專利名稱：利用紅外熱像和彈性導(dǎo)電膜非接觸檢測混凝土裂縫寬度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對混凝土大壩、混凝土建筑物或混凝土構(gòu)件等產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行非接觸無損檢測的方法，尤其是采用紅外熱像和彈性導(dǎo)電膜非接觸檢測混凝土裂縫寬度進(jìn)行的方法。
背景技術(shù)：
在房屋、電站、核電站、礦山、機(jī)場、高速公路、大壩、橋梁等各方面的建設(shè)中，都要大量采用水泥，以水泥為基本原料，澆注成各種混凝土，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，作為基本的受力構(gòu)件。由于鋼筋混凝土在長期使用過程中，受到各種外力和內(nèi)部缺陷的長期作用，容易開裂，產(chǎn)生安全隱患。在對安全要求特別高的地方，如核電站、大壩、橋梁等場所，特別需要對鋼筋混凝土進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測、確保其不發(fā)生安全事故就顯得尤為重要。本專利申請人曾經(jīng)申請了名稱為“一種能連續(xù)監(jiān)測受力構(gòu)件變形、開裂的裝置”、專利號為ZL200420034322. X的實用新型專利，在受力構(gòu)件內(nèi)埋設(shè)有彈性導(dǎo)電體或在其表面上設(shè)置彈性導(dǎo)電體，彈性導(dǎo)電體的兩端都分別接入信號轉(zhuǎn)換裝置中；彈性導(dǎo)電體分別隨著受力構(gòu)件受力、變形、開裂、破壞等不同的情況，其內(nèi)部電阻值相應(yīng)變化，經(jīng)控制處理器分析、處理，可明確提示混凝土等受力構(gòu)件所處的階段，對開裂、破壞等狀態(tài)發(fā)出報警信號；可作全天候、連續(xù)自動監(jiān)測預(yù)警；在另一名稱為“彈性導(dǎo)電膜傳感器和紅外熱像技術(shù)對混凝土裂縫進(jìn)行監(jiān)測定位的方法”、申請?zhí)枮?00910104789. 4的發(fā)明專利申請文件中，公開了將彈性導(dǎo)電膜敷設(shè)在混凝土構(gòu)件上，在彈性導(dǎo)電膜兩端設(shè)置導(dǎo)線，形成彈性導(dǎo)電膜傳感器；再利用紅外熱成像裝置進(jìn)行掃描檢測，根據(jù)紅外熱成像裝置掃描檢測后得到的圖像，根據(jù)熱成像圖像確定裂縫的準(zhǔn)確位置并獲得裂縫走向的信息。上述裝置或方法，雖然能監(jiān)測混凝土等受力構(gòu)件是否變形、開裂，以及在變形、開裂后及時發(fā)出報警信號，也能顯示出變形、開裂點的相關(guān)位置，也能顯示出是一個點還是多個點發(fā)生了變形、開裂，但沒有公開如何測量上述裂縫的寬度、如何得到上述裂縫的寬度等信息，不能完全滿足測量、修補等后續(xù)工作的需要。目前裂縫寬度測量都是采用光學(xué)放大鏡在可見光范圍進(jìn)行測量的方法，盡管精度高、準(zhǔn)確，但是最大問題是不能實現(xiàn)遠(yuǎn)距離非接觸測量，檢測速度慢，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的監(jiān)測裝置或方法只能監(jiān)測混凝土等受力構(gòu)件是否變形、 開裂，不能顯示裂縫部位的寬度信息等不足，采用熱紅外成像方式，通過分析開裂部位溫度差的方法，測量裂縫寬度，是一種新穎的混凝土受力構(gòu)件裂縫寬度遠(yuǎn)距離、非接觸的快速檢測。
