CN117781964A - 混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，涉及混凝土裂缝深度检测技术领域；该检测方法包括如下步骤：确定每阶段单次灌注的指示剂的用量；进行阶段单次灌注指示剂，灌注过程中雷达天线在混凝土裂缝表面同时相对往复跨缝移动，实时向混凝土裂缝深部发射雷达波；控制单次灌注时长，灌注过程中观察实时雷达伪彩图，当雷达伪彩图中指示信号消失时，进行下一阶段灌注指示剂；循环单次灌注指示剂，直至指示剂到达混凝土裂缝深部尖端；依次发射相应入射角度的雷达波，分别记录雷达伪彩图中指示剂指示信号的位置信息；获取指示剂标记下的混凝土裂缝尖端位置的深度。本发明设计指示剂灌注量与接力灌注方法，提高裂缝深度检测的准确性。

Description

混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法

技术领域

本发明属于混凝土裂缝深度检测技术领域，尤其涉及混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法。

背景技术

裂缝深度是表征混凝土开裂风险程度的直接指标。然而，由于裂缝沿深度方向分布于混凝土结构体内部，且越趋近深部尖端，缝宽越小，准确检测裂缝深度十分困难。当前广为使用的超声测深法，也仅限于500mm深以内的混凝土裂缝深度检测，并且测量误差常在10％以上。裂缝深度的检测能力不足，是导致长期以来基于缝宽表征裂缝破坏性的重要原因。

目前，裂缝深度检测的研究较少，公开报道的有公开号为CN102944195A的一种裂缝深度的检测方法，公开了基于示踪剂的电磁雷达法检测裂缝深度。该方法向裂缝深部尖端灌注示踪剂，灌注完成后，向混凝土裂缝区域发射雷达波，积存在裂缝底部的示踪剂在雷达扫描影像上有明显的显示，由此可确定裂缝底部的位置，从而得出裂缝的深度。然而该方法并不能实现灌注过程的可视化，对于示踪剂是否灌注至裂缝尖端并不清楚；此外，对于实际工程中裂尖角度各异的情况，缺乏有效的检测应对方法保障深度检测的准确性。

公开号为CN116337895A的一种判断混凝土斜裂缝尖端走势的方法与装置公开了一种混凝土斜裂缝尖端走势的方法，通过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，获取斜裂缝尖端走势曲线，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。但该种方法通过绘制连线图获取斜裂缝尖端走势曲线与实际裂缝尖端走势存在误差，进而影响混凝土裂缝深部尖端位置检测。

上述检测方法在采用指示剂示踪雷达检测过程中，存在如下多个问题影响混凝土裂缝深部尖端位置的检测：

一是指示剂灌注过程是“黑箱”，指示剂是否灌注至裂缝尖端缺乏相应的判别方法。若灌注完成后指示剂未到达裂缝尖端，此时向混凝土裂缝区域发射雷达波，指示剂利用自身对雷达波的反射作用出现响应信号，则所得到的检测结果并非裂缝尖端的最深深度。

二是指示剂灌注时，未考虑指示剂灌注量对深度检测准确性存在的影响。当前灌注指示剂时(特别是采用裂缝腔体满贯的方法)，指示剂在整段裂缝腔体的大量片段中存在，将导致雷达波在未到达裂缝尖端时，提前被裂缝腔体其他部位积聚的指示剂反射，影响裂缝深度检测。此外，指示剂沿裂缝腔体灌注时，裂缝腔体侧壁通常会附着指示剂，侧壁指示剂粘附量与指示剂灌注量相关；当侧壁附着量至一定程度后，也存在干扰裂缝尖端反射信号的可能。

三是雷达探出的指示剂深度是否为指示剂所标记裂缝的深度同样缺乏相应的判别方法。指示剂灌注至裂缝尖端位置时，因为指示剂在裂尖以一定体积积存，入射雷达波到达指示剂时，反射信号反应的是指示剂中最先接触入射雷达波的部分，导致指示剂利用自身对雷达波的反射作用出现响应信号时，所得到的信号并非指示剂所到达的裂缝尖端最深处，即裂缝实际深度。该点在基于指示剂的电磁雷达法检测裂缝深度时，也影响了对于裂缝深度的判断。

