沖擊回波法在套筒灌漿密實(shí)度檢測中的試驗(yàn)

劉 輝,李向民,許清風(fēng)

(上海市建筑科學(xué)研究院 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

沖擊回波法在套筒灌漿密實(shí)度檢測中的試驗(yàn)

劉 輝,李向民,許清風(fēng)

(上海市建筑科學(xué)研究院 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

采用沖擊回波法對不同類型和不同灌漿密實(shí)度的鋼筋套筒試件進(jìn)行了檢測試驗(yàn)，結(jié)果表明：對于套筒居中布置的試件，無論有、無分布鋼筋的影響，沖擊回波法均能對其密實(shí)度進(jìn)行定性判斷，但定量結(jié)果與實(shí)際情況存在一定誤差；對于鋼筋套筒雙排布置的試件，測試結(jié)果尚難以定性判斷鋼筋套筒的灌漿區(qū)和非灌漿區(qū)。總體而言，沖擊回波法測試套筒灌漿密實(shí)度具有一定的可行性，但尚應(yīng)在測試方式、分析方法等方面開展進(jìn)一步的工作,以提高檢測的精度和可靠性。

沖擊回波法；灌漿套筒；灌漿密實(shí)度；檢測

我國近年來正在大力推廣建筑工業(yè)化的發(fā)展，從中央到地方密集出臺了大量鼓勵、引導(dǎo)、扶持和推廣裝配式建筑發(fā)展的政策文件和具體措施，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)作為主要結(jié)構(gòu)型式已在新建建筑中逐步推廣。目前，國內(nèi)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中的受力鋼筋普遍采用套筒灌漿連接。由于鋼筋套筒灌漿連接構(gòu)造復(fù)雜，其內(nèi)部缺陷的檢測技術(shù)一直沒有突破，成為國內(nèi)外公認(rèn)的難點(diǎn)。隨著我國裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的不斷推廣應(yīng)用，研發(fā)出有效檢測鋼筋套筒灌漿連接內(nèi)部缺陷的方法顯得尤為急迫。

沖擊回波法(Impact-echo Method，簡稱IE法)是由美國康奈爾大學(xué)(Cornell University)和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)在20世紀(jì)80年代提出的一種混凝土無損檢測方法[1]，其采用的沖擊彈性波具有能量大、穿透力強(qiáng)、卓越頻率分布廣、現(xiàn)場操作方便等特點(diǎn)[2]，在土木工程中得到了廣泛應(yīng)用。2000年，沖擊回波法被美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(ASTM)確定為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法[3]。隨著技術(shù)的不斷成熟，JAEGER等[4]首次運(yùn)用沖擊回波法對預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)部的缺陷進(jìn)行了檢測，初步分析驗(yàn)證了該方法檢測后張預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)性的可行性。英國、意大利、日本等國也開始了對沖擊回波法的研究并取得了一定的成果，HILL等[5]進(jìn)行了沖擊回波法檢測后張預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)性的試驗(yàn)，COLLA等[6]提出了兩個灌漿孔道上混凝土厚度值計算的修正公式，OSLN等[7]運(yùn)用沖擊回波法成功評估了預(yù)應(yīng)力管道灌漿情況和混凝土橋面的病害，YAMADA等[8]進(jìn)一步發(fā)展了沖擊回波法評定孔道灌漿的掃描成像技術(shù)。20世紀(jì)80年代末，南京水利科學(xué)研究院率先在國內(nèi)開始了對沖擊回波法的研究[9]，并研發(fā)了一套用于混凝土結(jié)構(gòu)厚度及內(nèi)部缺陷探測的系統(tǒng)——IES-A型沖擊反射測試系統(tǒng)。近年來，國內(nèi)開展了大量基于沖擊回波法的混凝土缺陷、預(yù)應(yīng)力孔道灌漿和鋼管混凝土密實(shí)性等的工程質(zhì)量檢測研究與應(yīng)用，并取得了一定的效果[10-13]。此外，龐濤等[14]還采用沖擊回波法對裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)的漿錨連接節(jié)點(diǎn)密實(shí)度進(jìn)行了檢驗(yàn)，模型試驗(yàn)結(jié)果表明該方法對于測定漿錨節(jié)點(diǎn)的注漿密實(shí)情況和缺陷位置是可行的。

目前，基于沖擊回波法的鋼筋套筒灌漿密實(shí)度檢測的研究未見報道。基于此，筆者擬通過不同型號、不同灌漿密實(shí)度套筒試件的驗(yàn)證性試驗(yàn)，開展基于沖擊回波法檢測鋼筋套筒灌漿密實(shí)度的研究，以期為可能的工程應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)。