本發(fā)明的技術(shù)方案利用紅外熱像和彈性導(dǎo)電膜非接觸測量混凝土裂縫寬度的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將柔性導(dǎo)電涂料固化形成彈性導(dǎo)電膜，或由導(dǎo)電橡膠帶制成彈性導(dǎo)電膜，將彈性導(dǎo)電膜敷設(shè)在混凝土構(gòu)件上，在彈性導(dǎo)電膜兩端設(shè)置導(dǎo)線；
(2)在發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫后或者在例行檢查時，將彈性導(dǎo)電膜兩端的導(dǎo)線連接到電源上，進(jìn)行通電發(fā)熱；
(3)位于裂縫部位的彈性導(dǎo)電膜由于該處電阻率增大，產(chǎn)生熱量及溫度要高于其他部位，利用紅外熱成像裝置在一定距離外對混凝土構(gòu)件進(jìn)行掃描檢測；
(4)根據(jù)紅外熱成像裝置掃描檢測后得到的熱成像圖像，選取待測量的裂縫，在彈性導(dǎo)電膜上確定該裂縫所在的區(qū)域，根據(jù)該區(qū)域內(nèi)最高溫度與最低溫度的溫差，確定待測量裂縫的寬度。本發(fā)明的紅外熱像和彈性導(dǎo)電膜和測量混凝土裂縫寬度的方法，具有如下特點
1、將柔性導(dǎo)電涂料固化形成彈性導(dǎo)電膜傳感器，彈性導(dǎo)電膜傳感器電阻對變形很敏感，隨著混凝土產(chǎn)生裂縫，彈性導(dǎo)電膜傳感器在裂縫部位的電阻率增大；因此，通電后，在裂縫部位的發(fā)熱量比正常部位大，同時直接對裂縫內(nèi)空氣加熱，熱慣量小，升溫會明顯高于未開裂部位，其溫度高于其他部位，采用紅外熱成像裝置進(jìn)行掃描，能夠準(zhǔn)確顯示出裂縫部位。2、本發(fā)明采用彈性導(dǎo)電膜傳感器和紅外熱像技術(shù)，能夠準(zhǔn)確顯示出變形、開裂點的準(zhǔn)確位置，也能顯示出是一個點還是多個點發(fā)生了變形、開裂，并獲得裂縫走向、大小等信息，為下一步修補工作奠定基礎(chǔ)。3、在紅外熱成像裝置掃描檢測后得到熱成像圖像上，根據(jù)選取的裂縫所在區(qū)域的最高溫度與最低溫度的差值，確定裂縫的寬度等信息，為下一步修補工作提供具有決定性作用的參數(shù)。4、由于紅外熱成像裝置在一定距離外對混凝土構(gòu)件進(jìn)行掃描，相互之間不接觸， 受到的干擾更少，能提高測量精度、延長紅外熱成像裝置的使用壽命。
具體實施例方式本發(fā)明的彈性導(dǎo)電膜傳感器和紅外熱像測量混凝土裂縫寬度的方法，其特征在于包括如下步驟
1、將柔性導(dǎo)電涂料固化形成彈性導(dǎo)電膜，或由導(dǎo)電橡膠帶制成彈性導(dǎo)電膜，將彈性導(dǎo)電膜敷設(shè)在混凝土構(gòu)件上，在彈性導(dǎo)電膜兩端設(shè)置導(dǎo)線，形成彈性導(dǎo)電膜傳感器；最佳方式是涂敷在混凝土構(gòu)件表面上；
2、在發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫后或者在例行檢查時，將彈性導(dǎo)電膜兩端的導(dǎo)線連接到電源上，進(jìn)行通電發(fā)熱；
3、位于裂縫部位的彈性導(dǎo)電膜由于電阻率增大，產(chǎn)生熱量及溫度要高于其他部位，利用紅外熱成像裝置在一定距離外對混凝土構(gòu)件進(jìn)行掃描檢測；
