预应力管道压浆密实度检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种预应力管道压浆密实度检测装置，属于工程结构检测技术领域。

背景技术：

预应力混凝土工程的施工方法主要分为先张法和后张法两种，先张法适用于跨径较小的工程；后张法的适用范围更为广泛，包括大跨径连续梁桥、连续刚构和预应力混凝土斜拉桥等。后张法预应力混凝土结构在施工时，在所要施加预应力的位置预埋预应力管道，混凝土浇筑结束并达到设计强度后，将预应力钢绞线穿过预应力管道并进行张拉（也可先穿入钢绞线，后浇筑混凝土），最后向预应力管道内注满水泥浆保护钢绞线，保证预应力钢绞线处于不易腐蚀的环境，并使钢绞线与混凝土粘结成整体。在实际注浆过程中，由于浆体配比不合理、排气孔和泌浆孔的位置设置不当等，常会导致压浆存在不密实的现象。

在过去几十年，因为压浆不密实，导致预应力筋遭受腐蚀，进而造成整个混凝土结构坍塌的事故不在少数。英国南威尔士的Ynys-y-Gwas桥于1985年12月4日在毫无征兆的情况下突然坍塌，调查发现事故的主要原因是该桥预应力筋在混凝土节段连接部位严重腐蚀。除此之外，还有比利时的Melle Bridge桥、英国汉普郡的Bickton Meadows人行桥和美国的Lowe’s Motor Speedway人行桥均因压浆不密实发生过严重事故。因此，对预应力管道的压浆密实度进行检测十分有必要。

现有的预应力管道压浆密实度检测方法主要有钻芯取样检测法、冲击回波法、超声波透射法和探地雷达法等等。但是预应力管道深埋混凝土结构内部，而且预应力管道将管内水泥与外界阻隔，因此采用这些方法进行检测，会受到混凝土层厚度、预应力管道周围钢筋以及预应力管道自身材质的干扰，往往难以达到比较好的检测结果，并且大多需对被测结构进行逐点扫描，检测效率低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种预应力管道压浆密实度检测装置，将加热型分布式光纤传感器布设在预应力管道内部，实现控制管道内传感光纤的温度和温度数据的采集，以达到评估预应力管道压浆密实度的目的。

本实用新型采用的技术方案是：一种预应力管道压浆密实度检测装置，它包括光纤传感器、温度调节装置和检测数据采集仪器，它还包括预应力管道，所述光纤传感器采用将加热丝与传感光纤相结合制造而成的加热型分布式光纤传感器，将加热型分布式光纤传感器沿预应力管道沿程布设；所述预应力管道埋设于预应力混凝土结构的内部，预应力管道上部每间隔一段距离布置排气孔，排气孔顶端伸出混凝土外部，预应力管道内部布置适当数量的钢绞线，线卡每间隔一段距离粘结于钢绞线顶部，加热型分布式光纤传感器通过线卡与钢绞线固定在一起，并通过排气孔引出到混凝土外部，预应力管道内部其他位置填充水泥浆，引出到混凝土外部的加热型分布式光纤传感器中的传感光纤与数据采集仪器相连，加热丝与温度调节装置相连。

所述加热型分布式光纤传感器有两种类型，第一种类型直接在传感光纤外螺旋缠绕加热丝，制作成一种简易的加热型分布式光纤传感器，第二种类型将传感光纤置于细管内，然后在细管外螺旋缠绕加热丝，最外层包裹塑料护套，形成另一种加热型分布式光纤传感器；所述传感光纤包含单模和多模传感光纤，传感光纤的类型、尺寸、以及是否铠装需根据所要制作的加热型分布式光纤传感器的类型选择；所述加热丝包含碳纤维和合金的加热丝，加热丝的类型、尺寸、材质、有无绝缘护套需根据所要制作的加热型分布式光纤传感器的类型选择；所述细管为聚四氟乙烯管。

所述预应力管道包括塑料波纹管和金属波纹管。

所述检测数据采集仪器包括适用于单模和多模传感光纤的基于布里渊散射、拉曼散射和瑞利散射的各种分布式光纤数据采集仪器；所述温度调节装置包含调节加热丝发热效率的调压器。

本实用新型的有益效果是：这种预应力管道压浆密实度检测装置，包括加热型分布式光纤传感器的制作、布设以及数据采集和分析等三种具体措施；将传感光纤与加热丝相结合，制作成加热型分布式光纤传感器，达到控制传感光纤表面温度的目的；通过线卡将加热型分布式光纤传感器固定在钢绞线上，再将钢绞线穿入预应力管道中，实现加热型分布式光纤传感器在预应力管道内沿程布设；数据采集过程中，通过温度调节装置将加热丝通电进行加热，预应力管道内压浆缺陷位置处温度会与沿程其他位置处温度有明显差异，利用数据采集仪器读取管道沿程温度值并进行分析，即可以判断预应力管道压浆密实状况，识别压浆缺陷的位置和压浆缺陷的长度、横截面面积等参数。这种检测装置可以与现有的预应力混凝土施工工艺实现无缝对接，具有操作简单、成本低廉的优势。

附图说明

图1是检测装置纵剖面及仪器连接示意图。

图2是检测装置横剖面图。

图3是加热型分布式光纤传感与钢绞线连接装置示意图。

图4是第一种类型加热型分布式光纤传感器示意图。

图5是第二种类型加热型分布式光纤传感器示意图。

图6是加热型分布式光纤传感器沿程温度数据示意图。

图中：1、传感光纤，2、加热丝，3、加热型分布式光纤传感器，4、预应力管道，5、温度调节装置，6、数据采集仪器，7、排气孔，8、混凝土，9、钢绞线，10、线卡，11、水泥浆，12、细管，13、塑料护套。