1 試件設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)計了兩類試件：Ⅰ類為套筒+外澆素混凝土，共3個試件，主要考察沖擊回波法在無鋼筋干擾下對套筒灌漿密實(shí)度的檢測效果；Ⅱ類為套筒+外澆混凝土且混凝土中配置分布鋼筋，共5個試件，主要考察沖擊回波法對于實(shí)際工程中的套筒灌漿密實(shí)度的檢測效果。套筒基本性能滿足JG/T 398-2012《鋼筋連接用灌漿套筒》要求，灌漿料基本性能滿足JG/T 408-2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》要求，混凝土強(qiáng)度等級為C30，鋼筋強(qiáng)度等級為HRB400。各試件的灌漿料用量按照設(shè)計密實(shí)度乘以100%密實(shí)度時所用灌漿料體積確定，且各試件均為豎向灌漿。試件基本信息如表1所示。各試件設(shè)計如圖1所示，試件設(shè)計參考了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ1-2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、國家標(biāo)準(zhǔn)圖集15G365-1《預(yù)制混凝土剪力墻外墻板》和15G365-2《預(yù)制混凝土剪力墻內(nèi)墻板》等。

表1 試件的結(jié)構(gòu)信息

2 測試方法

測試采用四川升拓檢測技術(shù)股份有限公司研發(fā)的預(yù)應(yīng)力多功能無損測試儀(SPC-MATS)。該儀器可選用改進(jìn)IE法、沖擊回波等效波速法(IEEV法)和沖擊回波共振偏移法(IERS法)。由于試件厚度是已知的，故選用IEEV法，其測試原理為：通過沿著套筒正上方的連續(xù)激振，激振的彈性波經(jīng)過套筒內(nèi)部非密實(shí)區(qū)時將發(fā)生繞行，從試件底面反射回來所用的時間將比灌漿完好的地方長(見圖2)，從而判斷出鋼筋套筒灌漿的密實(shí)區(qū)段和非密實(shí)區(qū)段。

在此試驗(yàn)中，測線為沿套筒方向的直線，測點(diǎn)間距設(shè)置為20～50 mm，具體間距根據(jù)套筒長度調(diào)整，套筒有效灌漿長度范圍測點(diǎn)不少于3個，每個測點(diǎn)激振2次。激振位置與傳感器間距保持20～50 mm，測點(diǎn)布置完成后，可以將下一個測點(diǎn)作為上一個測點(diǎn)的激振點(diǎn)，如圖3所示，測試由下至上進(jìn)行。

圖1 各試件設(shè)計圖

圖2 IEEV法測試套筒灌漿密實(shí)度基本原理示意

圖3 套筒灌漿密實(shí)度測試方案

3 測試結(jié)果與分析

第Ⅰ、Ⅱ類試件的照片及套筒灌漿密實(shí)度的沖擊回波法的檢測結(jié)果如圖4所示，其中各試件的檢測方向均為從灌漿孔往出漿孔方向。試驗(yàn)結(jié)果中的縱坐標(biāo)表示測試的長度(縱坐標(biāo)為0，表示為起始測點(diǎn))，橫坐標(biāo)則表示彈性波經(jīng)歷的路程(軟件中按除以2處理，以便與試件厚度對應(yīng))，由于波速為事先標(biāo)定好的確定值(試驗(yàn)中為4 000 m·s-1)，故橫坐標(biāo)所示實(shí)際為彈性波往返所用時間的一半。圖中的藍(lán)色豎線為基準(zhǔn)線，其對應(yīng)的橫坐標(biāo)為試件厚度，當(dāng)紅色頻譜橫坐標(biāo)超過藍(lán)色基準(zhǔn)線時，表示彈性波往返所用時間大于其在無缺陷區(qū)的時長，說明該區(qū)域?yàn)椴幻軐?shí)區(qū)；當(dāng)紅色頻譜橫坐標(biāo)與藍(lán)色基準(zhǔn)線重合時，表示彈性波往返所用時間等于其在無缺陷區(qū)的時長，說明該區(qū)域?yàn)槊軐?shí)區(qū)。其中SC1設(shè)計密實(shí)度為30%，測試顯示約66%的密實(shí)度;SC2設(shè)計密實(shí)度為60%，測試顯示約76%的密實(shí)度;SC3設(shè)計密實(shí)度為100%，測試顯示100%的密實(shí)度;GSR1設(shè)計密實(shí)度為60%，測試顯示約40%密實(shí)及約12%過渡段;GSR2設(shè)計密實(shí)度為100%，測試顯示100%的密實(shí)度;GSR3設(shè)計密實(shí)度為60%，測試顯示約47%密實(shí)及約15%過渡段;GSR4設(shè)計密實(shí)度為60%，無法區(qū)分下部的密實(shí)段和上部的非密實(shí)段;GSR5設(shè)計密實(shí)度為60%，無法區(qū)分下部的密實(shí)段和上部的非密實(shí)段。