针对上述问题，本申请提出一种混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，在指示剂灌注过程中，通过实时发射雷达波，实现指示剂灌注过程的可视化。在此基础上，通过提出指示剂是否灌注至裂缝深部尖端的判断方法，与消除指示剂干扰雷达测深准确性的方法，实现了电磁雷达场中裂缝深度的可视化高效准确指示检测。

发明内容

本发明的目的在于提供混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术中存在电磁雷达法检测裂缝深度时指示剂灌注量对深度检测准确性的存在影响，判断指示剂是否灌注至裂缝尖端及响应信号是否为指示剂所到达的深度等问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，包括以下步骤：

S1、根据被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度情况，确定每阶段单次灌注的指示剂的用量；

S2、进行阶段单次灌注，将指示剂从混凝土裂缝表面灌向混凝土裂缝深部，灌注过程中雷达天线在混凝土裂缝表面同时往复跨缝移动，雷达天线在移动中以垂直混凝土裂缝表面向混凝土裂缝深部方向，实时向混凝土裂缝深部发射雷达波；

S3、控制单次灌注时长，灌注过程中观察实时雷达伪彩图，追踪指示剂在雷达伪彩图中的指示信号沿混凝土裂缝腔体移动轨迹，当雷达伪彩图中指示信号消失时，进行下一阶段灌注指示剂；

S4、循环步骤S2～S3，直至指示剂到达混凝土裂缝深部尖端；

指示剂到达混凝土裂缝深部尖端的判断标准是，阶段单次灌注时，在单次灌注时长内，雷达伪彩图中指示剂指示信号持续存在并静止于某一位置；

S5、指示剂到达混凝土裂缝深部尖端后，在记录时长内，调整混凝土裂缝表面雷达天线向混凝土裂缝深部发射雷达波的角度，先后依次发射相应入射角度的雷达波，分别记录雷达伪彩图中指示剂指示信号的位置信息；

S6、读取雷达波各入射角度下雷达伪彩图中指示剂指示信号的位置信息，进行比对，获得指示剂标记下的混凝土裂缝尖端位置的深度。

优选地，所述S1中确定每阶段单次灌注的指示剂的用量，具体如下：

对于被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度不超过500mm时，首次灌注5ml指示剂，第二次、第三次分别灌注10ml、20ml，后续每次均灌注20ml；

对于被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度500～1500mm时，首次灌注15ml指示剂，第二次、第三次依次灌注15ml、30ml，后续每次均灌注30ml；

对于被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度1500～3000mm时，首次灌注30ml指示剂，第二次灌注40ml，后续每次均灌注50ml；

对于被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度大于3000mm时，每次均灌注120ml。

优选地，所述S2中将指示剂从混凝土裂缝表面灌向混凝土裂缝深部，在混凝土裂缝表面预留灌注口，通过外部压力将指示剂从灌注口压入混凝土裂缝深部。

进一步地，在混凝土裂缝表面预留灌注口，除灌注口外封闭混凝土裂缝表面，将指示剂从灌注口压入混凝土裂缝深部。

优选地，所述S2中将指示剂从混凝土裂缝表面灌向混凝土裂缝深部，在混凝土裂缝表面预留灌注口连通指示剂，且在混凝土裂缝腔体内形成负压环境，通过负压将指示剂从灌注口吸入混凝土裂缝深部。

进一步地，在混凝土裂缝表面预留灌注口接指示剂，然后封闭混凝土裂缝表面，并抽取混凝土裂缝腔体中空气，创造腔体内负压条件，使得指示剂被吸入裂缝深部。

优选地，所述S3中单次灌注时长控制在300～600s，所述S5中记录时长控制在600s以内。

优选地，所述S3中指示剂在雷达伪彩图中的指示信号是指，电磁雷达场中由指示剂引起的反射波在雷达伪彩图中的特定表现形式，即雷达伪彩图中月牙形状且振幅相对周围突增的条带。

优选地，所述S5中先后依次发射相应入射角度的雷达波，具体为：

发射9个入射角度的雷达波，发射的雷达波的入射角度分别为0°、±30°、±45°、±60°、±75°，按0°、正向角度从小到大、负向角度从小到大的入射角度顺序依次发射雷达波；所述雷达波的入射角度是指，雷达波入射方向与垂直混凝土裂缝表面向混凝土裂缝深部方向的夹角。其中，正负号是指，雷达波入射方向沿垂直于裂缝深部方向的分量，方向相反。

