一种自修复混凝土工程裂缝的监测及修复表征方法

1.本发明涉及一种自修复混凝土工程裂缝的监测及修复表征方法，属于混凝土裂缝监测领域。


背景技术：

2.土木工程建筑领域，混凝土是应用最为广泛的材料，然而由于混凝土材料自身脆性大、抗拉强度低和收缩变形大等缺点，在其长期服役过程中，不可避免的会在表面产生不同类型的微裂缝，严重降低结构的承载能力，并影响混凝土材料的功能性与美观性。因此，及时高效的修复混凝土裂缝，不但可以提高混凝土结构的使用寿命，而且可以节约维修成本，减少经济损失。
3.而自修复混凝土是一种新型的具备自修复功能的混凝土，当裂缝产生时，能准确及时的修复裂缝。目前，自修复混凝土在实验室中取得了很好的裂缝修复效果，但在具体的工程建设中却少有应用，而对于工程应用现场自修复混凝土裂缝的监测及其修复表征方法的研究却少之又少。
4.基于此，申请人针对自修复混凝土的工程裂缝进行监测及修复表征，形成了本发明技术。


技术实现要素：

5.发明目的：针对目前工程现场缺乏监测裂缝的产生及裂缝的修复过程的方法的问题，本发明提供一种自修复混凝土工程裂缝的监测及修复表征方法。
6.技术方案：本发明所述的一种自修复混凝土工程裂缝的监测及修复表征方法，包括如下步骤：
7.(1)工程现场浇筑自修复混凝土的过程中，在自修复混凝土内部埋置传感器，获取不同浇筑时间下自修复混凝土内部的温度和微应力数据，据此判断裂缝的产生位置；
8.(2)裂缝产生后，采用超声波法对不同修复时间下的混凝土裂缝进行测试，以超声波波速变化表征裂缝的自修复情况。
9.上述步骤(1)中，采用传感器监测系统监测混凝土内部的温度及微应力变化，传感器监测系统可包括埋置在自修复混凝土内部的传感器以及与传感器电性连接的数据收集箱。
10.作为优选的，传感器为有线或无线的可测试温度和应力变化的振弦式应变传感器。
11.其中，较优的，传感器在自修复混凝土内部应呈矩形状分布，竖直方向上相邻两个传感器的间距为0.5
‑
3.0m，水平方向上相邻两个传感器的间距为3.0～5.0m。进一步的，新旧混凝土交接处传感器的埋置数量为其他区域的两倍以上；新旧混凝土交接处水平方向和竖直方向上传感器之间的间距可较其他区域缩小0.5m。
12.步骤(1)中，判断裂缝的产生位置的具体方法为：根据自修复混凝土内部各处埋置
的传感器监测的温度和微应力数据，分析自修复混凝土内部各处的温度和微应变变化，当某处传感器监测的温度或微应力变化较其他位置剧烈时，说明该处附近可能产生了裂缝；此时应去工程现场对应区域查看，确认裂缝是否实际形成以及形成裂缝的准确位置。
13.上述步骤(2)中，采用超声波测试仪测试混凝土裂缝修复前及修复过程中的超声波波速变化，超声波测试仪可包括平面环能器，以及与平面环能器电性连接、用于接收、显示测试数据的显示器；该平面环能器包括至少一组发射换能器和接收换能器，测试时，发射环能器和接收换能器分置于裂缝两侧。
14.优选的，裂缝两侧的发射换能器与接收换能器的间距为30
‑
60mm。
15.测试前，可在发射换能器与接收换能器表面涂覆密封剂，使两换能器与裂缝两侧的混凝土表面密封接触，无空气进入；密封剂可选自凡士林、石蜡或黄油。
16.较优的，超声法测试时，选取的超声波的频率范围为20
‑
50khz。进一步的，测试超声波波速时，取显示器示数稳定后的读数为测试值，测试3
‑
6次后，取平均值作为最终的测试结果。
17.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：本发明首次提出了可用于工程现场的裂缝监测及修复表征方法，该方法采用振弦式应变传感器监测自修复混凝土中的裂缝，将振弦式应变传感器均匀埋置于自修复混凝土中，通过数据收集箱定时采集混凝土内部的温度和应变数据，并对其进行分析，从而能够快速准确地检测出裂缝的产生位置；同时，进一步利用超声法对裂缝修复情况进行测试，裂缝修复后，裂缝位置被固体物质填补，声波波速在固体的传播速度大于气体中的速度，因此在超声波波速会有所提高，从而可以方便准确地表征混凝土裂缝的修复情况；此外，本发明的方法依托的测试工具简单，便于在工程现场应用，具有操作方便，准确度高等优点。
附图说明
18.图1为振弦式应变传感器在自修复混凝土中的分布情况；
19.图2为测试自修复混凝土裂缝修复情况时超声波测试仪的设置方式；
20.图3为自修复混凝土工程裂缝修复前与修复28d后测试的超声波波速；
21.图4为自修复混凝土内部28d的温度变化(a)及微应变变化(b)。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
23.本发明的一种自修复混凝土工程裂缝的监测及修复表征方法，包括如下步骤：
