一种混凝土表面浸渍材料喷涂量的确定方法与流程

1.本发明属于水泥混凝土路面日常养护技术领域，具体的是一种混凝土表面浸渍材料喷涂量的确定方法。


背景技术：

2.现阶段，水泥混凝土路面在公路、机场等众多领域有着广泛的应用，随着我国交通运输业的发展，大载重的车型越来越多，导致路面的受荷水平逐渐增大。此外，水泥混凝土路面直接与轮胎、大气相接触，在轮胎的摩擦作用与大气的循环作用下，路面的路用性能逐渐衰减，进而发生如表面松散、不平整等路用性能病害，甚至发生板角断裂、断板等结构型病害。作为轮胎的接触界面，水泥混凝土路面的平整度及抗滑性能直接关系到车辆行驶的安全性，而路用性能及结构性能病害的出现，将显著影响路面的表面性能，进而影响车辆行驶的安全性。
3.目前对于水泥混凝土路面病害的处理，存在一定的“滞后性”，基于预防性养护的理念，采用水泥混凝土表面浸渍材料，对现有完好路面板进行表面增强，提高其强度、抗渗性能，以达到延长路面板服役寿命的目的。但现阶段浸渍材料的应用仍然存在着诸多问题，其在施工过程中的剂量、时机、施工环境、流程等难以控制，施工质量难以保证，限制了强化效果及大规模应用，因此针对水泥混凝土表面强化延寿的问题，研究混凝土路面表面浸渍材料的用量评估方法，对控制浸渍材料使用流程、规范使用标准，进而提高路面板耐久性与服役寿命具有重要的意义。
4.同时，浸渍材料的用量与混凝土表面渗透特性有着重要关联，目前，在现场施工过程中，常用喷水试验作为混凝土表面渗透性检测的方法，其原理是向混凝土表面喷水，根据喷水后混凝土表面的颜色或亮度变化来衡量混凝土表面的吸水过程，进而评估混凝土表面的渗透性能。现有的技术是使用喷壶向混凝土表面喷撒水1次，并以数码相机持续拍摄混凝土表面喷水后表面的颜色或亮度变化情况。试验结束后以图像处理的办法计算喷水后混凝土表面颜色或亮度变化情况，以混凝土表面颜色或亮度变化到某一程度所对应的时间作为衡量混凝土表面吸水快慢的指标。并将这一指标与混凝土的抗压强度建立关系。但此方法所获得的指标难以直接与浸渍材料实际用量相关联，无法快速准确获取针对某类混凝土的浸渍材料最佳用量，因此有必要基于混凝土表面渗透特性，形成一套准确高效的浸渍材料用量确定方法体系。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种混凝土表面浸渍材料喷涂量的确定方法，利用液膜下降速度及液膜厚度指标确定用量基准值及二次补喷量，实现针对不同路面状况的浸渍材料用量精准调控，对实际工程施工具有重要应用价值。
6.本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
7.一种混凝土表面浸渍材料喷涂量的确定方法，包括如下几个步骤：
8.步骤s1.检测区域的选择：
9.步骤s1.1、确定检测区域：将混凝土路面划分为1000m*10m的条状子区域并进行统一编号，编号顺序为a、b、c，
……
；在每个条状子区域中分别选取两块0.5m*0.5m的检测区域并进行统一编号，编号顺序为a1、a2、b1、b2、
……
；
10.步骤s1.2、检测区域的分类及清扫：对编号为a1、b1、
……
的检测区域命名为1号检测区域，对编号为a2、b2、
……
的检测区域命名为2号检测区域；对各个检测区域表面进行清扫，去除表面杂质；
11.步骤s2、喷涂浸渍材料及基准值的确定：
12.步骤s2.1、1号检测区域喷涂：对1号检测区域进行n次喷涂浸渍材料，喷涂间隔6h；其中，n≥3；
13.步骤s2.2、确定用量基准值v：利用液膜检测仪记录每次喷涂后的液膜厚度随时间的变化曲线，记录至曲线斜率降低至较低水平且相对稳定时；当液膜厚度的下降速度低于首次喷涂后液膜下降速度的10％时，计算喷涂用量v及对应的喷涂速度u：
[0014][0015]
u＝vb
×v[0016]
其中，v为单位面积喷涂用量基准值，v1为初次试验单位面积喷涂量，v0为每次试验单位面积喷涂量，单位均为ml/m2；h0为每次喷涂试验对应的液膜厚度初始值，h
