本(ben)發明(ming)涉(she)及智能建筑建造的(de)，特(te)別涉(she)及一種用于(yu)3d打(da)印(yin)混凝土層(ceng)間冷接縫壓敏(min)實時(shi)監測評估方法。

背景技術：

1、近(jin)年(nian)來，隨(sui)著科技的不斷發(fa)展，智能(neng)化、信息化和(he)工業化的智能(neng)建(jian)筑(zhu)建(jian)造技術(shu)正以驚(jing)人(ren)的速(su)度推(tui)動著建(jian)筑(zhu)行業的變(bian)革。在(zai)這些技術(shu)中，3d打印(yin)混凝土(tu)技術(shu)尤為引人(ren)注目。3d打印(yin)混凝土(tu)技術(shu)具備(bei)眾多優勢，如(ru)高建(jian)筑(zhu)設計(ji)自由(you)度和(he)可預見的施工過程等，還能(neng)顯著降低建(jian)筑(zhu)成本和(he)施工周期，為建(jian)筑(zhu)行業帶來了新的機遇和(he)挑(tiao)戰。

2、盡管3d打(da)(da)印混(hun)(hun)凝土(tu)技術具有巨大的(de)潛力(li)，但它也面(mian)臨著(zhu)一些挑戰。其中之一是層(ceng)間(jian)冷接(jie)縫形成(cheng)與演化的(de)原位監(jian)測(ce)問題。在(zai)3d打(da)(da)印混(hun)(hun)凝土(tu)技術中，由于(yu)采用(yong)層(ceng)層(ceng)堆疊(die)的(de)成(cheng)型工藝，不可(ke)避免地(di)會在(zai)接(jie)觸面(mian)形成(cheng)層(ceng)間(jian)冷接(jie)縫，這嚴(yan)重(zhong)影響了(le)3d打(da)(da)印混(hun)(hun)凝土(tu)結(jie)構(gou)的(de)承載(zai)能(neng)(neng)力(li)和(he)(he)耐久性(xing)。這些層(ceng)間(jian)冷接(jie)縫存在(zai)大量孔隙，導(dao)致(zhi)其層(ceng)間(jian)粘結(jie)性(xing)能(neng)(neng)降(jiang)低(di)，特別是可(ke)能(neng)(neng)導(dao)致(zhi)3d打(da)(da)印混(hun)(hun)凝土(tu)結(jie)構(gou)的(de)變形、開裂(lie)和(he)(he)滲漏，從而降(jiang)低(di)了(le)整體結(jie)構(gou)的(de)性(xing)能(neng)(neng)和(he)(he)壽(shou)命。

3、壓電陶瓷是一種能夠將機械應(ying)力轉換為電信(xin)號的(de)壓敏材(cai)料，具有靈敏度高、頻率響應(ying)快、耐腐蝕(shi)性好等優點，在混凝(ning)土無(wu)(wu)損(sun)檢測中(zhong)得到了廣泛應(ying)用。在傳統混凝(ning)土無(wu)(wu)損(sun)檢測技術中(zhong)，通常是通過在結構表面(mian)或(huo)(huo)(huo)內(nei)部安(an)裝壓電陶瓷傳感器來監(jian)測結構的(de)振動或(huo)(huo)(huo)聲波信(xin)號，然后(hou)根(gen)據這些(xie)信(xin)號的(de)變(bian)化來評估(gu)結構的(de)健(jian)康狀況或(huo)(huo)(huo)監(jian)測結構的(de)缺陷。

