阅读说明：本技术 定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法 (Method for quantitatively characterizing morphological characteristics of contact surface of high polymer grouting material and concrete ) 是由 杜明瑞 方宏远 赵焱 张皓月 薛冰寒 杜雪明 李曼珺 于 2021-09-07 设计创作，主要内容包括：本发明涉及建筑施工技术领域,具体涉及一种定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法,具体包括：高聚物注浆材料－混凝土组合体试件三维CT工业扫描；高聚物注浆材料－混凝土组合体试件切割；接触面附近区域残留混凝土的酸化学腐蚀清理；接触面高精度三维激光扫描；接触面三维形貌重构及定量分析。本发明定量分析高聚物注浆材料与混凝土接触面的三维形貌特征,有助于研究注浆压力、高聚物材料密度等关键参数对二者接触面形成过程的影响,并且进一步揭示接触面胶结机理和利用能量耗散理论研究接触面力学特性的基础,对评价高聚物注浆加固效果有重要的理论意义。(The invention relates to the technical field of building construction, in particular to a method for quantitatively characterizing the morphological characteristics of a contact surface of a high polymer grouting material and concrete, which specifically comprises the following steps: three-dimensional CT industrial scanning of a high polymer grouting material-concrete composite test piece; cutting a high polymer grouting material-concrete composite test piece; acid chemical corrosion cleaning of residual concrete in the area near the contact surface; high-precision three-dimensional laser scanning of a contact surface; and (5) reconstructing the three-dimensional shape of the contact surface and carrying out quantitative analysis. The method quantitatively analyzes the three-dimensional morphological characteristics of the contact surface of the high polymer grouting material and the concrete, is beneficial to researching the influence of key parameters such as grouting pressure, high polymer material density and the like on the forming process of the contact surface of the high polymer grouting material and the concrete, further discloses the cementing mechanism of the contact surface and utilizes the energy dissipation theory to research the basis of the mechanical property of the contact surface, and has important theoretical significance for evaluating the grouting reinforcement effect of the high polymer.)

定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法。

背景技术

高聚物注浆技术指在压力作用下将异氰酸酯和多元醇双组份原材料直接注入岩土体裂隙内，原材料发生化学反应后固结膨胀，从而达到抬升上部结构、充填空洞裂隙和防渗堵漏的目的。高聚物注浆技术在交通、水利和市政等基础工程设施非开挖快速修复中取得了成功应用。

在实际工程中，高聚物注浆材料通常和路基、管道、堤坝等既有工程体紧密贴合，出现了高聚物材料与混凝土接触面这一工程问题。

定量分析高聚物注浆材料与混凝土接触面的三维形貌特征，有助于研究注浆压力、高聚物材料密度等关键参数对二者接触面形成过程的影响，是进一步揭示接触面胶结机理和利用能量耗散理论研究接触面力学特性的基础，对评价高聚物注浆加固效果有重要的理论意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法，用于解决因高聚物材料与混凝土接触面无法准确分析所导致的工程问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供了一种定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法，包括以下步骤：

S1获取高聚物注浆材料－混凝土组合体试件并进行无损切片扫描，定量分析高聚物注浆材料向混凝土表面凹陷处或孔隙的侵入范围；

S2根据侵入范围将接触面处混凝土介质切除，并对接触面上残留的混凝土介质进行腐蚀处理，冲洗干净使接触面完全暴露；

S3对暴露出的高聚物表面进行全范围扫描，采集接触面的空间三维坐标，获得接触面点云数据；

S4对接触面进行网格划分及重构，定量求取接触面的面积，并利用轮廓算数平均偏差方法来定量表征接触面的粗糙度特征。

更进一步的，所述方法中，利用三维工业CT系统对高聚物注浆材料－混凝土组合体试件进行无损切片扫描，基于扫描的结果初步判断高聚物注浆材料与混凝土接触面的形貌特征。

更进一步的，所述方法中，利用ImageJ软件提取接触面附近材料的孔隙形状信息，定量分析高聚物注浆材料向混凝土表面凹陷处或孔隙的侵入范围。

更进一步的，所述方法中，通过机械切割方式将接触面附近的大部分混凝土介质切除，同时保持侵入到混凝土表面孔隙内部的高聚物注浆材料不变。

更进一步的，所述方法中，在室温条件下，利用质量分数为N％的稀盐酸溶液对接触面上残留的混凝土介质进行腐蚀处理，然后用清水冲洗，使接触面完全暴露，其中8≦N≦10。

更进一步的，高聚物注浆材料有较强的耐酸腐蚀特性，腐蚀过程中稀盐酸溶液不会破坏高聚物注浆材料，因此将混凝土腐蚀剥离后所暴露出的高聚物表面保留了接触面的原始形貌等信息。

更进一步的，所述方法中，利用高精度三维激光扫描仪对暴露出的高聚物表面进行全范围扫描，获得接触面点云数据。

更进一步的，所述方法中，利用逆向工程软件Geomagic Studio对接触面进行网格划分及重构，定量求取接触面的面积。

更进一步的，所述方法中，利用轮廓算数平均偏差方法来定量表征接触面的粗糙度特征时，设plane-1和plane-2为空间中平行于x-y平面且分别过曲面内最低点和最高点的两个平面，将曲面上与plane-1相交的点纵坐标取为0，则曲面上其余各点纵坐标记为z_i(x,y)；

