水利工程混凝土施工裂缝检测与整治技术_裴晓玲.pdf

利用红外热成像法采集混凝土施工裂缝图像，对红外热图像实施去噪处理，提取图像颜色特征，以特征为输入，识别裂缝，确定裂缝位置、深度和长度，进行水利工程混凝土施工裂缝检测。针对内部深度裂缝和浅表裂缝，实施灌浆整治和微生物整治。测定整治后裂缝的长度、深度以及对应的缩减率，混凝土试件强度以及强度恢复率，判断整治技术应用效果。结果表明，裂缝经过整治后，裂缝的深度和长度都有了明显的减小；混凝土构件强度整治后较整治前有了很大的提升。关键词：水利工程；混凝土裂缝；红外热成像检测方法；灌浆整治技术；微生物整治技术中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：裴晓玲（），女，甘肃庄浪人，助理工程师，研究方向为水利工程。：。概况以甘肃省平凉市庄浪县某水利工程混凝土构件为对象，对其进行裂缝检测，判断该段大坝是否存在病害以及存在病害的情况。该混凝土构件的基本参数如表所示。表混凝土构件基本参数名称参数构件尺寸（）设计强度 内置钢筋的直径 水泥 粗骨料碎石细骨料河砂粉煤灰级灰混凝土施工裂缝检测研究混凝土构件裂缝很难避免，因此只要发展不超过设定的标准，就可以认为该构件是安全的。为及时掌握水利工程混凝土施工病害情况，进行裂缝检测具有重要的现实意义。引起混凝土施工裂缝的原因有很多，基岩约束和基岩不平整、基础不均匀沉降、混凝土干缩、外界环境压力、结构构造不均等。这些原因导致施工裂缝有的表现在构件的表面，有的则表现在构件内部。当下虽然提出了很多的检测方法，但是大多数都对表面裂缝的检测有良好的表现，而内部裂缝很难准确检测出来。针对这一点，本研究中利用红外热成像法来进行检测。检测原理如下：外部热源在对混凝土构件进行热辐射后，构件表面的温度会逐渐升高并逐渐向着内部传递，当混凝土内部存在裂缝时，这种热传递会受到阻碍，混凝土内部的温度分布不均匀，最终这种不均匀会引发混凝土表面问题也相应地改变。这时采集混凝土构件表面温度组成红外热图像。在红外热图像上，温度越高的地方，颜色越亮。最后将红外热图像传输到计算机中，借助软件处理功能，就可实现裂缝及其位置判断，再借助标尺工作，对其长度、深度、宽度等数据进行定量分析，完成水利工程混凝土施工裂缝检测。水利工程混凝土施工裂缝检测分为以下几个环节，具体如下：（）红外热图像采集。红外热图像法实现所需要的软硬件组成如下：红外热像仪、通信设备、转换器、信号处理软件等。首先在一个光照较强的天气下，待检测的混凝土构件经过几个小时热辐射之后，利用红外热像仪采集构件表面温度数据，形 成 红 外 图 像。图 像 采 集 框 架 结 构 如 图所示。图红外热成像过程（）图像去噪处理。针对混凝土构件红外热图像，对其实施滤波处理。（）图像特征提取。温度的不同会造成图像中红外颜色的不同，因此提取红外图像颜色特征。首先进行颜色空间转换，将其从 转换到 空间，然后统计其直方图，利用直方图表示颜色的分布以及每种颜色特征出现的概率。如式（）：，（）式中：为图像中颜色特征为的像素出现的概率，；为图像中颜色特征为的像素的个数，个；为像素总数，；为颜色特征可取值的个数，个。统计结果如图所示。（）裂缝检测实现。利用 算法，以颜色特征为输入，对图像裂缝进行二分类，判断图像中的裂缝是否存在，确定混凝土构件内部存在裂缝的条数，然后根据裂缝对应的温度分布情况，借助 软件，沿着构件的长宽高建立三维空间，绘制裂缝三维位置图。结果如图所示。基于上述图，计算每条裂缝的长度和深度。其中深度计算，如式（）：（）（）式中：为缺陷深度，；为表面发射率，；为热传导系数，（）；为时间，；图图像颜色特征示意图图裂缝三维位置示意图为无裂缝构件表面温度标准，；（）为时刻存在裂缝构件表面温度场，。长度则通过裂缝最高点和最低点之间的垂直长度来测量。混凝土构件施工裂缝深度和长度检测结果如表所示。表混凝土构件施工裂缝深度和长度检测结果裂缝裂缝深度 裂缝长度 第期裴晓玲水利工程混凝土施工裂缝检测与整治技术水利工程混凝土施工裂缝整治技术针对上述水利工程混凝土施工裂缝检测结果，本章节进行整治技术研究，以修复裂缝。