限
为液膜下降速度达到阈值时对应的液膜厚度，单位均为微米；u为喷涂速度，单位为ml/s；v是喷洒车行驶速度，单位为m/s；b为喷涂宽度，单位为m；n为累计喷涂次数。
[0017]
步骤s2.3、修正用量基准值v：
[0018]
步骤s2.3.1、现场放置平底金属容器，向金属容器内喷涂步骤s2.1中所述的浸渍材料，喷涂厚度为1000微米，静止5min至液面稳定；
[0019]
步骤s2.3.2、利用液膜检测仪记录液膜厚度的下降曲线，同时记录现场的温度、湿度和风速值；
[0020]
步骤s2.3.3、对液膜厚度的下降曲线进行线性拟合；
[0021]
步骤s2.3.4、在现场不同的时间段重复步骤s2.3.1-s2.3.3，得到不同温度、湿度和风速条件下浸渍材料的蒸发速度，得到修正后的用量基准值v：
[0022][0023]
其中，v为单位面积喷涂用量基准值，v1为初次试验单位面积喷涂量，v0为每次试验单位面积喷涂量，单位均为ml/m2；h0为每次喷涂试验对应的液膜厚度初始值，h
限
为液膜下降速度达到阈值时对应的液膜厚度，单位均为微米；u为喷涂速度，单位为ml/s；v是喷洒车行驶速度，单位为m/s；b为喷涂宽度，单位为m；n为累计喷涂次数；v
蒸
为浸渍材料蒸发速度；ti为第i次喷涂后液膜厚度降至0附近时所经历的时间；
[0024]
步骤s3、0.7v用量的标准方程的确定：
[0025]
步骤s3.1、2号检测区域喷涂：使用密封胶围住2号检测区域的四周，喷涂步骤s2.1中所述的浸渍材料，喷涂用量为0.7v；
[0026]
步骤s3.1、获取0.7v标准曲线：利用液膜检测仪记录前20min的液膜下降曲线作为2 号检测区域的0.7v标准曲线；
[0027]
步骤s3.2、确定0.7v标准方程：对步骤s3.1中的0.7v标准曲线进行拟合，拟合方程的次数由低至高依次进行，直至拟合方程的r2大于0.95；将拟合方程作为2号检测区域的0.7v 标准方程，记为h＝fi(t)；其中，i为各条状子区域的编号a、b、c
……
；
[0028]
步骤s4、检测区域的一次喷涂：喷检车根据已确定的初次喷涂量0.7v，结合检测区域的大小和路程长短，行进第一次喷涂作业；其中，检测区域包括1号检测区域和2号监测区域，喷涂量为0.7v，单向的喷涂宽度为5m，单向喷涂距离为1000m，耗时5-10min；
[0029]
步骤s5、检测区域的二次喷涂及补喷用量的计算：
[0030]
步骤s5.1、检测区域的二次喷涂及数据收集：间隔5-10min后，重复步骤s4对检测区域进行二次喷涂，利用液膜检测仪对检测区域进行液膜厚度检测，同时通过温度传感器和湿度传感器实时收集温度、湿度数据；
[0031]
步骤s5.2、补喷用量v
补
、补喷速度u
补
的计算及修正：实时收集的温度、湿度数据结合残留液膜厚度、0.7v标准曲线计算补喷用量v
补
及补喷速度u
补
：
[0032][0033]u补
＝vb
×v补
[0034]
考虑环境蒸发因素的影响，基于实时采集到的温度、湿度数据及风速传感器采集到的风速数据对上述结果进行修正：
[0035][0036]u补
＝vb
×v补
[0037]
其中，v是单位面积喷涂量基准值，单位为ml/m2；v
补
是单位面积补喷量，单位为ml/m2；
△
t为两次喷涂间隔时间，单位为s；h1是现场测取的道面液膜残留厚度，单位为微米；fi是道面第i子区域的0.7v标准曲线的拟合方程；u
补
是补喷阶段喷涂速度，单位为ml/s；v是喷洒车行驶速度，单位为m/s；b为喷涂宽度，单位为m；v
蒸
为根据现场温度、湿度、风速数据得到的蒸发速度，单位为ml/s；t为补喷后下渗完成耗时；
[0038]
步骤s6、补喷作业及
△
t的计算：喷检车根据已经确定的补喷用量v
补
和补喷速度u
补
，对检测区域进行补喷作业；考虑到喷检车行驶速度在起始、终点及转弯处不尽相同，需对每次的喷涂路径进行分段，则