4、根據(jù)紅外熱成像裝置掃描檢測后得到的熱成像圖像，選取待測量的裂縫，在彈性導(dǎo)電膜上確定該裂縫所在區(qū)域，根據(jù)該區(qū)域內(nèi)最高溫度與最低溫度的溫差，確定測量裂縫的寬度。
參見本專利申請人曾經(jīng)申請了名稱為“一種能連續(xù)監(jiān)測受力構(gòu)件變形、開裂的裝置”、專利號為ZL200420034322. X的實用新型專利；柔性導(dǎo)電涂料是一種填加性碳系雙組分改性聚酯導(dǎo)電涂料，以有機(jī)高分子聚合物作為粘合劑，由粉末狀導(dǎo)電材料、助劑等混制而成，具有優(yōu)異的柔軟性、耐熱老化性和導(dǎo)電性，實踐中，以彈性聚酯類有機(jī)高分子聚合物為最佳，粉末狀導(dǎo)電材料為碳粉或金屬粉。主要性能導(dǎo)電性好(表面電阻率0.8 1Ω .cm-1), 彈性高(在_40°C以下，斷裂延伸率70%)、電熱效率高(電熱轉(zhuǎn)化率>95%)、耐久性好(可在 80°C溫度下半永久使用)、防潮性好。參見本專利申請人曾經(jīng)申請了名稱為“彈性導(dǎo)電膜傳感器和紅外熱像技術(shù)對混凝土裂縫進(jìn)行監(jiān)測定位的方法”、申請?zhí)枮?00910104789. 4的發(fā)明專利，將上述柔性導(dǎo)電涂料固化形成彈性導(dǎo)電膜，將彈性導(dǎo)電膜敷設(shè)在混凝土構(gòu)件上，在彈性導(dǎo)電膜兩端設(shè)置導(dǎo)線，形成彈性導(dǎo)電膜傳感器；當(dāng)彈性導(dǎo)電膜與混凝土構(gòu)件在受到各種應(yīng)力作用時，彈性導(dǎo)電膜在受力部位被拉伸，引起彈性導(dǎo)電膜內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其表現(xiàn)形式之一就是其電阻率隨著增大；當(dāng)混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫后，彈性導(dǎo)電膜的電阻值顯著增大。當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件開裂后或者在例行檢查時，將彈性導(dǎo)電膜兩端的導(dǎo)線接到外接電源上(選擇合適的電壓)，進(jìn)行通電發(fā)熱。利用紅外熱成像系統(tǒng)(裝置)進(jìn)行裂縫位置的檢測；檢測原理如下彈性導(dǎo)電膜傳感器在裂縫部位被拉伸，該處電阻率增大(該部位電阻將數(shù)倍于其他部位)，通電后該部位單位面積功率超過其他部位，發(fā)熱量大，溫度高；更主要的是裂縫部位是直接對裂縫內(nèi)空氣加熱，熱慣量小，升溫遠(yuǎn)高于未開裂部位。因此利用熱紅外成像系統(tǒng)觀測，溫度明顯高于背景的部位將是裂縫的位置；根據(jù)紅外熱成像裝置掃描檢測后得到的熱成像圖像，選取待測量的裂縫，在彈性導(dǎo)電膜上選取并確定該裂縫所在區(qū)域，首先應(yīng)該在彈性導(dǎo)電膜上選取合適的區(qū)域，該區(qū)域應(yīng)該應(yīng)該將彈性導(dǎo)電膜上形成的該段裂縫包括在內(nèi)，根據(jù)該區(qū)域內(nèi)最高溫度與最低溫度的溫差，確定待測量裂縫的寬度。從熱成像圖像中測得相關(guān)區(qū)域的溫度，是一種現(xiàn)有技術(shù)，在此不作進(jìn)一步描述。具體測量時，將測得的裂縫所在區(qū)域的溫差與裂縫寬度與最大溫差關(guān)系標(biāo)定值進(jìn)行比對，得到裂縫寬度值。裂縫寬度與最大溫差關(guān)系標(biāo)定值通過大量實驗和數(shù)據(jù)分析工作獲得裂縫寬度與最大溫差關(guān)系受到導(dǎo)電膜區(qū)域通電功率密度、自然環(huán)境溫度、通電時間、 風(fēng)速等參數(shù)影響，需要開展各種工況的實驗測試和結(jié)果歸納分析得到，而且可以通過設(shè)定不同的修正參數(shù)進(jìn)行修正，以貼近不同工況下的實際測量狀況。實施例試驗過程
