基于TRIZ 理論裝配式建筑套筒灌漿飽滿度檢測方法探討

饒曉文；郭容寬

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，南寧530007）

0 引言

目前，國家著力發(fā)展低碳環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用的混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等裝配式建筑，預(yù)計(jì)未來10 年，在我國新建建筑中，裝配式建筑比例將達(dá)到30%。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)主要包括裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)、全裝配混凝土結(jié)構(gòu)等，當(dāng)前應(yīng)用較多的還是裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是高層建筑。裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制構(gòu)件與構(gòu)件之間的連接是決定整體質(zhì)量的關(guān)鍵。鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是規(guī)范推薦的預(yù)制構(gòu)件鋼筋連接技術(shù)，也是目前國內(nèi)外普遍采用的一種連接方式，但是在國內(nèi)施工現(xiàn)場操作中，鋼筋套筒灌漿連接接頭的質(zhì)量還不太穩(wěn)定，容易出現(xiàn)填充不飽滿的情況，因此急需有效的檢測手段對其質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控和檢查。針對鋼筋套筒灌漿飽滿度檢測的問題，比較準(zhǔn)確的檢測方法就是破損檢測，但是會對結(jié)構(gòu)造成一定的破壞。國內(nèi)外的技術(shù)專家和學(xué)者也提出了一些無損檢測的方法，主要有超聲波檢測法、工業(yè)CT 檢測法、便攜式X 射線技術(shù)、預(yù)埋傳感器檢測法、預(yù)埋鋼絲拉拔法、內(nèi)窺鏡法、預(yù)成孔檢測法、沖擊回波檢測法等，這些方法多少都存在一些問題，如：只能檢測出漿口處的缺陷，檢測成本較高，適用范圍有局限性，復(fù)雜情況下檢測不準(zhǔn)確，對現(xiàn)場造成污染，不太適用于施工現(xiàn)場檢測等[1-9]。

TRIZ 起源于前蘇聯(lián)，它是俄文“發(fā)明問題解決理論”的縮寫。前蘇聯(lián)人根里奇·阿奇舒勒分析研究大量不同領(lǐng)域的專利，發(fā)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展是遵循一定的客觀規(guī)律的，創(chuàng)造發(fā)明是有規(guī)律可循的，從而總結(jié)出解決技術(shù)問題的思考方法，幫助人們搞發(fā)明，創(chuàng)造新產(chǎn)品[11]。TRIZ 理論并非一層不變，在根里奇·阿奇舒勒創(chuàng)立的經(jīng)典TRIZ 理論的基礎(chǔ)上，他的弟子將這一理論進(jìn)行了擴(kuò)展和補(bǔ)充，形成了現(xiàn)代TRIZ 理論體系，越來越多的專家學(xué)者開始研究這一理論，到目前仍處于發(fā)展之中。現(xiàn)今世界各大領(lǐng)先的企業(yè)都在運(yùn)用TRIZ 理論解決技術(shù)難題，開發(fā)高質(zhì)量的創(chuàng)新產(chǎn)品。因此我們可以將TRIZ 理論應(yīng)用到套筒灌漿飽滿度檢測技術(shù)的研發(fā)中，幫助我們解決套筒灌漿飽滿度檢測的技術(shù)難題。由于TRIZ 理論在國內(nèi)土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用較少，這一研究同時也為TRIZ 理論在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展提供參考。

1 運(yùn)用TRIZ 工具解決套筒灌漿連接飽滿度檢測問題

1.1 套筒灌漿連接飽滿度檢測問題的項(xiàng)目概況

鋼筋套筒灌漿連接是在預(yù)制混凝土構(gòu)件內(nèi)預(yù)埋的金屬套筒中插入鋼筋并灌注水泥基灌漿料而實(shí)現(xiàn)的鋼筋連接方式，簡稱套筒灌漿連接[13]。我們將套筒灌漿連接視為一個工程系統(tǒng)。

1.2 確定項(xiàng)目目標(biāo)及問題的進(jìn)一步描述

項(xiàng)目目標(biāo)：一種鋼筋套筒灌漿飽滿度檢測方法，方法簡單有效，現(xiàn)場人員可以判斷出灌漿料是否填充密實(shí)。

鋼筋套筒灌漿飽滿度檢測，問題主要在于套筒預(yù)埋在預(yù)制構(gòu)件中，套筒外有混凝土層包裹，灌漿完成后套筒不可見。灌漿料填充于套筒內(nèi)，灌漿料外有套筒包裹，灌漿料也不可見。目前現(xiàn)場常用檢驗(yàn)方法是灌漿料凝固后，取下排漿孔封堵膠塞，檢查孔內(nèi)凝固的灌漿料上表面應(yīng)高于排漿孔下緣5mm 以上[12-13]。國內(nèi)外的技術(shù)專家和學(xué)者也提出了一些無損檢測的方法，這些方法多少都存在一些問題。該問題主要涉及施工現(xiàn)場操作、管理、監(jiān)督人員。系統(tǒng)組件主要包括：金屬套筒、連通腔、套筒內(nèi)部空隙、上部預(yù)制構(gòu)件、下部預(yù)制構(gòu)件、PVC 管排漿口、PVC 管灌漿口、灌漿料、封縫料、橡膠塞。