圖4 各試件照片及測試結(jié)果

從圖4可以看出：

(1) 當(dāng)測點(diǎn)距離邊界小于5 cm左右時，該點(diǎn)能量頻譜受試驗(yàn)構(gòu)件邊界影響大，由于試驗(yàn)中試件GSR1～GSR5的長度等同于其內(nèi)套筒長度，故有比較明顯的邊界效應(yīng)，分析時應(yīng)剔除上、下邊緣處的影響。

(2) 對于套筒居中布置的試件，無論是無鋼筋干擾的試件SC1SC3，還是包含分布鋼筋的試件GSR1～GSR3，沖擊回波法均能夠大致定性地判斷出鋼筋套筒內(nèi)部的灌漿是否密實(shí)，但對于灌漿密實(shí)度定量測試結(jié)果的誤差有時較大、有時較小，這種差異可能是由于測點(diǎn)間距、測點(diǎn)處接觸面粗糙度和套筒壁厚與孔徑比等不同而引起的。

(3) 部分套筒居中布置的試件的測試圖譜中的密實(shí)區(qū)與不密實(shí)區(qū)間存在較為明顯的過渡段，考慮到實(shí)際注漿條件(豎直灌漿，上部處于自由狀態(tài)等)，過渡段有漿料但漿料不夠密實(shí)的可能性是存在的。

(4) 對于雙排梅花布置和雙排對稱布置的套筒試件GSR4和GSR5，測試結(jié)果并不理想，甚至難以定性地區(qū)分出套筒內(nèi)部的灌漿密實(shí)區(qū)和不密實(shí)區(qū)，其主要原因和解決方法需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

(1) 對于鋼筋套筒居中布置的灌漿套筒試件，無論有無分布鋼筋影響，沖擊回波法均能對其灌漿密實(shí)度進(jìn)行定性判斷，但其檢測結(jié)果存在一定誤差。

(2) 對于鋼筋套筒雙排布置的試件，測試結(jié)果尚難以定性判斷鋼筋套筒灌漿的密實(shí)區(qū)和非密實(shí)區(qū)，有待對沖擊回波法進(jìn)行深入的研究。

(3) 采用沖擊回波法測試套筒灌漿密實(shí)度具有一定的可行性，在一定條件下的測試結(jié)果較好，但還需在測試方式、分析方法等方面開展進(jìn)一步研究以提高其精度和可靠性。

致謝:在測試過程中得到了四川升拓檢測技術(shù)股份有限公司吳佳曄總經(jīng)理和張遠(yuǎn)軍工程師的幫助，特此致謝！

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Test on Detection of Grouting Compactness of Grout Sleeve by Impact-echo Method

LIU Hui, LI Xiang-min, XU Qing-feng

(Shanghai Key Laboratory of Engineering Structure Safety, Shanghai Research Institute of Building Sciences, Shanghai 200032, China)

A series of experiments on grout sleeve specimens with different types and different grouting compactness were carried out based on impact-echo method. Test results show that the impact-echo method is able to give a good qualitative judgment for specimens with the steel sleeve in the middle, with or without reinforced bars, but there are some errors in the quantitative analysis between the test result and the actual situation. For specimens with grout sleeve double row arrangement, it is difficult to distinguish the grouting zone and the non-grouting zone based on the test results. Overall, the impact-echo method is feasible to detect the grouting compactness of grout sleeve to some extent, but some further research on the testing and analysis method is still needed for its accuracy and reliability to be improved.

Impact-echo method; Grout sleeve; Grouting compactness; Detection

2016-11-01

上海市科委資助項(xiàng)目(15DZ1203506)；上海市住建委資助項(xiàng)目(建管2016-001-001)

劉 輝(1979- )，男，碩士,工程師，主要從事建筑工業(yè)化檢測的研究。

李向民，E-mail：13601902634@163.com。

10.11973/wsjc201704003

TG115.28；TU758.14

A

1000-6656(2017)04-0012-05