在这里根据试件位置的不同，采取两种不同的方法进行裂缝整治，其中浅表裂缝采用微生物法进行整治，内部深度裂缝采用灌浆法进行整治。之所以采用两种不同的整治方法是因为灌浆法需要打孔，实施过程中会对试件造成一定的破坏，而微生物法则不会对试件本身造成较大的损伤，但是受到微生物生长条件的限制，并不适用于混凝土构件内部裂缝的整治。由此可知，为了降低对构件的损害，需要根据试件位置分别进行处理。下面针对这两种整治措施进行具体分析。灌浆整治方法针对混凝土构件内部裂缝，灌浆整治方法实施步骤如下：步骤：制备灌浆需要的环氧灌浆材料，该材料组成成分以及性能如表所示。表环氧灌浆材料组成以及性能类别项目参数环氧主剂 环氧树脂 稀释剂硝基酸稀释剂 组成成分醋酸丁酯稀释剂 有机胺固化剂 固化剂有机酸酐固化剂 咪唑类固化剂 促进剂 浆液密度 黏接强度 性能拉伸剪切强度 抗压强度 抗渗压力 渗透压力比 可操作时间 步骤：混凝土构件打孔处理。根据检测出来的裂缝位置，在裂缝前后两端垂直进行打孔，使得孔洞与内部裂缝连通。步骤：便 携 式 针 筒 灌 浆 器 抽 取 环 氧 灌 浆材料。步骤：灌浆器口连接橡胶管。步骤：将橡胶管插入孔洞中并进行注浆，直至环氧灌浆材料填满整个内部裂缝。步骤：利用磷酸镁水泥封住孔洞并养护至环氧灌浆材料完全固化，完成裂缝整治。微生物整治方法针对混凝土构件浅表裂缝，微生物整治方法实施步骤如下：步骤：选择能够产生碳酸钙物质的菌种。在本研究中菌种为巴氏芽孢杆菌。步骤：细菌实验室培养菌株。培养方案如图所示。图菌株培养流程步骤：对存在裂缝的混凝土构件裂缝进行清洗并晾干，使得裂缝及表面不存在污染物。步骤：在裂缝中进行介质填充，以保证微生物的附着量。填充物选择石英砂。步骤：对裂缝的出水侧进行封闭处理，防止菌液流失。步骤：安装细菌滴灌装置。步骤：配置无机盐溶液，并倒入其中一个滴灌瓶中。步骤：配置胶凝液，胶凝液由尿素和氯化钙溶液组成，配比为。水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷步骤：试验前 加入菌液中并与之充分混合。步骤：将菌液混合液倒入另一个滴灌瓶中。步骤：按照 左右速度对裂缝进行滴灌，直至修复液沉淀完全封堵裂缝。步骤：滴灌完成后，让裂缝处于开放状态，让裂缝中的微生物能够接触到和，以保证微生物的有效钙化。通过 上 述 两 种 不 同 的 方 法，完 成 整 治 部 分研究。整治效果测定与分析为确定所使用的整治方法效果，需要进行以下几个项目的测定，裂缝宽度、裂缝深度以及对应的缩减率；混凝土试件强度以及强度恢复率，并将测定结果与表中整治前的检测数据进行对比。下面进行具体分析。裂缝尺寸测定结果裂缝尺寸鉴定结果如表所示。表裂缝尺寸测定结果裂缝裂缝深度 缩减率裂缝长度缩减率 从表中可以看出，裂缝经过两种整治后，裂缝的深度和长度对比表中的数据均有了明显的减小，缩减率均达到了 以上，由此说明，水利工程混凝土构件中的裂缝明显得到了填补，达到了整治的目的。混凝土试件强度以及强度恢复率测定结果上述测定的裂缝尺寸在一定程度能够判定裂缝的填补效果，但是填补上并不是最终目的，最终目的要通过修复裂缝达到提高试件整体性能。由此测定混凝土构件强度以及强度恢复率是十分必要的。测定结果如图所示。图混凝土试件强度以及强度恢复率测定结果从图中可以看出，混凝土构件整治后，其强度较整治前有了很大的提升，对应的强度恢复率也得到了提高，达到了 以上。由此说明混凝土裂缝整治技术达到了最终增强构件性能的目标。结语混凝土裂缝的存在会严重降低混凝土构件的强度性能，影响其安全性。在此背景下，进行了水利工程混凝土施工裂缝检测与整治技术研究。研究中结合红外热成像法，确定了裂缝位置、深度和长度，最后针对不同类型裂缝，提出了不同的整治技术。经过测试，证明了整治方法有效，构件性能得到了极大的恢复，达到了研究目标。参考文献：石明生，夏洋洋，李逢源，等深水大坝混凝土裂缝高聚物注浆修复试验研究人民黄河，（）：梁栋，张伟，于洋基于 的混凝土桥裂缝识别方法北京交通大学学报，（）：熊飞，苏波，王岗基于压电波动法的混凝土梁裂缝深度与位置监测江苏大学学报（自然科学版），（）：第期裴晓玲水利工程混凝土施工裂缝检测与整治技术