由于不同裂缝的尖端的存在方向千差万别，故指示剂在混凝土裂缝尖端的附着最终充填的角度也不同。每个充填角度对应一个最佳的雷达波入射角度，使得雷达波可以探测到该充填角度下指示剂的最深部。因此，当指示剂到达裂缝尖端后，以所述雷达入射角度分别探测，可最大程度逼近裂缝的真实深度。

优选地，所述S6中指示剂标记下的混凝土裂缝尖端位置的深度的判断标准是，基于9个入射角度的雷达波检测，得到相应9幅雷达伪彩图，在9幅雷达伪彩图中指示剂指示信号所在的混凝土裂缝深部最深位置，即表征混凝土裂缝尖端位置的深度。

优选地，所述雷达波的频率区间为100～2600MHz；

当被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度不超过500mm时，选用中心频率为2600MHz雷达天线；

当被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度500～1000mm时，选用中心频率为900MHz雷达天线；

当被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度1000～3000mm时，选用中心频率为400MHz雷达天线；

当被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度大于3000mm时，选用中心频率为100MHz雷达天线。

优选地，所述指示剂采用液态高介电性材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)、本发明雷达可视化示踪检测方法，可实时获得指示剂在混凝土裂缝腔体中的运动轨迹，并且设计了指示剂灌注量与接力灌注方法，避免了出现裂缝尖端与临近裂缝腔体因积存大量液态指示剂，造成液态指示剂上部首选接触到入射雷达波而干扰液态指示剂下部对裂缝尖端底部指示的情况，提高了裂缝深度检测的准确性。

(2)、本发明具有指示剂是否到达裂缝尖端的判断标准。本发明通过在雷达伪彩图中指示剂指示信号持续存在并静止于某一位置，此时判断指示剂到达裂缝尖端，进而提高了裂缝深度检测的准确性。

(3)、本发明具有指示剂到达裂缝尖端时雷达探出的指示剂深度是否为指示剂所标记裂缝的深度的判断标准。指示剂在同一位置时，不同入射角度的雷达波对应的指示剂反射部分不同，导致不同雷达入射角度检测，获得指示剂深度也会存在有区别；所以，不同入射角度的雷达波测得的裂缝尖端指示剂的最深位置，才是裂缝实际深度的准确反应。本发明提出多雷达入射角度检测裂缝深度，提高了裂缝深度检测的准确性。

附图说明

图1为本发明中混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法内雷达天线在移动中以垂直混凝土裂缝表面向混凝土裂缝深部方向实时向混凝土裂缝深部发射雷达波的示意图；

图2为本发明中混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法内指示剂到达混凝土裂缝深部尖端后雷达天线发射0°入射角度的雷达波的示意图；

图3为本发明中混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法内指示剂到达混凝土裂缝深部尖端后雷达天线发射正向的30°、45°、60°、75°入射角度的雷达波的示意图；

图4为本发明中混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法内指示剂到达混凝土裂缝深部尖端后雷达天线发射负向的30°、45°、60°、75°入射角度的雷达波的示意图；

图5为本发明中实施例1的雷达探测伪彩图。

图中：1、雷达天线移动车；2、指示剂装载罐；3、指示剂输送管；4、灌注口；5、移动坡道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参阅图1-4，混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法采用混凝土裂缝深度雷达可视化检测设备，检测设备包括雷达天线移动车1和指示剂装载罐2，雷达天线移动车1安装有雷达天线，指示剂装载罐2内装载有指示剂，且指示剂装载罐2安装在装载车上。

指示剂装载罐2通过指示剂输送管3与灌注口4连通，用于指示剂装载罐2内部的指示剂输送至灌注口4处，进而将指示剂从混凝土裂缝表面输送至混凝土裂缝深部。

混凝土裂缝表面放置有移动坡道5，移动坡道5能够调节自身倾斜角度，雷达天线移动车1在移动坡道5上往复移动；雷达天线移动车1在移动坡道5上移动，使得雷达天线以不同入射角度分别探测，向裂缝深部发射雷达波。

