基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置及测量方法

本申请涉及混凝土喷射，具体地，涉及一种基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置及测量方法。

背景技术：

1、喷射混凝土施工主要是将胶凝材料、骨料、外加剂等材料按一定比例拌制的混凝土拌合物送入喷射设备，借助压缩空气或其它动力输送，高速喷射至受喷面后迅速凝结硬化所形成的一种混凝土。由于其具备机动灵活、操作简单和适用于复杂环境施工等多重优势，在隧道工程、地下工程、水利工程等建设中被广泛采用。

2、当混凝土拌合物喷射至壁面时，由于碰撞冲击作用骨料和浆体回弹现象严重。高的回弹率不仅会导致材料的过度消耗，成本增加，而且施工过程中会产生大量粉尘危害施工人员健康。喷射混凝土回弹率的影响因素众多，混凝土内部组分、配合比、工艺参数、喷射环境等均会不同程度影响回弹率的大小。因此，回弹率的测量对喷射混凝土的发展至关重要。

3、目前，回弹率主要是基于称重法测量，即混凝土喷射后对回弹料和实际消耗的物料人工称量计算得到。此方法不仅在称重的过程需要耗费大量人力，而且该过程中需要耗费一定的时间，物料可能会受到周围环境影响质量发生改变进而影响计算的结果。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置及测量方法，用以解决现有技术中存在的不足。

2、为达上述目的，第一方面，本申请提供了一种基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，其特征在于，包括：

3、试验仓；

4、受喷面模拟系统，设置于所述试验仓上，用于模拟受喷壁面；

5、混凝土喷射系统，所述混凝土喷射系统中的喷枪设置于所述试验仓上，所述喷枪朝向所述受喷面模拟系统；

6、环境模拟系统，设置于所述试验仓，用于模拟不同工况的环境情况；和

7、回弹率测试系统，包括回弹料收集固定箱、控制台和激光雷达扫描仪，所述回弹料收集固定箱设置于所述试验仓的底部，用于收集回弹的混凝土料，所述激光雷达扫描仪设置于所述试验仓上，用于分别扫描所述回弹料收集固定箱和所述受喷面模拟系统上的混凝土体积，所述控制台电性连接所述激光雷达扫描仪，用于根据扫描的所述回弹料收集固定箱和所述受喷面模拟系统上的混凝土体积测算出混凝土的回弹率。

8、结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述受喷面模拟系统布置于所述试验仓的周侧壁或顶侧壁上。

9、结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述受喷面模拟系统包括：

10、壁面模拟本体，可拆卸地设置于所述试验仓，所述试验仓上设有收容所述壁面模拟本体的壁面容置槽；

11、壁面温控模组，与所述壁面模拟本体背向所述喷枪的一侧连接，用于调节所述壁面模拟本体的温度；和

12、喷射模具，设置于所述试验仓上并位于所述壁面模拟本体朝向所述喷枪的一侧，所述喷射模具与所述壁面模拟本体对应，用于接收喷射的混凝土。

13、结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述壁面温控模组包括：

14、导热板，设置于所述壁面模拟本体背向所述喷枪的一侧；和

15、加热控制器，电性连接所述导热板，用于调节所述导热板的温度。

16、结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述喷射模具通过模具固定模组固定在所述试验仓上，其中，所述喷射模具与所述模具固定模组可拆卸连接。

17、结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述回弹料收集固定箱包括：

18、底板；

19、四个活动侧板，沿所述底板的四周分布，四个所述活动侧板两两相对布置；和

20、直线驱动机构，每个所述活动侧板均对应布置有所述直线驱动机构，所述直线驱动机构用于驱动相应的所述活动侧板朝相对布置的另一个所述活动侧板靠近或远离。

21、结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述环境模拟系统包括：

22、温度控制器，用于调控所述试验仓内的温度；和

23、湿度控制器，用于调控所述试验仓内的空气湿度。

24、结合第一方面，在一种可能的实施方式中，所述混凝土喷射系统还包括：

25、物料搅拌仓，用于搅拌并存储混凝土；

26、空气压缩机，通过供气管道连接所述物料搅拌仓，用于向所述物料搅拌仓提供压缩空气；和

27、输送管道，一端与所述物料搅拌仓的出料口连接，另一端与所述喷枪连接，用于向所述喷枪输送待喷射的混凝土。

28、为达上述目的，第二方面，本申请还提供了一种喷射混凝土回弹率测量方法，其特征在于，基于上述第一方面提供的基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，所述喷射混凝土回弹率测量方法包括：