4、然而，常(chang)(chang)規(gui)壓(ya)(ya)電陶瓷檢測技術在應(ying)用于(yu)不(bu)均質(zhi)的(de)(de)(de)3d打印混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土層(ceng)間冷接縫(feng)(feng)時可能(neng)會(hui)遇(yu)到一些限(xian)制。首(shou)先，3d打印混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土的(de)(de)(de)層(ceng)間冷接縫(feng)(feng)往(wang)往(wang)具有非(fei)均質(zhi)性(xing)(xing)和復雜(za)性(xing)(xing)，其(qi)(qi)形(xing)(xing)態和尺寸可能(neng)會(hui)受(shou)到打印過程中各種(zhong)因(yin)素的(de)(de)(de)影響(xiang)，如打印速度、材料(liao)流動性(xing)(xing)等(deng)。這(zhe)種(zhong)非(fei)均質(zhi)性(xing)(xing)使得常(chang)(chang)規(gui)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)電陶瓷傳感器難以準確(que)捕捉到層(ceng)間冷接縫(feng)(feng)所產生(sheng)的(de)(de)(de)微(wei)小壓(ya)(ya)電感應(ying)信號變化，從而影響(xiang)了(le)檢測的(de)(de)(de)精度和可靠性(xing)(xing)。其(qi)(qi)次，由于(yu)3d打印混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土層(ceng)間冷接縫(feng)(feng)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成機理與傳統混(hun)(hun)凝(ning)(ning)土結構中的(de)(de)(de)裂縫(feng)(feng)或(huo)空洞等(deng)缺陷(xian)有所不(bu)同(tong)，其(qi)(qi)特點可能(neng)更加微(wei)小、隱蔽，其(qi)(qi)壓(ya)(ya)電感應(ying)信號可能(neng)具有不(bu)規(gui)則的(de)(de)(de)波形(xing)(xing)形(xing)(xing)態。這(zhe)使得常(chang)(chang)規(gui)壓(ya)(ya)電陶瓷傳感器難以對層(ceng)間冷接縫(feng)(feng)進行有效監測和識(shi)別。

技術實現思路

1、針對現有技術(shu)中存在的(de)(de)不足(zu)之(zhi)處，本(ben)發明的(de)(de)目的(de)(de)是提供一種用于3d打(da)印(yin)混凝(ning)(ning)土(tu)層(ceng)間冷(leng)接縫壓敏實(shi)時監測(ce)評估方法(fa)，可以(yi)有效地(di)原位監測(ce)和評估3d打(da)印(yin)混凝(ning)(ning)土(tu)結(jie)構中的(de)(de)層(ceng)間冷(leng)接縫變化(hua)，該(gai)方法(fa)可實(shi)現對3d打(da)印(yin)混凝(ning)(ning)土(tu)層(ceng)間冷(leng)接縫的(de)(de)實(shi)時、無損、有效、長期的(de)(de)監測(ce)。

2、本發明所(suo)述的一種用于(yu)3d打印混(hun)凝土層間冷接縫壓敏實時監(jian)測評估(gu)方法，包(bao)括以下步驟：

3、s1、制備壓(ya)電感應元件(jian)；

4、s2、預埋入(ru)壓電感應元件組成層間冷(leng)接縫監測矩陣；

5、s3、激發和(he)采(cai)集(ji)壓(ya)電感應元件的電感信號；

6、s4、綜合(he)評估3d打(da)印混凝土(tu)層間冷接縫結構狀態。

7、具體
技術實現要素：
如下：

8、步驟(zou)s1：制(zhi)備壓電(dian)感(gan)應元(yuan)件

9、壓(ya)電(dian)感應(ying)元件是基(ji)于壓(ya)電(dian)陶(tao)(tao)瓷(ci)技(ji)術制備的(de)關鍵組(zu)件，旨在確保(bao)壓(ya)電(dian)陶(tao)(tao)瓷(ci)具備良好的(de)電(dian)絕緣(yuan)性和(he)電(dian)荷傳輸效應(ying)，從而保(bao)證(zheng)壓(ya)電(dian)陶(tao)(tao)瓷(ci)能(neng)夠(gou)接(jie)(jie)(jie)收(shou)到層(ceng)(ceng)(ceng)間冷接(jie)(jie)(jie)縫(feng)的(de)微(wei)小應(ying)力變化(hua)，保(bao)證(zheng)層(ceng)(ceng)(ceng)間冷接(jie)(jie)(jie)縫(feng)獲取(qu)的(de)信(xin)號(hao)(hao)準確可靠(kao)，并且能(neng)夠(gou)在各種環境(jing)條(tiao)件下進(jin)行有效的(de)傳輸和(he)處理。壓(ya)電(dian)感應(ying)元件由壓(ya)電(dian)陶(tao)(tao)瓷(ci)、絕緣(yuan)保(bao)護層(ceng)(ceng)(ceng)、環氧樹脂保(bao)護層(ceng)(ceng)(ceng)、金(jin)屬保(bao)護層(ceng)(ceng)(ceng)以及高頻信(xin)號(hao)(hao)傳輸引線等(deng)組(zu)成。

