基于視覺傳感器的建筑墻體裂縫檢測與修復技術

張盼盼，溫澤坤

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

鋼纖維混凝土是一種將雜亂無序短纖維與常規(guī)混凝土進行拌和后，制備形成的一種具有復合、多相特點的新型工程材料，此種隨機分布的鋼纖維可以抑制普通混凝土的微觀裂紋和宏觀裂紋產(chǎn)生，使建筑結(jié)構(gòu)的抗拉、抗沖擊等性能得到明顯的提高[1]。目前，國內(nèi)大部分的房屋都嘗試了將鋼纖維混凝土作為建筑工程施工的主要材料，盡管此種材料的應用在一定程度上提高了建筑的綜合性能，但鋼纖維混凝土建筑墻體開裂問題卻是工程設計中的一個重要難題[2]。裂縫不僅會對建筑的外觀造成一定影響，還會誘發(fā)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等安全事故，所以必須重視鋼纖維混凝土建筑結(jié)構(gòu)墻體的開裂問題。在深入此方面內(nèi)容的研究中發(fā)現(xiàn)，鋼纖維混凝土建筑結(jié)構(gòu)墻體具有裂縫形成原因復雜、形態(tài)多樣化、直接檢測難度高等特點[3]。因此，如何根據(jù)墻體上裂縫的走向、形態(tài)、位置等參數(shù)，分析建筑結(jié)構(gòu)墻體的安全性成了工程方的關注重點。本文以某鋼纖維混凝土建筑工程項目為例，設計一種針對輕質(zhì)隔音墻的安全性檢測方法，并根據(jù)裂縫檢測結(jié)果及其成因，提出對應的裂縫修復技術。

1 工程概況

以某地區(qū)大型工程項目為例，對其開展墻體安全性檢測[4]，為確保檢測的結(jié)果具有客觀性與可靠性，應在檢測前，與工程方進行交涉，掌握與此建筑項目相關的細節(jié)信息。參照合同中規(guī)定的內(nèi)容，進行工程項目的設計。設計內(nèi)容如下：該工程建筑面積42 354.16m2，建筑結(jié)構(gòu)高度（從建筑房檐位置到建筑室外地面）8.55m，框架結(jié)構(gòu)，地上2 層、地下1 層，設計使用年限50年，工程建筑類別為二類，地基基礎設計等級為丙級，抗震設防類別為乙類，抗震設防烈度為7度，建筑結(jié)構(gòu)安全性等級為二級，框架結(jié)構(gòu)抗震等級為三級，建筑耐火等級為二級，建筑屋面防水等級為一級，施工作業(yè)現(xiàn)場土體類別為II 類。

2 鋼纖維混凝土輕質(zhì)隔音墻安全性檢測

2.1 建筑輕質(zhì)隔音墻圖像采集及預處理

利用適合的視覺傳感器在確定的安裝位置和角度下，通過設置采集參數(shù)進行圖像采集。采集到的圖像經(jīng)過處理和分析，提取出隔音墻的相關信息，如紋理、顏色和形狀等。這些數(shù)據(jù)可用于建筑隔音性能評估、質(zhì)量控制和設計優(yōu)化等方面。本文主要使用型號為BGS-500QC 的視覺傳感器進行裂縫圖像識別。其視覺傳感器的實物圖，如圖1 所示。

圖1 視覺傳感器實物圖

通過視覺傳感器識別到的裂縫圖像后通過圖像采集裝置對圖像信息進行采集。視覺傳感器的具體參數(shù)如表1 所示。

表1 視覺傳感器參數(shù)

為實現(xiàn)對鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻安全性的檢測，開展相關研究前，按照上述原理布置現(xiàn)場檢測方案。具體的布置方案如圖2 所示。

圖2 布置鋼纖維混凝土建筑檢測現(xiàn)場

在此過程中，通過傳感器采集的圖像，在無線網(wǎng)絡的支撐下，傳輸?shù)接嬎銠C終端。考慮到采集的圖像中可能攜帶噪聲等干擾信息對檢測結(jié)果造成影響，因此，要對所采集裂縫圖像進行預處理，以便識別出更好地識別裂縫，因為收集的條件很困難，所以收集的鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫圖像中含有大量彩色信息，可以參照RGB 格式，將圖像中的各個像素的顏色成分值存儲在3D 數(shù)據(jù)矩陣中，進行圖像灰度的轉(zhuǎn)換，此過程按下式計算