△
t的计算公式为：
[0039][0040]
其中，tj为第二次喷涂时在第j段的作业时间；t
′k为第一次喷涂时在第k段的作业时间； t0为车辆转弯时间；t
延
为因不可控因素导致的延误时间；t
si
为第二次喷涂时在第i段的实时耗时；单位均为min。
[0041]
进一步地，所述步骤s1.1中，检测区域的选择需避开纵横坡较大的路段，位于单块板的板中央，并且保证区域无明显表面病害。
[0042]
进一步地，所述步骤s2.1中，喷涂的浸渍材料厚度为250-350微米；第一次喷涂的
浸渍材料厚度为150微米，以后每次喷涂的浸渍材料厚度为50微米；为了让浸渍材料与混凝土能够充分发生反应，将混凝土内部的孔隙填充，选取相邻两次喷涂间隔时间为6h。
[0043]
进一步地，其特征在于，所述步骤s2.1中，液膜厚度检测为喷涂后即时检测，记录液膜厚度从峰值降至0附近的完整曲线。
[0044]
进一步地，其特征在于，所述步骤s2.2和步骤s2.3.4中，设置阈值为初始速度的10％。
[0045]
进一步地，所述步骤3.1中，液膜检测时长为20min；对于渗透性较大、渗透速度快的混凝土路面，则记录液膜厚度从峰值降至0附近的完整曲线。
[0046]
进一步地，所述喷检车包括：车身以及设置在车身上的储液罐和液膜检测设备；
[0047]
所述储液罐的后端设置有喷洒装置，所述喷洒装置的下端为开口向下的喷洒口；所述车身上端设置有连接杆，所述连接杆的一端向车头方向延伸，并与所述液膜检测设备连接；
[0048]
所述车身上还设置有工控机，所述工控机通过数据线与液膜检测设备连接。
[0049]
进一步地，所述液膜检测设备中集成有温度传感器和湿度传感器。
[0050]
进一步地，所述液膜检测设备通过磁铁吸盘固定在连接杆上。
[0051]
进一步地，所述喷洒装置的喷洒口处还设置有用于实时调节喷洒流量的流量控制仪。
[0052]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0053]
本发明提供了一种混凝土表面浸渍材料喷涂量的确定方法，利用液膜下降速度及液膜厚度指标确定用量基准值及二次补喷量，实现针对不同路面状况的浸渍材料用量精准调控，对实际工程施工具有重要应用价值。
附图说明
[0054]
图1为本发明一种混凝土表面浸渍材料喷涂量的确定方法的流程示意图；
[0055]
图2为不同混凝土试件首喷标准曲线；
[0056]
图3为喷检测的结构示意图；
[0057]
图4为蒸发试验曲线图；
[0058]
图5为蒸发曲线拟合图；
[0059]
图6为两次喷涂路径示意图；
[0060]
图7为路径分段示意图；
[0061]
图中，1、车身，2、储液罐，3、液膜检测仪，4、喷洒装置，5、连接杆。
具体实施方式
[0062]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
[0063]
参照图1，一种混凝土表面浸渍材料喷涂量的确定方法，包括如下几个步骤：
[0064]
步骤s1、检测区域的选择：
[0065]
步骤s1.1、确定检测区域：在进行路面检测区域选取划分时，应选取表面平整、无
明显病害、无接缝的区域进行检测试验，将检测区域划分为1000m*10m的条状子区域并进行统一编号，编号顺序为a、b、c，
……
；在每个条状子区域中分别选取两块0.5m*0.5m的检测区域并进行统一编号，编号顺序为a1、a2、b1、b2、
……
，检测区域所在路段不应有较大纵横坡，防止在喷涂后液态材料发生明显流动，导致液膜检测结果不准确。
[0066]
步骤s1.2、检测区域的分类及清扫：对编号为a1、b1、
……
的检测区域命名为1号检测区域，对编号为a2、b2、
……
的检测区域命名为2号检测区域；对各个检测区域表面进行清扫，去除表面杂质。
[0067]
步骤s2、喷涂浸渍材料及基准值的确定：