10、本(ben)發(fa)明采(cai)用pzt-5h型(xing)超(chao)薄(bo)(bo)全電(dian)(dian)(dian)極壓(ya)電(dian)(dian)(dian)陶(tao)(tao)瓷，其(qi)出色的壓(ya)電(dian)(dian)(dian)性(xing)(xing)能(neng)(neng)和(he)(he)穩定性(xing)(xing)能(neng)(neng)夠(gou)提供可(ke)靠的感應信(xin)號(hao)，同時超(chao)薄(bo)(bo)厚度能(neng)(neng)降低對(dui)層(ceng)間冷接縫(feng)的影響(xiang)。采(cai)用液體絕(jue)緣膠(jiao)形(xing)成(cheng)絕(jue)緣保護層(ceng)確保對(dui)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)陶(tao)(tao)瓷的電(dian)(dian)(dian)絕(jue)緣和(he)(he)保護作用。選用了(le)e-51型(xing)環氧樹脂形(xing)成(cheng)保護層(ceng)，提升壓(ya)電(dian)(dian)(dian)感應元(yuan)件的耐熱、耐腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)(neng)，屏蔽外部環境影響(xiang)。采(cai)用超(chao)薄(bo)(bo)彈簧鋼金屬(shu)片形(xing)成(cheng)金屬(shu)保護層(ceng)，為壓(ya)電(dian)(dian)(dian)感應元(yuan)件提供機械保護和(he)(he)穩固性(xing)(xing)，使(shi)其(qi)能(neng)(neng)夠(gou)在3d打(da)印混凝土(tu)受力破壞過程中不(bu)被損壞或(huo)失效。

11、本發明組件設(she)計和(he)材料選擇，確保了壓電感應元件的(de)(de)可靠性(xing)和(he)穩定性(xing)，使其能(neng)夠長時(shi)間、穩定地工作(zuo)在不同的(de)(de)環境條件下長期(qi)工作(zuo)。

12、步(bu)驟s2：預(yu)埋入壓電感(gan)應元件(jian)組成層(ceng)間冷接縫監(jian)測矩陣

13、在混凝土3d打印過程中(zhong)，將壓電(dian)感應元(yuan)件預先(xian)埋入(ru)層(ceng)間(jian)縫(feng)，并以一定規(gui)律的布置壓電(dian)感應元(yuan)件形成了壓電(dian)傳感矩陣(zhen)，以檢測不(bu)同區域的層(ceng)間(jian)冷接(jie)縫(feng)變化。

14、本發明所(suo)述3d打印(yin)(yin)混凝(ning)土應(ying)為以(yi)水(shui)泥(ni)、地聚合物或其他膠凝(ning)材料(liao)為基礎的，具有良好可打印(yin)(yin)性(xing)和可建造性(xing)的混凝(ning)土。3d打印(yin)(yin)混凝(ning)土應(ying)采用擠出(chu)成型工藝，其相鄰打印(yin)(yin)層間隔時間不(bu)大(da)于10min。環氧樹(shu)脂被(bei)用作粘(zhan)結(jie)材料(liao)填補層間空隙以(yi)加(jia)強壓電感應(ying)元件與層間冷縫上下(xia)界面的粘(zhan)結(jie)強度。

15、本發明所(suo)述埋入(ru)工藝不(bu)僅確保了(le)壓(ya)電感(gan)應元件與3d打印混(hun)凝土(tu)層間冷接縫的(de)緊密(mi)結合，還提高了(le)信號傳輸的(de)穩定性(xing)(xing)和準確性(xing)(xing)。

16、步驟s3：激發和采集(ji)壓(ya)電(dian)感(gan)應元(yuan)件的電(dian)感(gan)信號

17、在步(bu)驟s3中，需采用多組(zu)壓電(dian)感(gan)應(ying)元件矩(ju)陣、一套多通道場信(xin)號(hao)(hao)(hao)發(fa)射(she)與接收裝置和(he)一套感(gan)應(ying)信(xin)號(hao)(hao)(hao)放大與過濾裝置。將壓電(dian)感(gan)應(ying)元件矩(ju)陣的信(xin)號(hao)(hao)(hao)傳輸引線與多通道射(she)頻信(xin)號(hao)(hao)(hao)發(fa)射(she)與接收器(qi)相連，并接入信(xin)號(hao)(hao)(hao)放大與濾波(bo)器(qi)，以確(que)保感(gan)應(ying)信(xin)號(hao)(hao)(hao)的穩定傳輸和(he)有效接收。

