CN108445074A - 混凝土裂缝修复效果的检验装置和方法 - Google Patents

混凝土裂缝修复效果的检验装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混凝土裂缝修复效果的检验装置及方法，其装置包括支座、测量孔、深度杆和主控制器，深度杆经支座的过孔***测量孔中，深度杆设有磁探头，该检验装置还包括深度测量装置，磁探头和深度测量装置均与主控制器数据连接；其方法的关键在于，配置磁性灌浆料并补裂缝，施加外加磁场，拟合磁感强度与深度的关系图并获取拐点。该装置及方法能精确测量出混凝土结构的裂缝的实际被修补深度。

Description

混凝土裂缝修复效果的检验装置和方法
技术领域
本发明涉及钢筋混凝土结构修复领域，具体讲是一种用于检验混凝土裂缝修复效果的装置和方法。
背景技术
混凝土材料由于具备施工方便、抗压耐火、实用灵活等优点，是目前用量最大、用途最广的建筑材料之一。但混凝土材料在服役过程中，由于塑性收缩、干缩、结构变形、外荷载等各种内外部因素作用会产生结构性及非结构性裂缝。上述裂缝产生并扩展到一定程度后，若未及时修复，将危害结构的安全耐久和正常使用，若任由其扩展贯通，甚至会导致灾难性的事故。目前，一般是以水泥砂浆或环氧树脂作为灌浆料灌入裂缝内部，达到恢复结构整体性、耐久性和防水性的目的。
现有技术修复裂缝的实际施工过程为，技术人员根据混凝土表面的裂缝的实际开展情况凭借经验预估深度，并大致按照该预估深度钻取斜向注浆孔，再利用该注浆孔向裂缝内部灌浆，当浆料从裂缝表面渗出时，则认为补浆完成。由于该裂缝位于混凝土结构内部，其形状不规则，宽度不统一，裂缝中段甚至出现宽度陡降的收口，所以灌浆料通常没有到达裂缝最深的位置，所以上述现有技术的修复方法，裂缝的实际被修补深度根本无从得知，实际修补效果自然也无法得知。也就是说，现有技术客观上缺乏行之有效的测量或评估手段对裂缝修复的效果也就是裂缝的实际修补深度进行准确有效的评价。
当然，也有技术人员提出利用超声波来测量裂缝实际被修补深度的设想，但存在较多问题导致超声波的测量结果不准确。首先，混凝土组成材料的刚度不均匀，还常存在多空隙的蜂窝状结构，对超声波传导产生各种不利影响；其次，裂缝形状不规则，弯折及收口多，会直接导致测量结果错误；此外，超声波检测易也受混凝土内部钢筋的影响，探头布置方式也会直接影响测量结果的准确性及方法的适用性。综上，目前仍缺乏有效的手段获知裂缝的实际修补深度。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是，提供一种能精确测量出混凝土结构的裂缝的实际被修补深度的混凝土裂缝修复效果的检验装置。
本发明的一种技术解决方案是，提供一种混凝土裂缝修复效果的检验装置，它包括固定在混凝土结构表面的支座、在混凝土结构内部钻取的且位于裂缝附近的测量孔、用于伸入测量孔内的深度杆和主控制器，支座上设有与测量孔连通的过孔，深度杆经过孔***测量孔中，深度杆的头部设有磁探头，该检验装置还包括用于测量深度杆的***深度的深度测量装置，磁探头和深度测量装置均与主控制器数据连接。
本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种能精确测量出混凝土结构的裂缝的实际被修补深度的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法。
本发明的另一种技术解决方案是，提供一种用于检验混凝土裂缝修复效果的方法，其步骤包括：
将磁性颗粒、活性剂与常规灌浆料混合，形成磁性灌浆料；
在裂缝附近的混凝土结构表面钻取测量孔，并在混凝土结构表面安装好检验装置；
将磁性灌浆料灌入混凝土结构的裂缝中，且在灌浆过程施加外加磁场，使磁性灌浆料被磁化；
将深度杆***测量孔，且深度杆沿测量孔前进的过程中，深度测量装置实时将深度杆的***深度发送给主控制器，而深度杆前端的磁探头也将实时测得的磁感强度发送给主控制器；