24.(1)工程现场浇筑自修复混凝土的过程中，在自修复混凝土内部埋置传感器，获取不同浇筑时间下自修复混凝土内部的温度和微应力数据，据此判断裂缝的产生位置；
25.本步骤中，采用传感器监测系统监测混凝土内部的温度及微应力变化，传感器监测系统包括至少一组传感器、埋置在自修复混凝土内部，以及数据收集箱、与传感器电性连接、获取传感器监测的温度及微应力数据，还包括稳压交流电源。
26.传感器可为能够测试温度和应力变化的振弦式应变传感器，有线或无线皆可。如图1，传感器1在自修复混凝土内部的布设方式为：在自修复混凝土内部呈矩形状分布，竖直方向上相邻两个传感器的间距为1.0
‑
3.0m，水平方向上相邻两个传感器的间距为3.0～
5.0m。在新旧混凝土交接处，可以多埋置几组传感器，以保证测试精度；具体而言，新旧混凝土交接处传感器的埋置数量为其他区域的两倍以上，新旧混凝土交接处水平方向和竖直方向上传感器之间的间距可较其他区域缩小0.5m；比如，当自修复混凝土内部普通区域竖直方向上相邻两传感器间距设置为1.5m时，新旧混凝土交接处竖直方向上相邻两传感器间距可设置为1m。
27.应详细分析各处埋置的传感器的温度和微应变变化，当某处传感器的温度或微应力变化较其他组剧烈时，说明该处附近可能产生了裂缝，即初步判断出了可能产生裂缝的位置区域；此时去工程现场进行查看，确认裂缝是否实际形成以及形成裂缝的准确位置。
28.(2)裂缝产生后，采用超声波法对不同修复时间下的混凝土裂缝进行测试，以超声波波速变化表征裂缝的自修复情况。
29.超声波法主要是利用声波的衍射现象，当裂缝被修复产物填充后，裂缝两侧会产生桥连作用，接收换能器接收的衍射波路径将会发生变化，所测试的超声波波速也会产生变化，裂缝的修复效果越好，所测试的超声波波速也会越大。
30.本步骤中，采用超声波测试仪测试混凝土裂缝修复前及修复过程中的超声波波速变化。超声波测试仪可包括平面环能器、显示器和电源。
31.其中，平面环能器包括至少一组发射换能器2和接收换能器3，用于测试穿过裂缝的超声波波速，测试时，如图2，发射环能器2和接收换能器3应分置于裂缝两侧，两者的间距可为30
‑
60mm。测试前，应在发射换能器与接收换能器表面涂覆密封剂，然后置于裂缝两侧进行测试，这样可保证平面换能器与裂缝两侧的混凝土表面应密封接触，无空气进入，从而可降低测试误差。密封剂可选自凡士林、石蜡、黄油等。
32.显示器与平面环能器电性连接，用于接收、显示测试数据。测试时，选取的超声波的频率范围为20
‑
50khz。测试过程中，取显示器示数稳定后的读数为测试值，测试3
‑
6次后，取平均值作为最终的测试结果。
33.实施例
34.采用本发明的发明对某一工程现场的自修复混凝土工程裂缝进行检测和修复表征，具体过程如下：
35.首先，在自修复混凝土的浇筑过程中埋置传感器1，传感器1采用振弦式应变传感器，其埋置方式及传感器间距如图1，可以看到，该工程现场共设置了5个测点，12组振弦式应变传感器，且振弦式应变传感器在自修复混凝土内部呈矩形分布；其中，1号测点靠近新旧混凝土交接处，因此，较其他测点处多设置两组传感器。另外，在大气中设置一组空白组传感器进行对比测试。
36.在用振弦式应变传感器对自修复混凝土内部温度和微应变进行测试时，数据收集箱每隔6h收集并记录一次，总监测时间为28d。在进行数据统计分析时，对于变化剧烈的温度和微应变数据，应当特别注意，并去工程应用现场仔细观察埋置不同位置传感器附近的自修复混凝土墙面是否有裂缝出现，并以此作为依据来判断裂缝的产生。图4是新旧墙交接处1号测点不同位置传感器测试的自修复混凝土28d内混凝土内部的温度及微应变的变化，并在8d时发现了裂缝的产生，也就是在温度和微应变趋于平稳时出现了裂缝。进一步分析图4(a)，高度为1m处的传感器测得的温度数据自192h开始数据出现明显变化，且相同时段内变化程度较1号测点其他位置数据变化更剧烈，经工程实地勘察，高度为1m处的传感器位
置附近确实出现了裂缝，这也证明了本发明的裂缝位置监测方法的有效性。
37.裂缝产生后，采用超声波测试仪测试混凝土裂缝的修复情况。图2为超声波测试仪中平面换能器的设置方式，发射换能器2和接收换能器3分别设置在裂缝两侧，两者之间的兼具为50mm；选取超声波的频率为50khz，测试裂缝修复前及修复过程中的超声波波速。如图3，为该处裂缝修复前与修复28d后测试的超声波波速，可以看到，修复28d后，超声波波速明显提高；这是因为，由于混凝土的自修复，28d后裂缝的表面会有白色物质生成，而声波波速在固体的传播速度大于气体中的速度，因此在裂缝修复后，超声波波速会有所提高，从而可以以超声波波速的变化来反映裂缝的修复情况。