18、多(duo)通道場信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)發(fa)射發(fa)射器(qi)負責施加(jia)激(ji)勵信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)，并(bing)(bing)通過(guo)多(duo)通道場信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)接收(shou)器(qi)采集信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)。本發(fa)明所述多(duo)通道場信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)發(fa)射/接收(shou)裝(zhuang)置采用daq6510數據采集和記錄(lu)萬用表系統。這套測試儀可在(zai)頻(pin)率(lv)(lv)范圍(100khz至1000khz之間(jian))連(lian)續向(xiang)壓電感應模塊(kuai)發(fa)射相同頻(pin)率(lv)(lv)的(de)(de)紋波(bo)(bo)型激(ji)發(fa)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)，能可靠地(di)接收(shou)來自(zi)壓電感應模塊(kuai)的(de)(de)傳(chuan)輸信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)。隨(sui)后(hou)通過(guo)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)放大器(qi)對采集到的(de)(de)感應信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)進行放大處(chu)理，并(bing)(bing)通過(guo)濾(lv)波(bo)(bo)器(qi)濾(lv)除雜(za)波(bo)(bo)和干擾信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)，最終將(jiang)經過(guo)處(chu)理的(de)(de)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)(hao)傳(chuan)輸至中段電腦。

19、本發明所述信號(hao)(hao)激發、接收、放大(da)和過濾(lv)裝置有(you)效地解決了信號(hao)(hao)傳輸(shu)過程中可能出現的(de)(de)噪聲(sheng)干擾和信號(hao)(hao)衰減等問題，保證了信號(hao)(hao)的(de)(de)可靠性和準(zhun)確性。

20、步驟(zou)s4：綜合評估3d打印(yin)混凝(ning)土層間冷接縫結構狀態(tai)

21、將(jiang)上述步驟s3實時采(cai)集到(dao)的(de)信號導入終端電腦，包括諧振頻(pin)率(lv)、波形、主峰位(wei)等，并(bing)建立數據處理(li)模組，用于對采(cai)集到(dao)的(de)信號進(jin)行(xing)處理(li)，用于分析層(ceng)間(jian)(jian)冷(leng)接縫的(de)形成(cheng)、演化(hua)(hua)和(he)破壞過(guo)程(cheng)。按照以下以下公式計算層(ceng)間(jian)(jian)冷(leng)接縫應力變化(hua)(hua)激發(fa)的(de)感應電壓(ya)。

22、

23、式中ˉye為(wei)(wei)壓電(dian)元(yuan)(yuan)件的結(jie)構阻抗，z和(he)(he)za為(wei)(wei)壓電(dian)元(yuan)(yuan)件的機械(xie)阻抗，d為(wei)(wei)電(dian)子(zi)位移，為(wei)(wei)零(ling)電(dian)場(chang)下的復(fu)柔度(du)，l和(he)(he)h為(wei)(wei)壓電(dian)元(yuan)(yuan)件長度(du)和(he)(he)厚(hou)度(du)，w為(wei)(wei)激發能量，x為(wei)(wei)感應電(dian)壓。

24、進一步地(di)，通過下(xia)列公式計算3d打印(yin)混凝層間冷(leng)縫的形(xing)成、演化過程中的均一性(xing)。

25、

26、式(shi)中(zhong)x為(wei)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)傳感(gan)模(mo)塊的(de)(de)自感(gan)應激發電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)值(zhi)；i為(wei)3d打(da)印(yin)混(hun)凝土(tu)(tu)的(de)(de)第i層(ceng)層(ceng)間縫(feng)，j為(wei)某一(yi)層(ceng)的(de)(de)第j個(ge)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)傳感(gan)模(mo)塊；xij即(ji)為(wei)第3d打(da)印(yin)混(hun)凝土(tu)(tu)第i層(ceng)第j個(ge)壓(ya)(ya)電(dian)(dian)(dian)傳感(gan)模(mo)塊的(de)(de)激發電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)值(zhi)，是第i層(ceng)的(de)(de)平(ping)均電(dian)(dian)(dian)導值(zhi)；ri(％)為(wei)某一(yi)層(ceng)層(ceng)間縫(feng)的(de)(de)均一(yi)性(xing)指(zhi)數,為(wei)3d打(da)印(yin)混(hun)凝土(tu)(tu)層(ceng)間縫(feng)的(de)(de)均一(yi)性(xing)指(zhi)數。