主控制器对磁感强度进行实时监测，随着深度杆前进，磁感强度也在一定幅度内震荡，当磁感强度出现大幅度衰减时，主控制器会识别出正常震荡与大幅度衰减之间的拐点，该拐点对应的深度杆的***深度，即为裂缝的实际修补深度。
本发明混凝土裂缝修复效果的检验装置及检验方法与现有技术相比，具有以下优点。
该检验装置及方法的原理为，将磁性颗粒、活化剂、基载液先混合成磁性液体并掺入到常规的灌浆料中，形成了磁性灌浆料，然后利用磁性液体的流动性使之在灌浆料中随机均匀分布，并灌入到裂缝中，再利用磁性液体的超顺磁性，对其施加外加磁场，使得磁性颗粒沿着磁场方向呈准线性链状排列，即磁性灌浆料被磁化；所以，随着深度杆的不断推入，磁探头沿测量孔前进的过程中，如果该深度的裂缝中存在磁性灌浆料，则磁探头必然会感应到该深度的灌浆料的磁场，反应出来就是磁感强度在一个正常范围内不断波动，而一旦磁探头进入的深度超过了磁性灌浆料所达到的深度，则磁探头采集的磁感强度必然会出现断崖式的陡降，因此，磁感强度正常波动和陡降之间的拐点所对应的深度，就是灌浆料所到达的实际深度，也就是裂缝的修补深度。所以，上述技术方案能精确测量出混凝土结构的裂缝的实际被修补深度，对裂缝的修补效果进行准确而有效的评估，为后续进一步修补裂缝提供了可靠依据和数据支持，保障了混凝土结构的安全耐久性，降低灾难性事故发生的概率。
深度测量装置优选为，深度测量装置包括分别设置在深度杆两侧的两齿条和分别转动安装在支座过孔两侧的两个齿轮，深度杆的两齿条分别与支座过孔两侧的两个齿轮啮合；每个齿轮的轮轴处设有用于测量齿轮转动圈数的转速编码器，转速编码器与主控制器信号连接；这样，深度杆被推移前进的过程中，会经齿条带动齿轮旋转，而齿轮的转动角度被转速编码器采集，并反馈给主控制器，进行转动角度与前进深度的换算，这样，实现了探头实际深度的实时监控；而且，设置左右对称的两个齿轮有两方面的作用，一是提供了两个转角及对应的深度，这样***可以采集两个深度之间的平均值，进而获得更准确的测量评估效果；况且，两个齿轮将深度杆啮合在中间位置，对深度杆起到定位导向作用，便于深度杆径直***测量孔中，进一步提高了检验结构的精确度。
作为进一步优选，支座包括粘结固定在混凝土结构表面的底板和用于安装齿轮及转速编码器的安装板，安装板上固定有吸盘，安装板经吸盘与底板固定；这样设计的优点在于，补浆完成后，可以方便快捷的将比较贵的编码器和安装齿轮随安装板带走，便于后续循环再利用，而价格便宜的底板就留在混凝土结构表面，也就是说，既解决了装置与混凝土表面的安装固定问题，又便于拆卸再利用。
作为改进，磁探头尾部设有用于与深度杆插接的前插头，深度杆后方设有磁感强度信号发射模块，磁感强度信号发射模块前部设有用于与深度杆插接的后插头，深度杆内部设有用于连接前插头和后插头的数据线；磁探头、深度杆、磁感强度信号发射模块三者经前插头和后插头实现了可拆卸连接，这样，可以根据需要更换不同长度的深度杆，以适应不同裂缝深度及不同混凝土结构尺寸的需要。
所述的检验方法的一种优选为：当磁性灌浆料初凝后，先撤除外加磁场，再进行***深度杆、检测磁感强度、获取拐点及后续操作，该步骤的原理为，先补浆，待灌浆料凝固后，拆除外加磁场，灌浆料的磁性被固化保留，这样，后续过程中磁探头感应到的磁场，就是单纯的灌浆料的磁场，拟合出的关于磁感强度和进入深度的关系图直观明确，在补浆深度内其磁感强度随着深度基本是沿着一根横线的范围内波动，其拐点也就一目了然。
所述的检验方法的另一种优选为：将磁性灌浆料灌入混凝土结构的裂缝的过程中，同步进行***深度杆、检测磁感强度、获取拐点及后续操作，该步骤的关键在于，不拆除外加磁场，而是在灌浆过程中，同步进行磁探头的***、磁感强度的采集、磁感强度与深度的关系图拟合及拐点的获取，这样，虽然拟合图中的磁感强度同时受到外加磁场和灌浆料固化磁场两个磁场的影响，磁探头采集到的磁感强度实质上是两个磁场叠加，拟合图中补浆深度内，磁感强度大致沿着先降后升的下弯弧线来波动，但一旦超过了补浆实际深度，磁感强度仍然会明显的陡降，其拐点还是能清晰直观的被找到；在补浆时同步对实际补浆深度进行测量的好处在于，如果能事先得知需要补浆的深度，如漏水的贯穿性裂缝，其需要修补的深度为墙体的厚度，则通过实时对实际灌浆深度的监测，可以判断出实际修补深度是否等于需要修补的深度，如不足，则继续加压灌浆，确保最后实际修补的深度等于需要修补的深度。