混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，包括以下步骤：

S1、根据被检测体沿裂缝深度方向的厚度情况，确定每单次灌注的指示剂的用量；

本实施例中，指示剂采用液态高介电性材料。

确定单次灌注的指示剂的用量，具体地：

对于被检测体沿裂缝深度方向的厚度不超过500mm时，首次灌注5ml液态指示剂，第二次、第三次分别灌注10ml、20ml，后续每次均灌注20ml；

对于被检测体沿裂缝深度方向的厚度500～1500mm时，首次灌注15ml液态指示剂，第二次、第三次依次灌注15ml、30ml，后续每次均灌注30ml；

对于被检测体沿裂缝深度方向的厚度1500～3000mm时，首次灌注30ml液态指示剂，第二次灌注40ml，后续每次均灌注50ml；

对于被检测体沿裂缝深度方向的厚度大于3000mm时，每次均灌注120ml。

S2、单次灌注指示剂时，将液态指示剂从混凝土裂缝表面灌向裂缝深部，灌注过程中，雷达天线在混凝土裂缝表面同时往复跨缝移动；雷达天线在移动中以垂直表面裂缝方向(即雷达波的入射角度为0°)，实时向裂缝深部发射雷达波，如图1、2所示；

本实施例中，液态指示剂灌注方式包括：在裂缝表面预留灌注口4，除灌注口4外封闭裂缝表面，将液态指示剂从灌注口4压入裂缝深部；或在裂缝表面预留灌注口4接液态指示剂，然后封闭裂缝表面，并抽取裂缝腔体中空气，创造腔体内负压条件，使得指示剂被吸入裂缝深部。

本实施例中，向裂缝深部发射雷达波，雷达波频率区间为100～2600MHz，具体地：

当被检测体沿裂缝深度方向的厚度不超过500mm时，选用中心频率为2600MHz雷达天线；

当被检测体沿裂缝深度方向的厚度500～1000mm时，选用中心频率为900MHz雷达天线；

当被检测体沿裂缝深度方向的厚度1000～3000mm时，选用中心频率为400MHz雷达天线；

当被检测体沿裂缝深度方向的厚度大于3000mm时，选用中心频率为100MHz雷达天线。

S3、控制单次灌注时长，灌注时长控制在300～600s；在雷达天线往复跨缝移动中，观察实时雷达伪彩图；追踪液态指示剂在雷达伪彩图中的指示信号沿裂缝腔体移动轨迹；当雷达伪彩图中指示信号消失时，进行再次灌注液态指示剂并追踪指示信号轨迹；

参阅图5，雷达伪彩图中裂缝处深部的指示信号是指，电磁雷达场中由指示剂引起的反射波在伪彩图中的特定表现形式，即伪彩图中月牙形状且振幅相对周围突增的条带。

S4、循环步骤S2～S3，直至液态指示剂到达裂缝深部尖端；

本实施例中，液态指示剂到达裂缝深部尖端的判断标准是，单次灌注时，在灌注长内，雷达伪彩图中指示剂指示信号持续存在并静止于某一位置。

S5、调整裂缝表面雷达天线向裂缝深部发射雷达波的入射角度，依次发射相应入射角度的雷达波，分别记录伪彩图中液态指示剂指示信号的位置信息；

雷达波的入射角度是指，雷达波入射方向与垂直裂缝表面向下方向的夹角；所发射的雷达波的入射角度分别为0°、±30°、±45°、±60°、±75°，在600s内按0°、+30°、+45°、+60°、+75°、-75°、-60°、-45°、-30°的入射角度顺序依次发射雷达波，如图2-4所示；其中，正负号是指，雷达波入射方向沿垂直于裂缝深部方向的分量，方向相反。

由于不同裂缝的尖端的存在方向千差万别，故指示剂在尖端的附着最终充填的角度也不同。每个充填角度对应一个最佳的雷达波入射角度，使得雷达波可以探测到该充填角度下指示剂的最深部。因此，当指示剂到达裂缝尖端后，以雷达入射角度分别探测，可最大程度逼近裂缝的真实深度。

S6、读取雷达波各入射角度下雷达伪彩图中液态指示剂指示信号的位置信息，获得指示剂标记下的裂缝尖端位置的深度。

指示剂标记下的裂缝深度的判定准则为，通过包括垂直裂缝表面向下的9个入射角度的雷达波检测，得到相应9幅伪彩图，这些伪彩图中裂缝处的指示信号所处的最深位置，即表征了裂缝的深度。

以上所述，仅用于帮助理解本发明的方法及其核心要义，但本发明的保护范围并不局限于此，对于本技术领域的一般技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、根据被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度情况，确定每阶段单次灌注的指示剂的用量；