27、進一步地，通過如下公式計(ji)算3d打印地聚合(he)物(wu)整(zheng)體強度的發展過程(cheng)。

28、

29、式中x為(wei)壓(ya)電(dian)傳感(gan)模塊(kuai)的(de)激發(fa)(fa)電(dian)壓(ya)值(zhi)(zhi)；f(x)為(wei)激發(fa)(fa)電(dian)壓(ya)隨養護時(shi)間(jian)的(de)變化函數(shu)；y為(wei)激發(fa)(fa)電(dian)壓(ya)和時(shi)間(jian)的(de)積分(fen)值(zhi)(zhi)，即(ji)為(wei)3d打印層(ceng)(ceng)(ceng)間(jian)縫累計反應(ying)程度(du)。yijt即(ji)為(wei)第3d打印混(hun)凝土(tu)養護t天(tian)后第i層(ceng)(ceng)(ceng)第j個壓(ya)電(dian)傳感(gan)模塊(kuai)的(de)感(gan)應(ying)電(dian)壓(ya)數(shu)據，yij28即(ji)為(wei)第3d打印混(hun)凝土(tu)養護28天(tian)后的(de)激發(fa)(fa)電(dian)壓(ya)值(zhi)(zhi)；mi(％)為(wei)某一層(ceng)(ceng)(ceng)層(ceng)(ceng)(ceng)間(jian)縫的(de)強度(du)發(fa)(fa)展指數(shu),為(wei)3d打印混(hun)凝土(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)間(jian)縫的(de)整體(ti)強度(du)發(fa)(fa)展指數(shu)指數(shu)。

30、進一步(bu)地，通過如(ru)下公式(shi)計(ji)算3d打印(yin)地聚合物層間冷(leng)接縫的破壞指數。

31、

32、式中，為(wei)3d打(da)印混凝土(tu)在(zai)第(di)t天時層(ceng)間冷接縫開裂后在(zai)第(di)i層(ceng)第(di)j個(ge)壓(ya)電傳感模塊(kuai)的超(chao)聲(sheng)場感應激發電壓(ya)值；sij為(wei)在(zai)3d打(da)印混凝土(tu)第(di)i層(ceng)第(di)j個(ge)壓(ya)電傳感模塊(kuai)處的損失系數；3d打(da)印地聚(ju)合物第(di)i層(ceng)的損失系數；為(wei)3d打(da)印混凝土(tu)整體破壞系數。

33、本發明與(yu)現(xian)有(you)技術相比，其(qi)有(you)益效果是：通過針對性(xing)地(di)改進和(he)優化壓電(dian)傳感(gan)模塊的制(zhi)備方法(fa)并搭建3d打(da)印混凝土層(ceng)(ceng)間(jian)(jian)(jian)冷(leng)(leng)接縫(feng)原位(wei)監測(ce)裝置，以適應(ying)不(bu)均(jun)質的3d打(da)印混凝土層(ceng)(ceng)間(jian)(jian)(jian)冷(leng)(leng)接縫(feng)的特殊性(xing)。通過該裝置可(ke)以實時(shi)原位(wei)監測(ce)層(ceng)(ceng)間(jian)(jian)(jian)冷(leng)(leng)接縫(feng)發展過程(cheng)中的感(gan)應(ying)信號(hao)變化，并根據監測(ce)結(jie)果建立一套相應(ying)的評估(gu)方法(fa)來評估(gu)其(qi)層(ceng)(ceng)間(jian)(jian)(jian)冷(leng)(leng)接縫(feng)整體(ti)狀態。當(dang)層(ceng)(ceng)間(jian)(jian)(jian)冷(leng)(leng)接縫(feng)粘結(jie)性(xing)能不(bu)足或(huo)被破壞(huai)時(shi)，可(ke)及(ji)時(shi)提(ti)醒工程(cheng)人(ren)員采取(qu)相應(ying)措施來加強或(huo)修復這些接縫(feng)。

34、該方法克服(fu)了傳統(tong)壓電陶瓷傳感器(qi)在(zai)監(jian)測非均(jun)質(zhi)的(de)(de)3d打印混凝土(tu)層(ceng)間(jian)冷接(jie)縫時的(de)(de)局限性，實現(xian)了對(dui)微小(xiao)和復雜的(de)(de)層(ceng)間(jian)冷接(jie)縫的(de)(de)準(zhun)確監(jian)測和評估。該技術可在(zai)實際建筑工程中(zhong)應用，監(jian)控(kong)3d打印混凝土(tu)結(jie)構的(de)(de)質(zhi)量和穩定性，推動智能(neng)建筑建造領域的(de)(de)發展。