[0068]
步骤s2.1、1号检测区域喷涂：对1号检测区域进行n次喷涂浸渍材料，首次喷涂150 微米厚度，以后每次喷涂50微米厚度，直至液膜下降速度低于首次喷涂后液膜下降速度；为了让浸渍材料与混凝土能够充分发生反应，将混凝土内部的孔隙填充，选取相邻两次喷涂间隔时间为6h。对于单次喷涂后的检测，液膜厚度检测为喷涂后即时检测，记录液膜厚度从峰值降至0附近的完整曲线；其中，n≥3。
[0069]
步骤s2.2、确定用量基准值v：利用液膜检测仪3记录每次喷涂后的液膜厚度随时间的变化曲线，记录至曲线斜率降低至较低水平且相对稳定时；当液膜厚度的下降速度低于首次喷涂后液膜下降速度的10％时，计算喷涂用量v及对应的喷涂速度u：
[0070][0071]
u＝vb
×v[0072]
其中，v为单位面积喷涂用量基准值，v1为初次试验单位面积喷涂量，v0为每次试验单位面积喷涂量，单位均为ml/m2；h0为每次喷涂试验对应的液膜厚度初始值，h
限
为液膜下降速度达到阈值时对应的液膜厚度，单位均为微米；u为喷涂速度，单位为ml/s；v是喷洒车行驶速度，单位为m/s；b为喷涂宽度，单位为m；n为累计喷涂次数。
[0073]
步骤s2.3、修正用量基准值v：
[0074]
步骤s2.3.1、现场放置平底金属容器，向金属容器内喷涂步骤s2.1中所述的浸渍材料，喷涂厚度为1000微米，静止5min至液面稳定。
[0075]
步骤s2.3.2、如图4所示，利用液膜检测仪3记录液膜厚度的下降曲线，同时记录现场的温度、湿度和风速值。
[0076]
步骤s2.3.3、如图5所示，对液膜厚度的下降曲线进行线性拟合。
[0077]
步骤s2.3.4、在现场不同的时间段重复步骤s2.3.1-s2.3.3，得到不同温度、湿度和风速条件下浸渍材料的蒸发速度，得到修正后的用量基准值v：
[0078][0079]
其中，v为单位面积喷涂用量基准值，v1为初次试验单位面积喷涂量，v0为每次试验单位面积喷涂量，单位均为ml/m2；h0为每次喷涂试验对应的液膜厚度初始值，h
限
为液膜下降速度达到阈值时对应的液膜厚度，单位均为微米；u为喷涂速度，单位为ml/s；v是喷洒车行驶速度，单位为m/s；b为喷涂宽度，单位为m；n为累计喷涂次数；v
蒸
为浸渍材料蒸发速度；ti为第i次喷涂后液膜厚度降至0附近时所经历的时间，一般取30min。
[0080]
步骤s3、0.7v用量的标准方程的确定：
[0081]
步骤s3.1、2号检测区域喷涂：为了防止液体浸渍材料向检测区域外漫溢，导致测试结果不准确，在喷涂材料前用密封胶将2号检测区域四周围住再进行喷涂和检测，喷涂用量为0.7v。
[0082]
步骤s3.1、获取0.7v标准曲线：液膜检测时长为20min，对于渗透性较大、渗透速度快的混凝土路面，则记录液膜厚度从峰值降至0附近的完整曲线。利用液膜检测仪3记录前 20min的液膜下降曲线作为2号检测区域的0.7v标准曲线。
[0083]
步骤s3.2、确定0.7v标准方程：对步骤s3.1中的0.7v标准曲线进行拟合，拟合方程的次数由低至高依次进行，直至拟合方程的r2大于0.95；将拟合方程作为2号检测区域的0.7v 标准方程，记为h＝fi(t)；其中，i为各条状子区域的编号a、b、c
……
。
[0084]
步骤s4、检测区域的一次喷涂：喷检车根据已确定的初次喷涂量0.7v，结合检测区域的大小和路程长短，行进如图6所示的第一次喷涂作业；其中，检测区域包括1号检测区域和 2号监测区域，喷涂量为0.7v，单向的喷涂宽度为5m，单向喷涂距离为1000m，耗时5-10min。
[0085]
需要说明的是，现场施工作业时，在首次喷涂0.7v浸渍材料后，不同类型混凝土的0.7v 标准曲线在8min前后出现明显分离，因而选取5-10min后的残留液膜厚度作为确定二次补喷量的主要指标。由于施工现场环境因素难以确定，温度、湿度、风速的变化均会影响浸渍材料的蒸发量及蒸发速度，因而需要记录施工作业时的温度、湿度及风速数据，再基于蒸发试验结果对液膜下渗曲线进行修正，保证本方案在不同环境条件下可行性和准确性。由于蒸发量过大，超过实时下渗量时液膜检测方法难以保证准确度，因而本方案推荐在温度低于25℃条件下使用。