磁性灌浆料的一种优选为，磁性颗粒为Fe3O4粉，活性剂为油酸，将1重量份的Fe3O4粉、1重量份的油酸和10重量份的水混合并搅拌，形成磁性悬浮液，再将其掺入20重量份的水泥中，搅拌均匀，形成磁性水泥砂浆灌浆料。上述组分和配比，制造使用方便，流动性和超顺磁性好。
磁性灌浆料的另一种优选为，磁性颗粒为Fe3O4粉，活性剂为油酸，将1重量份的Fe3O4粉、1重量份的油酸和20重量份的环氧树脂混合并搅拌均匀，形成磁性环氧树脂灌浆料，上述方式制备的灌浆料同样具备良好的流动性和超顺磁性，且制备过程仅仅需要一次搅拌即可，更加方便快捷。
附图说明
图1是本发明混凝土裂缝修复效果的检验装置的结构示意图。
图2是本发明混凝土裂缝修复效果的检验装置的俯剖视结构示意图。
图3是本发明发明检验装置的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法的在单一磁场作用下的磁感强度与***深度的对应关系拟合图。
图4是本发明发明检验装置的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法的在双磁场作用下的磁感强度与***深度的对应关系拟合图。
图中所示1、混凝土结构，2、支座，2.1、底板，2.2、安装板，3、裂缝，4、测量孔，5、深度杆，5.1、数据线，6、过孔，7、磁探头，7.1、前插头，8、齿条，9、齿轮，10、吸盘，11、旋转信号发射模块，12、磁感强度信号发射模块，12.1、后插头。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4所示，本发明混凝土裂缝修复效果的检验装置，它包括固定在混凝土结构1表面的支座2、在混凝土结构1内部钻取的且位于裂缝3附近的测量孔4、用于伸入测量孔4内的深度杆5和主控制器。
所述的裂缝3附近是指，测量孔4与裂缝3保持在一定距离以内，如保持在2～3cm以内，以便于磁探头7感应裂缝3处磁性灌浆料的磁场。
支座2上设有与测量孔4连通的过孔6，深度杆5经过孔6***测量孔4中，深度杆5的头部设有磁探头7，该检验装置还包括用于测量深度杆5的***深度的深度测量装置，磁探头7和深度测量装置均与主控制器数据连接。
深度测量装置包括分别设置在深度杆5两侧的两齿条8和分别转动安装在支座2过孔6两侧的两个齿轮9，深度杆5的两齿条8分别与支座2过孔6两侧的两个齿轮9啮合；每个齿轮9的轮轴处设有用于测量齿轮9转动圈数及角度的转速编码器，转速编码器与主控制器信号连接。具体的说，转速编码器上设有旋转信号发射模块11，而主控制器上设有旋转信号接收模块。当然，该深度测量装置还可以不设置编码器而是在轮轴上固定磁铁而轮轴外绕设线圈，轮轴带动磁铁转动时，线圈磁通量必然发生变化，线圈会感应出一个脉冲，记载脉冲的个数即为齿轮9的旋转圈数。自然的，该深度测量装置还设有旋转信号发射模块11。
支座2的具体结构包括粘结固定在混凝土结构1表面的由有机玻璃材料制成的底板2.1和用于安装齿轮9及转速编码器的安装板2.2，安装板2.2上固定有吸盘10，安装板2.2经吸盘10与底板2.1固定。
磁探头7外部包裹有保护套，而内部设有霍尔元件及放大电路，磁探头7尾部设有用于与深度杆5插接的前插头7.1，深度杆5后方设有磁感强度信号发射模块12，磁感强度信号发射模块12前部设有用于与深度杆5插接的后插头12.1，深度杆5内部设有用于连接前插头7.1和后插头12.1的数据线5.1。
主控制器上设有信号接收模块用于接收旋转信号和磁感强度信号，且将旋转信号转化成磁探头7的***深度。且主控制器上连接有显示器，主控制器以磁感强度为y轴而磁探头7的***深度为x轴建立坐标系，拟合成磁感强度与***深度的对应关系图。
