裝配整體式混凝土建筑灌漿料充盈度的超聲檢測

， ，，卓琳

(1.上海同濟檢測技術有限公司，上海 200092； 2.上海市建設工程檢測行業協會，上海 200032； 3.上海市建筑科學研究院 上海市工程結構安全重點實驗室，上海 200032)

裝配整體式混凝土建筑是以預制混凝土構件為主要構件，經裝配、連接并進行部分現澆形成的混凝土建筑。成品混凝土構件是由構件生產單位工廠化制作而成的。裝配整體式混凝土建筑具有效率高、質量好、經濟合理等特點；滿足標準化、規模化的技術要求；滿足節能減排、清潔生產、綠色施工等環保要求。隨著我國城市化進程的不斷加快，大力發展裝配整體式混凝土建筑，推進建筑體系工業化進程，是實現建筑業可持續發展的必然選擇。裝配整體式混凝土建筑基本具有現澆混凝土結構的所有優點，但裝配整體式混凝土建筑的質量控制與檢測技術相對滯后。在現有的檢測技術中，比較有效的是北京智博聯科技股份有限公司發明的采用傳感器檢測套筒灌漿料充盈度的新方法，但在實際應用時，由于考慮成本，不可能在每個套筒中都預先埋置傳感器，因此只能采用抽查的方式進行檢測。另外，X射線工業CT法雖然成像清晰，但只限于在實驗室內檢測平行試件[1]；沖擊回波法具有一定的可行性，但適用范圍有限[2]。因此，目前還沒有一種成本相對較低且能夠全面檢測灌漿料充盈度的方法。文章采用的方法適用于裝配式混凝土構件漿錨連接施工節點，以及構件水平黏結縫中灌漿料充盈度的超聲波檢測，研究成果可為裝配整體式混凝土建筑的質量控制及其檢測技術體系的建立提供有效手段。

1 超聲波檢測灌漿料充盈度的方法

現有的裝配式混凝土構件的漿錨裝配方式為：上構件的下端具有鋼筋容納孔，下構件的上端伸出鋼筋，在上構件與下構件拼接時鋼筋伸入到鋼筋容納孔中。同時，上構件設置有與鋼筋容納孔連通的灌漿口和出漿口，將砂漿通過灌漿口持續注入，當充滿上、下構件水平黏結縫和上構件中的鋼筋容納孔后，多余的砂漿通過出漿口流出，即視為完成灌漿步驟。然而，在實際操作過程中，因為工藝技術以及人員素質、設備等原因，并不能保證灌漿料全部填充滿縫隙。灌漿完成后，需要檢測灌漿料注入鋼筋容納孔內的填充程度，以及上構件和下構件的水平黏結縫中是否填滿了灌漿料，該類檢測項目稱為灌漿料充盈度的檢測。

灌漿料充盈度檢測參照混凝土超聲檢測技術的原理[3]，即采用超聲波斜對測或者對測的方法，測量漿錨節點處的灌漿料或水平黏結縫中灌漿料的聲速、波幅等聲學參數，并根據這些參數及其相對變化分析判斷灌漿料的充盈度，達到灌漿施工質量控制的目的。

1.1 漿錨施工節點灌漿料充盈度檢測

漿錨施工節點充盈度檢測選用發射頻率為500 kHz，接收頻率為250 kHz，端面輻射直徑為10 mm的超聲換能器。圖1為超聲波同心圓等距斜對測方法檢測原理示意。在圓心位置發射，8個超聲波接收點在發射點相對的構件反面的同心圓圓周上呈米字形分布，如圖1(a)所示。在實際應用中，可以專門制作一個模具，模具的形狀類似于圖1(a)所示的圖形，這樣操作者在確定圓心的位置后，直接套用該模具即可方便完成8個所述超聲波接收點的布置。