由plane-1和plane-2平面的空间位置可确定曲面中间位置处平面(plane-m)，plane-m纵坐标记做z₀，则曲面上各点到plane-m平面的距离公式为：

d_i＝|z_i(x,y)-z₀|

则平面粗糙度公式为：

本发明的有益效果为：

本发明定量分析高聚物注浆材料与混凝土接触面的三维形貌特征，有助于研究注浆压力、高聚物材料密度等关键参数对二者接触面形成过程的影响，并且进一步揭示接触面胶结机理和利用能量耗散理论研究接触面力学特性的基础，对评价高聚物注浆加固效果有重要的理论意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法步骤图；

图2是本发明实施例接触面粗糙度计算示意图；

图3是本发明实施例高聚物注浆材料－混凝土组合体试件及接触面三维形貌实测结构示意图；

图4是本发明实施例高聚物注浆材料－混凝土组合体试件及接触面三维形貌实测结果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开如图1所示的一种定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法，包括以下步骤：

S1获取高聚物注浆材料－混凝土组合体试件并进行无损切片扫描，定量分析高聚物注浆材料向混凝土表面凹陷处或孔隙的侵入范围；

S2根据侵入范围将接触面处混凝土介质切除，并对接触面上残留的混凝土介质进行腐蚀处理，冲洗干净使接触面完全暴露；

S3对暴露出的高聚物表面进行全范围扫描，采集接触面的空间三维坐标，获得接触面点云数据；

S4对接触面进行网格划分及重构，定量求取接触面的面积，并利用轮廓算数平均偏差方法来定量表征接触面的粗糙度特征。

本实施例定量分析高聚物注浆材料与混凝土接触面的三维形貌特征，有助于研究注浆压力、高聚物材料密度等关键参数对二者接触面形成过程的影响。

实施例2

在具体实施层面，本实施例提供一种定量高精度表征高聚物注浆材料与混凝土接触面三维形貌特征的试验方法，具体如下：

通过现场钻孔取芯或实验室预制浇筑的方式获得高聚物注浆材料－混凝土组合体试件。

本实施例利用三维工业CT系统对高聚物注浆材料－混凝土组合体试件进行无损切片扫描，基于扫描的结果初步判断高聚物注浆材料与混凝土接触面的形貌特征。

本实施例利用ImageJ软件提取接触面附近材料的孔隙形状等信息，定量分析高聚物注浆材料向混凝土表面凹陷处或孔隙的侵入范围。

本实施例依据高聚物注浆材料的侵入范围，通过机械切割方式将接触面附近的大部分混凝土介质切除，保持侵入到混凝土表面孔隙内部的高聚物注浆材料不受影响。

本实施例中，在室温条件下利用质量分数为10％的稀盐酸溶液对接触面上残留的混凝土介质进行腐蚀处理，然后用清水冲洗，使接触面完全暴露。

高聚物注浆材料有较强的耐酸腐蚀特性，腐蚀过程中稀盐酸溶液不会破坏高聚物注浆材料，因此将混凝土腐蚀剥离后所暴露出的高聚物表面保留了接触面的原始形貌等信息。

本实施例利用高精度三维激光扫描仪对暴露出的高聚物表面进行全范围扫描，采集接触面的空间三维坐标，获得接触面点云数据。

本实施例依据接触面点云数据，利用逆向工程软件Geomagic Studio对接触面进行网格划分及重构，定量求取接触面的面积。

本实施例依据接触面点云数据，利用轮廓算数平均偏差方法来定量表征接触面的粗糙度特征，参照图2所示，具体如下：

设plane-1和plane-2为空间中平行于x-y平面且分别过曲面内最低点和最高点的两个平面，将曲面上与plane-1相交的点纵坐标取为0，则曲面上其余各点纵坐标记为z_i(x,y)；

由plane-1和plane-2平面的空间位置可确定曲面中间位置处平面(plane-m)，plane-m纵坐标记做z₀，则曲面上各点到plane-m平面的距离公式为：

d_i＝|z_i(x,y)-z₀|

则平面粗糙度公式为：

实施例3

在具体实施例层面，本实施例公开一种定量表征高聚物注浆材料与混凝土接触面形貌特征的方法的具体实施，如图3所示是高聚物注浆材料－混凝土组合体试件及接触面三维形貌实测结构示意；如图4所示为利用本方法获得的高聚物注浆材料－混凝土接触面三维形貌结果。

本实施例高聚物注浆材料－混凝土组合体试件为边长100mm的立方体，通过实验室预制得到。先浇筑C30筑混凝土基底(高度为50mm)，标准条件下养护28天后再在封闭模具内压入高聚物注浆材料，自然条件下养护2小时后拆模备用。

本实施例混凝土基底浇筑完成后，在其上表面随机滴落了部分水泥净浆后再进行养护，目的是为了预制不规则凸起，从而提高后续分析过程中三维形貌的辨识度。

本实施例对接触面形貌特性进行表征后可以发现，接触面面积为10025.786mm2、粗糙度为0.00152mm，接触面上凹陷处辨识度较高。

综上，本发明定量分析高聚物注浆材料与混凝土接触面的三维形貌特征，有助于研究注浆压力、高聚物材料密度等关键参数对二者接触面形成过程的影响，并且进一步揭示接触面胶结机理和利用能量耗散理论研究接触面力学特性的基础，对评价高聚物注浆加固效果有重要的理论意义。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。