其中，I表示圖像灰度轉(zhuǎn)換；R、G、B表示像素中的紅色、綠色與藍色3 種顏色。按照上述方式，實現(xiàn)對采集圖像的預處理。

2.2 建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫識別與安全等級劃分

完成上述設計后，提取圖像中的特征信息與邊緣信息，將提取的信息錄入終端空白界面，精準辨認建筑輕質(zhì)隔音墻中的裂縫[5]。在此基礎上，根據(jù)墻體裂縫情況進行建筑輕質(zhì)隔音墻安全等級的劃分，劃分標準如下：①一級：建筑輕質(zhì)隔音墻無裂縫；②二級：建筑輕質(zhì)隔音墻存在裂縫，但裂縫不會對墻體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性造成影響；③三級：建筑輕質(zhì)隔音墻存在裂縫，裂縫較深、較長，已經(jīng)對墻體的安全性造成了一定影響。

根據(jù)檢測結(jié)果與識別的裂縫數(shù)量，實現(xiàn)對鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻安全性的檢測。

3 裂縫修復

3.1 設置建筑輕質(zhì)隔音墻圈梁

在已知鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻存在裂縫的條件下，可采用設置建筑輕質(zhì)隔音墻圈梁的方式，進行鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻的加固。在此過程中，應當先明確建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫的形成原因，如圖3 所示。

圖3 建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫成因

當建筑輕質(zhì)隔音墻在主體結(jié)構(gòu)中的受力發(fā)生改變時，對應結(jié)構(gòu)的中間位置將出現(xiàn)裂縫，為解決此種收縮應變產(chǎn)生的裂縫，可采用設置建筑輕質(zhì)隔音墻圈梁的方式，進行收縮應變力的抵消。圈梁布置方式如圖4 所示。當墻體發(fā)生受力后，前梁收縮會產(chǎn)生一定的拉力，此時，建筑輕質(zhì)隔音橫縱墻的交接位置由于應變不協(xié)調(diào)會產(chǎn)生一定的拉應力，當產(chǎn)生的拉應力沒有超過墻體的抗拉強度時，墻體便不會發(fā)生開裂。因此，可以通過上述方式，對鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫進行預防。

圖4 建筑輕質(zhì)隔音墻圈梁布置方式

3.2 環(huán)氧樹脂漿液制備與裂縫表面封閉修復處理

環(huán)氧樹脂漿液作為鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫修復的主要材料，相關參數(shù)如表2所示。

表2 環(huán)氧樹脂漿液

如果裂縫深度<30mm，或裂縫寬度<0.25mm，可使用上述制備的原材料對裂縫表面進行直接封閉處理。如果裂縫深度>30mm，或裂縫寬度>0.25mm，可使用上述制備的原材料對裂縫進行灌漿。

在注漿之前，必須對裂縫進行處理。使用鋼絲刷等工具，將裂紋表面的灰塵、白灰、浮渣、松軟層等雜質(zhì)清除，并用毛刷沾上工業(yè)酒精、甲苯等有機溶劑，沿著縫隙兩邊20～30mm 的寬度擦拭，使之保持干燥。

用油工小刀將環(huán)氧樹脂泥涂于涂有甲苯的注漿口底座上，約1mm 厚，將注漿口的進漿口對準縫隙，按緊固到指定的位置。在裂縫上注漿時，至少要設置1 個進漿口和1 個排漿口，進漿口應設置在下端，排氣口設置在更寬的縫隙處。注漿口間距為350mm，若出現(xiàn)貫通裂紋，應在兩側(cè)粘貼灌漿口并交叉進行。

采用環(huán)氧膠泥密封時，首先在裂縫的兩邊刷涂一層20～30mm 的環(huán)氧樹脂。涂膠時，要注意避免出現(xiàn)小洞、氣泡，要刮平，確保密封牢靠。為了檢驗密封狀態(tài)及裂縫的穿透性，必須在密封膠泥凝固后進行通風試驗。試漏時，可在封頭前封堵，并由注漿嘴通入約0.2MPa 的壓縮空氣。如封口不嚴，則肥皂水會發(fā)泡，在不嚴密的地方，用水玻璃將其封住。按照上述方式，實現(xiàn)對環(huán)氧樹脂漿液制備與裂縫表面封閉修復處理。