超聲測試時，換能器輻射面應通過耦合劑與構件上的測試面良好耦合。同心圓圓心位于構件上出漿口的相對反面，圓心必須嚴格定位，并可以由工廠預制時在底模上標注形成，或者做一個U形的平底量具，U形量具平行的兩邊有尺寸刻度，量具的底邊比構件板厚略寬，把量具套在構件下端鋼筋容納孔的中間時，在構件的兩個側面上可同時對稱標出發射點和同心圓的圓心位置。同心圓半徑為30 mm，在每個漿錨節點布置8對測點，即出漿口的水平方向上有2對，水平線上、下各有3對測點[見圖1(b)中右側示出的同心圓R0上的3個R1、2個R2以及3個R3]，對比這8對測點超聲檢測的聲學參數，可判斷該漿錨施工節點的充盈度。在工程檢測中，也可以將N個漿錨節點的水平線上、中、下各R1、R2、R3測點相應的超聲檢測聲學參數進行統計和對比，得到判斷結果。

圖1 超聲波同心圓等距斜對測法檢測原理示意

同心圓的直徑取60 mm，其設計的思路是：當漿錨節點位于板厚的中間時，板厚二分之一處的超聲輻射的同心圓直徑約30 mm，通常漿錨孔徑為40 mm左右，超聲波的主聲束正好在漿錨孔徑中。曾考慮在同心圓的上下左右簡單布置超聲測點4對，也可以將檢測數據進行比對，但按圖1(a)所示換能器的8點布置，可以增加一倍的檢測信息量。此外，采用在構件一側的同心圓圓心發射，在構件另一側同心圓的圓周上接收的斜對測法超聲檢測，是為了增加超聲波聲束在灌漿料中通過的路程。直徑為40 mm同心圓的檢測結果不如直徑為60 mm同心圓的。文中同心圓的直徑取60 mm是針對板厚為200 mm的構件，板厚不同時，可根據檢測構件尺寸設計相應直徑的同心圓。

1.2 水平黏結縫中灌漿料的充盈度檢測

水平黏結縫中灌漿料的充盈度檢測也是選用發射頻率為500 kHz、接收頻率為250 kHz、輻射端面直徑為10 mm的換能器。通常，超聲波發射換能器發出的超聲波頻率越高，波長越短，其檢測靈敏度越高，但傳播距離越小[4]。對于裝配整體式混凝土建筑構件水平黏結縫寬度為200 mm的情況，選擇發射頻率為500 kHz、接收頻率為250 kHz的超聲波頻率的檢測結果最好。接收頻率為250 kHz的換能器比通常混凝土檢測用的50 kHz換能器的工作頻率高，波長縮短了4/5。

上、下2個構件連接處水平黏結縫灌漿料充盈度的檢測步驟如下：首先,在構件水平黏結縫的正反兩側先確定一個對稱的起點，并沿水平黏結縫在構件的正反兩側同向以100～200 mm等間距(間距按需而定)布置任意對超聲測點，即在規定了水平黏結縫的正反兩側起點后，依次按確定的等間距間隔，用1，2，3，4，…，X編號；然后，將發射、接收換能器分別置于水平黏結縫的正反兩側對稱的起點編號1處進行檢測后，依次按2，3，4，…，X編號同向移動換能器進行檢測。檢測結束后對檢測數據進行統計分析，評定上、下構件水平黏結縫灌漿料充盈度是否飽滿或存在局部空腔。如存在空腔，可以通過移動換能器判斷缺陷的位置和大小。在工程檢測中，還可以用于檢測批量水平黏結縫的灌漿料充盈度。每條水平黏結縫為一個檢測單元，M條水平黏結縫構成一個檢測單元體系，依次檢測每條水平黏結縫上X個“發射～接收”一一成對的超聲測點，獲取檢測部位的聲學參數。基于對M條所述檢測單元體系對應的全部超聲波測點的超聲檢測聲學參數的統計分析，來判斷水平黏結縫內灌漿料的充盈度。