如图1、图2、图3所示，基于本发明检验装置的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法的一种实施例，其步骤如下。
a、将磁性颗粒、活性剂与常规灌浆料如水泥砂浆或环氧树脂混合，形成磁性灌浆料。
磁性灌浆料的一种优选为：磁性颗粒为Fe3O4粉，活性剂为油酸，将1重量份的Fe3O4粉、1重量份的油酸和10重量份的水混合并搅拌，形成磁性悬浮液，再将其掺入20重量份的水泥中，搅拌均匀，形成磁性水泥砂浆灌浆料。
磁性灌浆料的另一种优选为，磁性颗粒为Fe3O4粉，活性剂为油酸，将1重量份的Fe3O4粉、1重量份的油酸和20重量份的环氧树脂混合并搅拌均匀，形成磁性环氧树脂灌浆料。
b、在裂缝3附近的混凝土结构1表面钻取测量孔4，并在混凝土结构1表面安装好检验装置。
c、将磁性灌浆料灌入混凝土结构1的裂缝3中，且在灌浆过程施加外加磁场，使磁性灌浆料被磁化；具体的说，可以分别在墙体的两侧固定两排磁铁，形成均匀稳定的外加磁场，使得位于中间的磁性灌浆料磁化。待磁性灌浆料初凝后，拆除外加磁场。
当然，由常识可知，上述的步骤abc顺序是可以灵活调整的，可以先钻测量孔4并安装检验装置，然后再配磁性灌浆料，最后补裂缝3，也可以先配磁性灌浆料并补裂缝3，然后钻测量孔4并安装检验装置。
d、将深度杆5***测量孔4，且深度杆5沿测量孔4前进的过程中，深度测量装置实时将深度杆5的***深度发送给主控制器，而深度杆5前端的磁探头7也将实时测得的磁感强度发送给主控制器。更具体的说，深度杆5前进时，齿条8会带动齿轮9旋转，而编码器会采集旋转信号并发送给主控制器，主控制器将旋转角度换算成***深度，经引入x轴，而磁感强度信号被主控制器接收后被引入y轴，从而拟合出磁感强度与***深度的对应关系图。
e、主控制器对磁感强度进行实时监测，随着深度杆5前进，磁感强度也在一定幅度内震荡，当磁感强度出现大幅度衰减时，主控制器会识别出正常震荡与大幅度衰减之间的拐点，该拐点对应的深度杆5的***深度，即为裂缝3的实际修补深度。
由于本实施例在补裂缝3后，待磁性灌浆料初凝后，拆除了外加磁场，所以后续过程中磁探头7感应到的磁场，就是单纯的灌浆料磁化后的磁场，拟合出的关于磁感强度和进入深度的关系图直观明确，在补浆实际深度内其磁感强度随着深度基本是沿着一根横线的范围内波动，而一旦超过补浆实际深度，其磁感强度则发生断崖式下降，故其拐点也就一目了然。
本实施例侧重在，补浆完成后，用于检测实际的补浆深度，以评估实际的补浆效果。
测得实际修补深度后，将测量孔4重新填补即可。由于测量孔4的形状归整，故很容易就能彻底填补，不会影响建筑物的正常功能和使用寿命。
如图1、图2、图4所示，基于本发明检验装置的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法的另一种实施例，该实施例的主要步骤与上一个实施例相同，唯一的区别在于：不拆除外加磁场，而是在灌浆过程中，同步进行磁探头7的***、磁感强度的采集、磁感强度与深度的关系图拟合及拐点的获取。这样，虽然拟合图中的磁感强度同时受到外加磁场和灌浆料磁化磁场两个磁场的影响，磁探头采集到的磁感强度实质上是两个磁场叠加。对于外加磁场来说，两侧布设磁铁部分磁感线密集磁感强度大，而中间部分磁感线相对稀疏磁感强度小，而灌浆料磁化的磁场则是大致水平向波动的磁场，所以两个磁场叠加后，在拟合图中补浆实际深度内，磁感强度大致沿着先降后升的下弯弧线来波动。而但一旦超过了补浆实际深度，磁感强度仍然会明显的陡降，其拐点还是能清晰直观的被找到。
本实施例侧重于：在补浆时同步对实际补浆深度进行测量。这样，如果能事先得知需要补浆的深度，如漏水的贯穿性裂缝，其需要修补的深度为墙体的厚度，则通过实时对实际灌浆深度的监测，可以判断出实际修补深度是否等于需要修补的深度，如不足，则继续加压灌浆，确保最后实际修补的深度等于需要修补的深度。

Claims (9)

