一种基于电磁波法的灌浆套筒饱满度检测方法与流程

本发明涉及装配式建筑技术以及电磁波技术领域，尤其是涉及一种基于电磁波法的灌浆套筒饱满度检测方法。

背景技术：

预制装配式建筑是指建筑的部分或全部构件及部品在预制厂生产完成，在运输到施工现场，采用可靠的连接方式和安装机械将构件组装起来，形成具备设计使用功能的建筑物。与现浇结构施工相比，预制装配式结构具有施工方便、工程进度快、周围环境影响小、建筑构件质量容易得到保证等优点。装配式结构在我国的工业建筑中应用较多，近十年来在民用建筑特别是住宅建筑中大力推广应用。

灌浆套筒连接时目前预制装配式混凝土结构中钢筋主要连接方式之一，该技术通过专用灌浆套筒和高强度无收缩浆料实现钢筋连接，具有施工快捷、受力简单、附加应力小、使用范围广、易吸收施工误差等优点。因该连接方式在构件同一个界面的接头数量是100％，且一般出与构件重要受力部位，故连接质量至关重要，如果灌浆套筒内部灌浆不饱满，钢筋连接将达不到设计的预期性能，则可能带来严重的结构安全隐患。

在施工过程中，灌浆套筒内部漏浆、少灌、堵塞的情况时有发生，灌浆套筒连接质量不符合要求的工程问题也有所报道，工程验收时对灌浆饱满度的问题尤为关注。灌浆套筒主要采用钢制材料，钢筋插入灌浆套筒后向套筒内灌浆，故检测灌浆套筒内部灌浆缺陷时检测技术领域的研究难点。

目前，国内很多高校及研究所都在对灌浆套筒饱满度检测进行相关研究，但大多停留在研究阶段，检测方法和手段还无法大规模推广应用。现在国内灌浆套筒饱满度主要检测方法有钻芯取样法、超声波法、探地雷达法、冲击弹性波法、射线辐射法、红外热成像等方法。上述方法都有各自的缺点和不足。例如钻芯取样法操作复杂、准确度低、成本高，超声波法作业性差、效率低、难以实用，射线法检测结果不清晰，探地雷达法容易受电磁干扰等。灌浆套筒饱满度质量好坏直接影响着建筑的耐久性和安全性，因此，加强研究开发关于灌浆套筒饱满度的检测技术具有极其重要而深远的意义。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电磁波法的灌浆套筒饱满度检测方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于电磁波法的灌浆套筒饱满度检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：将带肋钢筋插入套筒内，并同时向所述套筒内注入灌浆原材料以使得所述套筒与所述带肋钢筋固定连接；

步骤2：等待所述灌浆原材料凝结硬化；

步骤3：将此时的所述套筒视作为波导模型，采用频域s参数检测方法或时域检测方法对其进行饱满度检测，得到检测结果。

进一步地，当所述的步骤3中采用频域s参数检测方法时，包括以下分步骤：

步骤01：将此时的所述套筒视作为波导模型，所述套筒上的注浆口和出浆口视作为二个端口，在其中一个端口输入检测信号，在另外一个端口接收信号；

步骤02：基于步骤2进一步利用网络分析仪对多个已知的不同灌浆饱满度的所述套筒进行测试，得到测试结果，并依据测试结果建立不同饱满度下的相关s参数模型；

步骤03：基于步骤2再次利用所述网络分析仪对实际待测钢筋套筒进行检测，得到对应的s参数模型；

步骤04：将所述实际待测钢筋套筒对应的s参数模型与已建立的不同饱满度下的相关s参数模型进行对比，得到与所述实际待测钢筋套筒对应的s参数模型最匹配的已建立s参数模型及其对应的作为最终检测结果的饱满度。