4 實例應用分析

按照本文設計的方案布置鋼纖維混凝土建筑檢測現(xiàn)場，對采集的裂縫圖像進行預處理，然后提取處理圖像中的關鍵內(nèi)容，識別墻體裂縫，根據(jù)裂縫數(shù)量、長度形態(tài)等，劃分鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻安全等級。描述裂縫檢測結(jié)果，如圖5 所示。

圖5 鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫檢測結(jié)果

從圖5 所示的結(jié)果可以看出，本文設計的檢測方法可以精準檢測到墻體上存在的裂縫，并根據(jù)裂縫的走向進行裂縫類別的劃分。

選擇A、B、C、D4 個墻面，對其進行安全性檢測，檢測過程中，安排人工在現(xiàn)場進行裂縫檢測，將得到的檢測結(jié)果作為對照結(jié)果。通過此種方式，檢驗本文設計的檢測方法在實際應用中的可靠性，其結(jié)果如圖6 所示。

圖6 裂縫數(shù)量檢測結(jié)果

從圖6 中可以看出，本文方法的檢測結(jié)果與人工檢測結(jié)果完全一致，說明設計的方法可以實現(xiàn)對鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻安全性檢測的高精度檢測。在已知建筑A 面墻體上存在9 條裂縫的前提下，由人工進行裂縫長度的測量，對比本文方法檢測的裂縫長度與人工測量的裂縫長度，通過此種方式，掌握本文檢測方法在應用中的偏差，其結(jié)果如圖7 所示。

圖7 裂縫長度檢測結(jié)果（A面墻）

從圖7 所示的結(jié)果可以看出，本文方法檢測的裂縫長度與人工測量的裂縫長度偏差較小，可以在實際工程中，根據(jù)檢測結(jié)果，掌握鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻的安全性。

完成檢測后，按照本文提出的步驟，進行鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫的修復，在此過程中，為提高墻體的穩(wěn)定性與安全性，設置建筑輕質(zhì)隔音墻圈梁，增強墻體之間的連接性。在掌握了裂縫的成因后，制備環(huán)氧樹脂漿液，根據(jù)裂縫的長度與深度，進行裂縫表面封閉修復處理。按照上述方式，完成對檢測裂縫的修復。在已知墻體裂縫數(shù)量后，對裂縫進行修復，修復結(jié)果如圖8 所示。

圖8 鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫修復效果

從圖8 所示的實驗結(jié)果中可以看出，修復后，1、2、3、4、5、7 面墻的裂縫數(shù)量為零，即實現(xiàn)了對所有裂縫的處理，而第六面墻存在1 條裂縫，對此裂縫進行現(xiàn)場檢驗，檢驗后發(fā)現(xiàn)此面墻出現(xiàn)裂縫的主要原因是施工中未做好對現(xiàn)場溫度的控制，導致環(huán)氧樹脂漿液固結(jié)未能達到預期效果，出現(xiàn)了開裂，但此裂縫并未影響到墻體工程的質(zhì)量。因此，在完成了上述實驗后，得到如下所示的結(jié)論：本文設計的鋼纖維混凝土建筑輕質(zhì)隔音墻安全性檢測與裂縫修復方法在實際應用中效果良好，該方法可以在實現(xiàn)對墻體裂縫數(shù)量、長度精準檢測的同時，提高墻面裂縫修復水平。

5 結(jié)語

本文通過布置鋼纖維混凝土建筑檢測現(xiàn)場與采集圖像處理、建筑輕質(zhì)隔音墻裂縫識別與安全等級劃分、設置建筑輕質(zhì)隔音墻圈梁、環(huán)氧樹脂漿液制備與裂縫表面封閉修復處理，完成了基于視覺傳感器的建筑墻體裂縫檢測與修復技術的研究。旨在通過此種方式，實現(xiàn)對建筑墻體質(zhì)量的維護，降低由于裂縫引起的建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等安全隱患。