1.混凝土板采用C30混凝土，配2根Φ4的鋼絲，澆注混凝土板尺寸為長X寬X 高=70cmX25cmX6cm ；
2.按制備要求在同一塊塊混凝土板表面布設(shè)導(dǎo)電膜傳感器，導(dǎo)電膜尺寸30CmX5Cm; 穩(wěn)定后的初始電阻分別為162、155歐姆，編號分別為1118A、1118B ；
3.在導(dǎo)電膜表面刷涂自制的水泥基裝飾涂料，厚度控制在Imm；
4.按要求在結(jié)構(gòu)實驗臺上將混凝土板壓裂至不同的裂縫寬度進(jìn)行測試。熱像儀探測距離IOOcm左右，實現(xiàn)非接觸式測量，一般的測量距離在50cm—180cm ；考慮熱量平衡時間， 應(yīng)分時進(jìn)行圖象采集。測試結(jié)果如下表
表1 裂縫寬度-區(qū)域最大溫差關(guān)系
權(quán)利要求
1.利用紅外熱像和彈性導(dǎo)電膜非接觸檢測混凝土裂縫寬度的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將柔性導(dǎo)電涂料固化形成彈性導(dǎo)電膜，或由導(dǎo)電橡膠帶制成彈性導(dǎo)電膜，將彈性導(dǎo)電膜敷設(shè)在混凝土構(gòu)件上，在彈性導(dǎo)電膜兩端設(shè)置導(dǎo)線；(2)在發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫后或者在例行檢查時，將彈性導(dǎo)電膜兩端的導(dǎo)線連接到電源上，進(jìn)行通電發(fā)熱；(3)利用紅外熱成像裝置對混凝土構(gòu)件進(jìn)行掃描檢測；(4)根據(jù)紅外熱成像裝置掃描檢測后得到的熱成像圖像，選取待測量的裂縫，在彈性導(dǎo)電膜上確定該裂縫所在的區(qū)域，根據(jù)該區(qū)域內(nèi)最高溫度與最低溫度的溫差，確定待測量裂縫的寬度。
全文摘要
本發(fā)明公開了利用紅外熱像和彈性導(dǎo)電膜非接觸測量混凝土裂縫寬度的方法，將柔性導(dǎo)電涂料固化形成彈性導(dǎo)電膜敷設(shè)在混凝土構(gòu)件上，在彈性導(dǎo)電膜兩端設(shè)置導(dǎo)線，進(jìn)行通電發(fā)熱；利用紅外熱成像裝置在一定距離外對混凝土構(gòu)件進(jìn)行掃描檢測；根據(jù)紅外熱成像裝置掃描檢測后得到的熱成像圖像，選取待測量的裂縫，在彈性導(dǎo)電膜上確定該裂縫所在的區(qū)域，根據(jù)該區(qū)域內(nèi)最高溫度與最低溫度的溫差，確定待測量裂縫的寬度。本發(fā)明的方法，彈性導(dǎo)電膜通電后，在裂縫部位的發(fā)熱量比正常部位大，采用紅外熱成像裝置進(jìn)行掃描，能夠準(zhǔn)確顯示出裂縫部位、確定裂縫的寬度；紅外熱成像裝置與混凝土構(gòu)件之間不接觸，受到的干擾更少，測量精度高、使用壽命長。
文檔編號G01B11/02GK102226685SQ201110072310
公開日2011年10月26日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者李勝波, 沈曉東, 趙啟林, 鄧安仲 申請人:鄧安仲