进一步地，利用所述网络分析仪进行的频域s参数的检测时使用点频或宽频进行。

进一步地，当所述的步骤3中采用时域检测方法时，包括以下分步骤：

步骤001：将此时的所述套筒视作为波导模型，所述套筒上的注浆口和出浆口视作为二个端口，按照不同情况对二个端口进行对应的发射与接收电磁波操作；

步骤002：将接收得到的电磁波的波形与发射的电磁波的波形进行比对，根据幅度、相位或延时的差异判断作为最终检测结果的钢筋套筒内部的饱满度情况。

进一步地，当所述的步骤001中的不同情况为收发信号的位置关系为单发单收时，发射电磁波的装置与接收电磁波的装置分别对应设置于两个端口位置处。

进一步地，当所述的步骤001中的不同情况为收发信号的位置关系为收发同置时，发射电磁波的装置与接收电磁波的装置均设置于两个端口中的任一端口位置处。

进一步地，当所述的步骤001中的不同情况为收发信号的位置关系为收发同置时，两个端口中的另一端口位置处还设置有用于形成开路或短路状态的装置。

进一步地，该检测方法还适用于钢筋套筒中浆料的干湿度以及是否存在堵塞的检测。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明方法提供了一种灌浆套筒饱满度的检测方法，该种检测技术弥补了现有灌浆套筒饱满度检测技术的空白，提高了灌浆套筒质量和钢筋连接的可靠性，从而保证装配式结构的抗震性能，提升装配式结构技术水平，推动建筑产业现代化事业的发展。

(2)本发明方法中所采用的频域s参数检测方法，通过分别改变钢筋套筒的饱满度和发射频率，对不同饱满度的钢筋套筒在不同发射频率下进行s参数仿真分析，建立相对应的参数模型，在实际检测过程中，可通过对比实际测量结果与仿真参数模型，找出与之最相关的参数模型，得出钢筋套筒内部饱满度结果，能够方便、快速、准确地检测出装配式混凝土中钢筋套筒地灌浆饱满度，以判断施工过程中灌浆料是否被灌满或凝固后灌浆饱满度是否合格。

(2)本发明方法中所采用的时域检测方法，由于电磁波传输速度过快，可在实际检测过程中人为设置开关或阻碍，对电磁波的传输进行延时，以方便进行检测。

附图说明

图1为本发明方法中罐浆套筒的结构示意图；

图2为本发明方法中采用时域检测时单发单收的检测操作示意图；

图3为本发明方法中采用时域检测时收发同置的检测操作示意图；

图4为本发明实施例中不同注浆材料介电常数情况下的s参数变化示意图，其中，图4(a)为不同注浆材料介电常数情况下的参数s11的变化示意图，图4(b)为不同注浆材料介电常数情况下的参数s12的变化示意图，图4(c)为不同注浆材料介电常数情况下的参数s21的变化示意图，图4(d)为不同注浆材料介电常数情况下的参数s22的变化示意图；

图5为本发明实施例中不同饱满度情况下的s参数变化示意图，其中，图5(a)为不同饱满度情况下的参数s11的变化示意图，图5(b)为不同饱满度情况下的参数s12的变化示意图，图5(c)为不同饱满度情况下的参数s21的变化示意图，图5(d)为不同饱满度情况下的参数s22的变化示意图；

图中，1为带肋钢筋，2为套筒，3为出浆口，4为高强浆料，5为注浆口。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

一、本发明的技术方案如下：

将灌浆套筒看作一种波导模型，填充的不同浆料可看作介电常数不同的介质。可分别在时域和频域对其饱满度进行检测。

下面分别介绍频域和时域检测方法步骤：

1、频域s参数检测方法，如图1所示

通过分别改变钢筋套筒的饱满度和发射频率，对不同饱满度的钢筋套筒在不同发射频率下进行s参数仿真分析，建立相对应的参数模型，在实际检测过程中，可通过对比实际测量结果与仿真参数模型，找出与之最相关的参数模型，得出钢筋套筒内部饱满度结果。