1.一种混凝土裂缝修复效果的检验装置，其特征在于：它包括固定在混凝土结构(1)表面的支座(2)、在混凝土结构(1)内部钻取的且位于裂缝(3)附近的测量孔(4)、用于伸入测量孔(4)内的深度杆(5)和主控制器，支座(2)上设有与测量孔(4)连通的过孔(6)，深度杆(5)经过孔(6)***测量孔(4)中，深度杆(5)的头部设有磁探头(7)，该检验装置还包括用于测量深度杆(5)的***深度的深度测量装置，磁探头(7)和深度测量装置均与主控制器数据连接。
2.根据权利要求1所述的混凝土裂缝修复效果的检验装置，其特征在于：深度测量装置包括分别设置在深度杆(5)两侧的两齿条(8)和分别转动安装在支座(2)过孔(6)两侧的两个齿轮(9)，深度杆(5)的两齿条(8)分别与支座(2)过孔(6)两侧的两个齿轮(9)啮合；每个齿轮(9)的轮轴处设有用于测量齿轮(9)转动圈数的转速编码器，转速编码器与主控制器信号连接。
3.根据权利要求2所述的混凝土裂缝修复效果的检验装置，其特征在于：支座(2)包括粘结固定在混凝土结构(1)表面的底板(2.1)和用于安装齿轮(9)及转速编码器的安装板(2.2)，安装板(2.2)上固定有吸盘(10)，安装板(2.2)经吸盘(10)与底板(2.1)固定。
4.根据权利要求1所述的混凝土裂缝修复效果的检验装置，其特征在于：磁探头(7)尾部设有用于与深度杆(5)插接的前插头(7.1)，深度杆(5)后方设有磁感强度信号发射模块(12)，磁感强度信号发射模块(12)前部设有用于与深度杆(5)插接的后插头(12.1)，深度杆(5)内部设有用于连接前插头(7.1)和后插头(12.1)的数据线(5.1)。
5.一种基于权利要求1所述的检验装置的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法，其特征在于：其步骤包括：
将磁性颗粒、活性剂与常规灌浆料混合，形成磁性灌浆料；
在裂缝(3)附近的混凝土结构(1)表面钻取测量孔(4)，并在混凝土结构(1)表面安装好检验装置；
将磁性灌浆料灌入混凝土结构(1)的裂缝(3)中，且在灌浆过程施加外加磁场，使磁性灌浆料被磁化；
将深度杆(5)***测量孔(4)，且深度杆(5)沿测量孔(4)前进的过程中，深度测量装置实时将深度杆(5)的***深度发送给主控制器，而深度杆(5)前端的磁探头(7)也将实时测得的磁感强度发送给主控制器；
主控制器对磁感强度进行实时监测，随着深度杆(5)前进，磁感强度也在一定幅度内震荡，当磁感强度出现大幅度衰减时，主控制器会识别出正常震荡与大幅度衰减之间的拐点，该拐点对应的深度杆(5)的***深度，即为裂缝(3)的实际修补深度。
6.根据权利要求5所述的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法，其特征在于：当磁性灌浆料初凝后，先撤除外加磁场，再进行***深度杆(5)、检测磁感强度、获取拐点及后续操作。
7.根据权利要求5所述的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法，其特征在于：将磁性灌浆料灌入混凝土结构(1)的裂缝(3)的过程中，同步进行***深度杆(5)、检测磁感强度、获取拐点及后续操作。
8.根据权利要求5所述的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法，其特征在于：磁性颗粒为Fe3O4粉，活性剂为油酸，将1重量份的Fe3O4粉、1重量份的油酸和10重量份的水混合并搅拌，形成磁性悬浮液，再将其掺入20重量份的水泥中，搅拌均匀，形成磁性水泥砂浆灌浆料。
9.根据权利要求5所述的用于检验混凝土裂缝修复效果的方法，其特征在于：磁性颗粒为Fe3O4粉，活性剂为油酸，将1重量份的Fe3O4粉、1重量份的油酸和20重量份的环氧树脂混合并搅拌均匀，形成磁性环氧树脂灌浆料。
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