径小于待测裂缝张口宽度的1/5;所述喷射针的针口为楔形,针口内径大于金属粉末粒径的5倍,且针口外径允许至少一半针口插入待测裂缝中。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述端点的位置为:使雷达探测仪放在端点处恰好不能测到金属粉的反射雷达波。
10.权利要求1~9任一项所述方法使用的装置,其特征在于,包括电磁波雷达探测仪(1)、激振器(11)和金属粉喷射装置;
所述金属粉喷射装置包括依次连接的储粉装置(3)、动力装置(2)、导管(5)、喷射管(7)、和喷射针(8);
所述动力装置(2)从储粉装置(3)中吸取金属粉,并经导管(5)、喷射管(7)输送至喷射针(8),所述喷射针(8)插入待测裂缝,将金属粉末经喷射针注入待测裂缝。
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CN202310208701.3A CN116337895A (zh) | 2023-03-07 | 2023-03-07 | 一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的方法与装置 |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
CN117781964A (zh) * | 2023-12-14 | 2024-03-29 | 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 | 混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法 |
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2023
- 2023-03-07 CN CN202310208701.3A patent/CN116337895A/zh active Pending
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