2 試驗及工程檢測實例

2.1 漿錨施工節點灌漿料充盈度的檢測

試件成型尺寸(長×寬×高)為200 mm×200 mm×350 mm。試件制作時，先在模具的中央放置直徑為35 mm的波紋管，混凝土澆注后將波紋管抽出，再插入長度為16 mm的鋼筋，澆注灌漿料，固定鋼筋至試件高度的一半左右。超聲檢測時，先在試件側面標出灌漿料的高度，并且作為同心圓的圓心水平面。表1，2，3分別為3個試件A4，A2，A9(A2和A9試件的鋼筋布置方式與A4不同，見表4)的檢測數據，表中測點序號04，05為同心圓水平線上的2對測點，同心圓水平線位于灌漿面，01，02，03以及06，07，08分別是同心圓水平線上、下部的各3對測點。表4匯總的檢測數據表明，同心圓水平線上未灌漿3點的檢測聲學參數明顯比中2點、下3點差，未灌漿部位的01，02，03測點聲速的平均值要比灌漿部位的06，07，08測點聲速的平均值低0.1 km·s-1以上。

表1 A4試件同心圓法檢測數據

表2 A2試件同心圓法檢測數據

表3 A9試件同心圓法檢測數據

表4 A4,A2,A9試件檢測數據對比

表4中對比試件的漿錨孔徑均為35 mm。當漿錨孔徑增大時，同心圓水平線上、中、下測點的對比效果更好。在采用外徑48 mm腳手架鋼管模擬漿錨孔徑的試件上，分別采用不同頻率的換能器檢測，應用500 kHz～250 kHz(發射頻率～接收頻率)、250 kHz～250 kHz、100 kHz～100 kHz各組合換能器檢測的聲速、波幅如表5所示。

表5 48 mm漿錨孔徑試件的超聲檢測數據

經過對比發現：發射頻率500 kHz、接收頻率250 kHz的組合檢測效果最佳，下3點、中2點與上3點的聲速與波幅的區別比較大；發射與接收為250 kHz的組合次之；發射與接收頻率均為100 kHz的組合檢測結果相對較差。

2.2 水平黏結縫灌漿料充盈度的檢測

表6為某工地上、下構件間水平黏結縫灌漿料充盈度的檢測數據。檢測出灌漿料中的嚴重缺陷為：測點002-05，002-06，002-08,003-01的超聲聲速比平均聲速小了近1.0 km·s-1，查知這些部位是機電PVC(聚氯乙烯)管道穿過的地方，其周圍相鄰測點聲學數據也偏低，表明這些測點的內部的灌漿料充盈也不飽滿。

圖2 各類高頻、小直徑輻射端面的換能器外觀

上、下構件間水平黏結縫灌漿料充盈度的檢測位置通常都位于樓面與墻體轉角處。漿錨節點灌漿料充盈度檢測采用的是高頻、小直徑輻射端面的換能器(見圖2)，目的是為了使換能器能在轉角位置檢測時操作方便。

3 結語

(1) 裝配整體式混凝土建筑質量檢測方法是針對灌漿料充盈度評判而創新設計的，其簡單實用、操作方便，可為裝配整體式混凝土建筑的質量控制及其檢測技術體系的建立提供有效手段。

(2) 提出了適用于裝配式混凝土構件漿錨施工節點以及水平黏結縫中灌漿料充盈度的超聲波檢測方法，其中超聲波同心圓等距檢測方法是在傳統超聲檢測技術上的創新，高頻、小直徑輻射端面的換能器是對傳統換能器的優化。

表6 某工地上、下構件間水平黏結縫灌漿料充盈度檢測數據

(3) 采用高頻、小直徑輻射端面的換能器，依據“聲速、波幅”檢測灌漿料充盈度的判別原則，通過相同測位檢測數據的比對或者與全部檢測數據平均值的比對，能有效判定裝配整體式混凝土建筑灌漿施工的缺陷位置和大小。

[1] 高潤東,李向民, 張富文, 等. 基于X射線工業CT技術的套筒灌漿密實度檢測試驗[J]. 無損檢測, 2017, 39(4): 6-11, 37.

[2] 劉輝,李向民, 許清風. 沖擊回波法在套筒灌漿密實度檢測中的試驗[J]. 無損檢測, 2017, 39(4): 12-16.

[3] 林維正. 土木工程質量無損檢測技術[M]. 北京：中國電力出版社，2008.

[4] 吳慧敏. 結構混凝土現場檢測技術[M]. 長沙：湖南大學出版社，1988.