[0086]
步骤s5、检测区域的二次喷涂及补喷用量的计算：
[0087]
步骤s5.1、检测区域的二次喷涂及数据收集：间隔5-10min后，重复步骤s4对检测区域进行如图6所示的第二次喷涂，利用液膜检测仪对检测区域进行液膜厚度检测，同时通过温度传感器和湿度传感器实时收集温度、湿度数据。
[0088]
步骤s5.2、补喷用量v
补
、补喷速度u
补
的计算及修正：实时收集的温度、湿度数据结合残留液膜厚度、0.7v标准曲线计算补喷用量v
补
及补喷速度u
补
：
[0089][0090]u补
＝vb
×v补
[0091]
考虑环境蒸发因素的影响，基于实时采集到的温度、湿度数据及风速传感器采集到的风速数据对上述结果进行修正：
[0092][0093]u补
＝vb
×v补
[0094]
其中，v是单位面积喷涂量基准值，单位为ml/m2；v
补
是单位面积补喷量，单位为ml/m2；
△
t为两次喷涂间隔时间，单位为s；h1是现场测取的道面液膜残留厚度，单位为微米；fi是道面第i子区域的0.7v标准曲线的拟合方程；u
补
是补喷阶段喷涂速度，单位为ml/s；v是喷洒车行驶速度，单位为m/s；b为喷涂宽度，单位为m；v
蒸
为根据现场温度、湿度、风速数据得到
的蒸发速度，单位为ml/s；t为补喷后下渗完成耗时。
[0095]
步骤s6、补喷作业及
△
t的计算：喷检车根据已经确定的补喷用量v
补
和补喷速度u
补
，对检测区域进行补喷作业；考虑到喷检车行驶速度在起始、终点及转弯处不尽相同，需对每次的喷涂路径进行分段，(如图7所示，1、2、3、4、5为不同分段)，则
△
t的计算公式为：
[0096][0097]
其中，tj为第二次喷涂时在第j段的作业时间；t
′k为第一次喷涂时在第k段的作业时间； t0为车辆转弯时间；t
延
为因不可控因素导致的延误时间；t
si
为第二次喷涂时在第i段的实时耗时；单位均为min。
[0098]
需要说明的是，在确定液膜下降速度阈值时，由于环境蒸发及其他不可控因素，液膜下降速度不会降至0，而是在降至较低水平后趋于稳定。优选的，设置阈值为首次喷涂后液膜下降速度的10％。
[0099]
通过采用上述技术方案，在进行室外和室内两次喷涂检测试验，并结合温度、湿度及风速数据，即可确定首喷量0.7v及补喷量v补。对于大面积施工作业，将液膜检测设备与喷涂设备共同搭载在车辆上，在首次喷涂后，利用车载液膜检测仪3对路面进行快速多点检测，同时实时收集施工地区环境参数，实现对二次补喷量的精确调控。
[0100]
对于施工面积较大，有多个子区域需要作业时，为了严格控制间隔时间，保证模型的准确性，应对各子区域逐个作业，完成对前一子区域的两次喷涂后再进行下一子区域的试验和喷涂。
[0101]
需要说明的是，如图3所示，喷检车包括：车身1以及设置在车身1上的储液罐2和液膜检测仪3；储液罐2的后端设置有喷洒装置4，喷洒装置4的下端为开口向下的喷洒口；车身1上端设置有连接杆5，连接杆5的一端向车头方向延伸，并与液膜检测仪3连接；车身1 上还设置有工控机，工控机通过数据线与液膜检测仪相连，可以储存液膜检测仪收集的数据并进行计算分析；工控机同时与喷洒装置中的流量检测仪相连，用于根据计算结果对喷涂速度和流量进行实时调整。
[0102]
液膜检测仪3中集成有温度传感器和湿度传感器，用于实时收集液膜厚度、温度和湿度数据。液膜检测仪3通过磁铁吸盘固定在连接杆5上。
[0103]
优选的，喷洒装置4的喷洒口处还设置有用于实时调节喷洒流量的流量控制仪。
[0104]
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。