S2、进行阶段单次灌注，将指示剂从混凝土裂缝表面灌向混凝土裂缝深部，灌注过程中雷达天线在混凝土裂缝表面同时往复跨缝移动，雷达天线在移动中以垂直混凝土裂缝表面向混凝土裂缝深部方向，实时向混凝土裂缝深部发射雷达波；

S3、控制单次灌注时长，灌注过程中观察实时雷达伪彩图，追踪指示剂在雷达伪彩图中的指示信号沿混凝土裂缝腔体移动轨迹，当雷达伪彩图中指示信号消失时，进行下一阶段灌注指示剂；

S4、循环步骤S2～S3，直至指示剂到达混凝土裂缝深部尖端；

指示剂到达混凝土裂缝深部尖端的判断标准是，阶段单次灌注时，在单次灌注时长内，雷达伪彩图中指示剂指示信号持续存在并静止于某一位置；

S5、指示剂到达混凝土裂缝深部尖端后，在记录时长内，调整混凝土裂缝表面雷达天线向混凝土裂缝深部发射雷达波的角度，先后依次发射相应入射角度的雷达波，分别记录雷达伪彩图中指示剂指示信号的位置信息；

S6、读取雷达波各入射角度下雷达伪彩图中指示剂指示信号的位置信息，进行比对，获得指示剂标记下的混凝土裂缝尖端位置的深度。

2.根据权利要求1所述的混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于，所述S1中确定每阶段单次灌注的指示剂的用量，具体如下：

对于被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度不超过500mm时，首次灌注5ml指示剂，第二次、第三次分别灌注10ml、20ml，后续每次均灌注20ml；

对于被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度500～1500mm时，首次灌注15ml指示剂，第二次、第三次依次灌注15ml、30ml，后续每次均灌注30ml；

对于被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度1500～3000mm时，首次灌注30ml指示剂，第二次灌注40ml，后续每次均灌注50ml；

对于被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度大于3000mm时，每次均灌注120ml。

3.根据权利要求1所述的混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于，所述S2中将指示剂从混凝土裂缝表面灌向混凝土裂缝深部，在混凝土裂缝表面预留灌注口连通指示剂，通过外部压力将指示剂从灌注口压入混凝土裂缝深部。

4.根据权利要求1所述的混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于，所述S2中将指示剂从混凝土裂缝表面灌向混凝土裂缝深部，在混凝土裂缝表面预留灌注口连通指示剂，且在混凝土裂缝腔体内形成负压环境，通过负压将指示剂从灌注口吸入混凝土裂缝深部。

5.根据权利要求1所述的混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于，所述S3中单次灌注时长控制在300～600s，所述S5中记录时长控制在600s以内。

6.根据权利要求5所述的混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于，所述S3中指示剂在雷达伪彩图中的指示信号是指，电磁雷达场中由指示剂引起的反射波在雷达伪彩图中的特定表现形式，即雷达伪彩图中月牙形状且振幅相对周围突增的条带。

7.根据权利要求6所述的混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于，所述S5中先后依次发射相应入射角度的雷达波，具体为：

发射9个入射角度的雷达波，发射的雷达波的入射角度分别为0°、±30°、±45°、±60°、±75°，按0°、正向角度从小到大、负向角度从小到大的入射角度顺序依次发射雷达波；所述雷达波的入射角度是指，雷达波入射方向与垂直混凝土裂缝表面向混凝土裂缝深部方向的夹角。

8.根据权利要求7所述的混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于，所述S6中指示剂标记下的混凝土裂缝尖端位置的深度的判断标准是，基于9个入射角度的雷达波检测，得到相应9幅雷达伪彩图，在9幅雷达伪彩图中指示剂指示信号所在的混凝土裂缝深部最深位置，即表征混凝土裂缝尖端位置的深度。

9.根据权利要求1所述的混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于，所述雷达波的频率区间为100～2600MHz；

当被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度不超过500mm时，选用中心频率为2600MHz雷达天线；

当被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度500～1000mm时，选用中心频率为900MHz雷达天线；

当被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度1000～3000mm时，选用中心频率为400MHz雷达天线；

当被检测体沿混凝土裂缝深度方向的厚度大于3000mm时，选用中心频率为100MHz雷达天线。

10.根据权利要求1所述的混凝土裂缝深度指示剂示踪雷达可视化检测方法，其特征在于，所述指示剂采用液态高介电性材料。