将钢筋套筒看作一个二端口网络。其中注浆口和出浆口视为网络的两个端口，套筒其余部分则看作为波导模型。检测时，在一个端口处输入检测信号，在另外一个端口接收信号，然后计算出相关的s参数模型。显然，影响s参数的因素主要有灌浆浆料的介电常数以及浆料填充的饱满程度，因此在实际检测时，确定所用浆料的介电常数后，可以先对灌浆合格的套筒(即饱满度达100％)进行s参数的检测，得出s11、s12、s21、s22，(如图4中图4(a)～图4(d)以及如图5中图5(a)～图5(d)所示)，然后以此为标准，对待测套筒进行检测，对比其s参数的结果，即可检测出套筒内部浆料的饱满程度。

频域s参数的检测，可用单一s参数，即s11,s12,s21,s22中任意一个进行结果检测，也可将s参数统一起来进行对比分析，以此来进行钢筋套筒内部的饱满度检测。此外，频域s参数的检测，可使用点频，也可使用宽频进行检测。

2、时域

时域检测方法，根据发射的电磁波在传输媒介中产生的延时，即收发信号的时间差进行检测。

在时域，由于灌浆套筒中浆料的饱满度不一、灌浆料的不同，其等效的介电常数就不一样，因此电磁波在钢筋套筒中传输就会有损失、延时等情况。据此，可根据接收到的电磁波信号的幅度相位或者收发延时的不同对钢筋套筒内部饱满度进行检测。

时域检测方法，根据发射的电磁波在传输媒介中能量的损耗进行检测，具体体现在收发信号的波形、幅度以及相位的不同上。

(1)单发单收，即发射电磁波的装置和接收电磁波的装置在不同位置，如图2所示

将钢筋套筒看作一个二端口网络。其中注浆口和出浆口视为网络的两个端口，在其中一个端口处发射一个电磁波信号，另外一个端口接收电磁波信号。根据得到的电磁波信号，分析其幅度、相位以及延时，得出钢筋套筒内部的饱满度结果。

(2)收发同置，即发射电磁波的装置和接收电磁波的装置在相同位置，如图3所示

将收发装置放在同一个端口，另一个端口可以对其进行开路或短路操作。同样，根据得到的电磁波信号，分析其幅度、相位以及延时，得出钢筋套筒内部的饱满度结果。

本发明的方法不仅仅局限于检测灌浆套筒的饱满度，还可以用来检测钢筋套筒中浆料的干湿度，是否有堵塞等其他一切适用于本电磁波检测法的情况。

二、具体实际实施例

本发明方法具体实施步骤如下：

1、频域s参数检测方法

(1)把带肋钢筋1插入到套筒2内，并且向内注入高强浆料4，即灌浆原材料，使材料能够把带肋钢筋1与套筒2之间产生的缝隙进行填充，让两者能够完全的进行吻合，从而实现两者之间的连接。

(2)等待浆料凝结硬化。

(3)将注浆口5和出浆口3视为二个端口，在其中一个端口输入检测信号，另外一个端口接收信号。

(4)利用专业的网络分析仪进行测试，首先对已知的不同灌浆饱满度的套筒进行检测，得出测试结果，并建立起不同饱满度情况下的相关s参数模型。

(5)接着同样利用网络分析仪，对待测钢筋套筒进行检测，得出其实际的s参数模型。

(6)对比步骤(4)和步骤(5)得到的s参数模型，在步骤(4)中已建立其的参数模型中找到与步骤(5)中结果最为匹配的s参数模型，就能得到待测钢筋套筒的饱满度。

2、时域检测方法

前两个步骤与频域相同。

(3)将注浆口5和出浆口3视为二个端口：

i、如果是单发单收情况，则一个端口发射电磁波，另一个端口接收电磁波。

ii、如果是收发同置情况，则发射接收都在同一个端口上。另一个端口开路或短路。

(4)根据接收到的电磁波的波形与发射电磁波的波形进行对比，得出其幅度、相位或延时的不同，由此判断出钢筋套筒内部的饱满度情况。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。