具体实施方式

图1至图5出示了一种预应力管道压浆密实度检测装置示意图。图中，这种基于分布式光纤传感器的预应力管道压浆密实度检测装置包括将加热丝2与传感光纤1相结合制造而成的加热型分布式光纤传感器3、将加热型分布式光纤传感器3沿预应力管道4沿程布设的固定装置5、加热型分布式光纤传感器温度调节装置5和检测数据采集仪器6。其特征在于，预应力管道4埋设于预应力混凝土结构的内部，预应力管道4上部每间隔一段距离布置排气孔7，排气孔7顶端伸出混凝土8外部，预应力管道4内部布置一定数量的钢绞线9，线卡10每间隔一段距离粘结于钢绞线9顶部，加热型分布式光纤传感器3通过线卡10与钢绞线9固定在一起，并通过排气孔7引出到混凝土8外部，预应力管道4内部其他位置填充水泥浆，引出到混凝土8外部的加热型分布式光纤传感器3中的传感光纤1与数据采集仪器6相连，加热丝2与温度调节装置5相连。所述加热型分布式光纤传感器3有两种类型，第一种类型直接在传感光纤1外螺旋缠绕加热丝2，制作成简易的加热型分布式光纤传感器，制作方法简单，适用于人工生产，短距离的结构检测，第二种类型的制作方法是首先将传感光纤1置于细管12内，然后在细管12外螺旋缠绕加热丝2，最外层包裹塑料护套13，形成加热型分布式光纤传感器3，制作方法比较系统，有利于批量生产，适用于实际工程长距离结构检测，其中细管12用来达到保护传感光纤1的目的，加热丝2具有对传感光纤1铠装增强保护和加热的作用，塑料护套13起保护和绝缘的作用，所述传感光纤1包括各种类型的单模和多模传感光纤，传感光纤1的类型、尺寸（直径大小、是否铠装）需根据所要制作的加热型分布式光纤传感器3的类型选择，所述加热丝2包括碳纤维和合金等各种类型的加热丝，加热丝2的类型、尺寸（材质、直径、有无绝缘护套）需根据所要制作的加热型分布式光纤传感器3的类型选择，所述细管12可为聚四氟乙烯管和其他材质的细管；所述预应力管道4包括塑料波纹管和金属波纹管；所述检测数据采集仪器6包括适用于单模和多模传感光纤1的基于布里渊散射（BOTDA、BOTDR）、拉曼散射（ROTDR）和瑞利散射（OTDR）等的各种分布式光纤数据采集仪器，采集数据时与传感光纤1连接；所述加热型分布式光纤传感器温度调节装置5，包括各种可以调节加热丝2发热效率的调压器或其它装置，与加热丝2连接使用，通过调整档位，可以设定加热型分布式光纤传感器3表面可达到的最高温度。

这种预应力管道压浆密实度检测方法采用下列步骤：

第一步、加热型分布式光纤传感器3的制作，首先将传感光纤1置于细管12中，然后在细管12外螺旋缠绕加热丝2，最外层包裹塑料护套13，其中细管12用来达到保护传感光纤1的目的，加热丝2同时具有对传感光纤1铠装增强保护和加热的作用，塑料护套13起保护和绝缘的作用；

第二步、模具、箍筋安装，固定预应力管道4，安装预应力管道4顶部的排气孔7；

第三步、加热型分布式光纤传感器3的固定，采用强力胶将线卡10按照一定间隔粘结于钢绞线9顶部，将加热型分布式光纤传感器3通过线卡10与钢绞线9固定在一起，但要保证加热型分布式光纤传感器3可以在线卡10中滑动，以便于后续张拉钢绞线9时不会损坏加热型分布式光纤传感器3；

第四步、加热型分布式光纤传感器3的布设，将固定有加热型分布式光纤传感器3的钢绞线9穿入预应力管道4中，同时将加热型分布式光纤传感器3从排气孔7中引出；

第五步、浇筑预应力管道4外部的混凝土8；

第六步、养护至混凝土8强度达到80%以上，张拉钢绞线9，封锚保护；

第七步、预应力管道4内压入水泥浆11；

第八步、管内水泥浆11养护至终凝后，将加热丝2与温度调节装置5连接，调整温度调节装置5至合适的档位，将加热型分布式光纤传感器3与数据采集仪器6连接，准备进行密实度检测；

第九步、温度调节装置5通电对加热型分布式光纤传感器3进行加热，一段时间后，断电使加热型分布式光纤传感器3自然降温，使用数据采集仪器6测量该段时间内加热型分布式光纤传感器3的温度数据；

第十步、分析升温、降温过程中加热型分布式光纤传感器3沿程的温度数据，判断温度数据明显异常14位置即为压浆缺陷的位置，另外通过缺陷位置升温达到的最高温度、达到最高温度所需时间、和升温、降温速率，可定性识别压浆缺陷的长度、横截面面积等参数。

所述的加热型分布式光纤传感器3是温度传感器。

所述的加热型分布式光纤传感器采用将加热丝2螺旋缠绕的方式，同时具有对传感光纤1铠装增强保护和提高加热效率的作用，缩小加热型分布式光纤传感器3的外径，另外，选用合适材质的加热丝（如铜镍合金加热丝）3，可以实现对长距离传感光纤1的高效加热。

本实用新型所提出的预应力管道压浆密实度检测装置，通过自主设计加热型分布式光纤传感器并将其布设于预应力管道内部，采集分析加热后传感光纤沿程温度数据，可以准确识别预应力管道压浆密实状况，解决了传统检测方法检测速度慢、结果精度低的问题，为预应力混凝土结构施工提供了有效保障。