29、通过所述环境模拟系统模拟出待测量工况的环境，并通过所述激光雷达扫描仪采集未喷射时所述回弹料收集固定箱体积参数v0和所述受喷壁面上混凝土的体积参数v1；

30、配制新拌混凝土，通过所述混凝土喷射系统中的所述喷枪向所述受喷壁面喷射直至喷射时间到达t结束喷射；

31、通过所述激光雷达扫描仪采集喷射时间t时所述受喷壁面上混凝土的体积参数v2、所述回弹料收集固定箱和所述回弹料收集固定箱中回弹料的体积参数v3；

32、根据公式计算出喷射混凝土的回弹率r：

33、

34、其中，r为喷射混凝土的回弹率，％；v0为所述回弹料收集固定箱的体积，m3；v1为未喷射时所述受喷壁面上混凝土的体积，m3；v2为喷射时间t后所述受喷壁面上混凝土体积，m3；v3为所述回弹料收集固定箱和所述回弹料收集固定箱中回弹料的体积，m3。

35、结合第二方面，在一种可能的实施方式中，所述配制新拌混凝土，通过所述混凝土喷射系统中的所述喷枪向所述受喷壁面喷射直至喷射时间到达t结束喷射的步骤之前还包括进行预喷试验；

36、其中，所述预喷试验为：配制新拌混凝土，并向所述受喷面预喷混凝土直至填满，多次测试确定所述新拌混凝土测试所需拌合量和喷射时间t。

37、相比于现有技术，本申请的有益效果：

38、本申请提供了一种基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置及测量方法，其中，基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置通过激光雷达扫描仪能够自动快速扫描回弹料收集固定箱和受喷面模拟系统上的混凝土的轮廓得到混凝土的体积，再通过控制台实现回弹率的自动测量计算，测量计算的信息化、自动化程度高，人为干预少，实现了回弹率的快速测量。

39、进一步的，通过环境模拟系统模拟不同工况下的环境情况，以及通过受喷面模拟系统模拟受喷壁面，以模拟研究喷射环境对喷射混凝土回弹率的影响，进而优化喷射技术，减少回弹损失，指导实际施工。

40、本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，其特征在于，所述受喷面模拟系统(200)布置于所述试验仓(100)的周侧壁或顶侧壁上。

3.根据权利要求1所述的基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，其特征在于，所述受喷面模拟系统(200)包括：

4.根据权利要求3所述的基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，其特征在于，所述壁面温控模组(220)包括：

5.根据权利要求3所述的基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，其特征在于，所述喷射模具(230)通过模具固定模组(240)固定在所述试验仓(100)上，其中，所述喷射模具(230)与所述模具固定模组(240)可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，其特征在于，所述回弹料收集固定箱(510)包括：

7.根据权利要求1所述的基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，其特征在于，所述环境模拟系统(400)包括：

8.根据权利要求1-7中任一项所述的基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，其特征在于，所述混凝土喷射系统(300)还包括：

9.一种喷射混凝土回弹率测量方法，其特征在于，基于权利要求1-8中任一项所述的基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置，所述喷射混凝土回弹率测量方法包括：

10.根据权利要求9所述的喷射混凝土回弹率测量方法，其特征在于，所述配制新拌混凝土，通过所述混凝土喷射系统(300)中的所述喷枪(310)向所述受喷壁面喷射直至喷射时间到达t结束喷射的步骤之前还包括进行预喷试验；

技术总结
本申请公开了一种基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置及测量方法，涉及混凝土喷射技术领域。基于激光扫描的喷射混凝土回弹率测量装置包括试验仓、受喷面模拟系统、混凝土喷射系统、环境模拟系统和回弹率测试系统；受喷面模拟系统用于模拟受喷壁面；混凝土喷射系统的喷枪设置于试验仓上；环境模拟系统用于模拟不同工况的环境情况；回弹率测试系统包括回弹料收集固定箱、控制台和激光雷达扫描仪，控制台用于根据扫描的回弹料收集固定箱和受喷面模拟系统上的混凝土体积测算出混凝土的回弹率，自动化程度高、实现快速测量。可模拟研究喷射环境对喷射混凝土回弹率的影响，进而优化喷射技术，减少回弹损失，指导实际施工。

技术研发人员：元强,於成龙,胡朝龙,田义,路大鹏,付谦,杨乾
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16