1.3 分析問題的最終理想解

解決方案的理想愿景：灌漿料在連通腔和套筒空隙中自動填充密實(shí)或充盈程度顯而易見，且沒有其他任何有害的副作用，無需檢測。

1.4 因果分析和資源分析

1.4.1 因果分析

對套筒灌漿飽滿度難以檢測的問題采用因果鏈進(jìn)行分析，找出產(chǎn)生問題的潛在原因，如圖1 所示。

創(chuàng)意解1：在制作預(yù)制構(gòu)件時，選取1～2 個套筒，預(yù)先讓套筒部分裸露，也就是其表面的混凝土保護(hù)層有一部分是缺失的，便于后續(xù)觀察和檢測，待灌漿檢測完成后再將保護(hù)層補(bǔ)上。

通過因果分析，套筒單排布置或梅花形布置，構(gòu)件尺寸較小等都有利于檢測，不過在相關(guān)文獻(xiàn)[5-6]中已有論述，此處不再贅述。

1.4.2 資源分析

對套筒灌漿料連接這一工程系統(tǒng)展開資源分析，尋找有利于檢測的資源，如圖2 所示。

創(chuàng)意解2：在套筒中漿料不易飽滿的位置（如：套筒頂部）布置微型壓力感應(yīng)器，通過測試灌漿料凝固后產(chǎn)生的側(cè)向壓力來確定漿料是否填充飽滿。

圖1 因果鏈分析圖

圖2 九屏幕法

1.5 利用和查詢科學(xué)效應(yīng)知識庫

科學(xué)效應(yīng)知識庫是將數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、土木等各個學(xué)科的效應(yīng)收集整理而成的一個知識庫，有助于我們突破個人知識和專業(yè)背景的局限，從而尋求問題的解決方案。

本文所研究的問題需要實(shí)現(xiàn)的功能是：如何檢測灌漿料在套筒和連通腔內(nèi)填充的飽滿程度或者說如何檢查套筒和連通腔中的空隙。通過查詢《功能代碼表》、牛津大學(xué)的Effects DATABASEYI 以及技術(shù)創(chuàng)新知識庫Pro/solutions KB 等科學(xué)效應(yīng)庫找到實(shí)現(xiàn)功能的科學(xué)效應(yīng)。

創(chuàng)意解3：在灌漿料中混入鐵磁物質(zhì)，通過探測鐵磁物質(zhì)來檢測灌漿料的飽滿程度。

創(chuàng)意解4：通過測量灌漿套筒的電阻值，將測量值與灌漿飽滿的套筒電阻值進(jìn)行比較，可以定性判斷灌漿料填充是否飽滿。

創(chuàng)意解5：通過測量灌漿套筒的阻抗，將測量值與灌漿飽滿的套筒阻抗進(jìn)行比較，可以定性判斷灌漿料填充是否飽滿。

創(chuàng)意解6：電阻層析成像技術(shù)（ERT）或電阻率成像（ERI），是一種新型無損檢測技術(shù)，可以在不損壞原結(jié)構(gòu)的條件下，通過電測量得到被檢測物體的內(nèi)部成像。

創(chuàng)意解7：電阻抗層析成像，一種醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，將導(dǎo)電電極附接到受試者的皮膚，并且將小的交流電施加至一些或所有電極，測量所得的電勢。參考這一技術(shù)，考慮將導(dǎo)電電極接到套筒灌漿口和排漿口上，并將小的交流電施加至所有電極，測量所得電勢，并與內(nèi)部飽滿的灌漿套筒進(jìn)行比較。

1.6 技術(shù)矛盾分析（表1）

1.7 創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件

使用國外某創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件，繪制項(xiàng)目問題的功能模型圖（如圖3），根據(jù)軟件提示產(chǎn)生解決問題的創(chuàng)意。

創(chuàng)意解9：用不同的頻率振動套筒，直到產(chǎn)生共鳴反應(yīng)，根據(jù)套筒的共鳴頻率來估計(jì)灌漿料的飽滿度。

創(chuàng)意解10：在套筒中容易填充不到位的地方，先涂上可不同顏色可溶解的漆，當(dāng)灌漿料流經(jīng)這些部位，灌漿料會攜帶有顏色的漆，流出灌漿口時，施工人員可以觀察到，從而判斷灌漿料在套筒各個部位是否填充飽滿。

1.8 對創(chuàng)意概念解用努力影響矩陣對其進(jìn)行評分

如圖4 所示，應(yīng)用努力影響矩陣，從技術(shù)復(fù)雜程度和財(cái)務(wù)影響兩個方面考慮，創(chuàng)意解6 和創(chuàng)意解10 對解決該問題的效果是比較好的。

表1 技術(shù)矛盾分析

圖3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件功能模型圖

經(jīng)過對創(chuàng)意解6 和創(chuàng)意解10 做進(jìn)一步研究，在創(chuàng)意解6 中提到的電阻層析成像技術(shù)相比電阻率成像更適合檢測套筒灌漿飽滿度，最后給出2 個具體的問題解決方案：

方案1：電阻層析成像技術(shù)（ERT）可以在不損壞原結(jié)構(gòu)的條件下，通過電測量實(shí)現(xiàn)被檢測物體的內(nèi)部成像，從而觀察套筒內(nèi)漿料的飽滿程度。

方案2：在套筒中容易填充不到位的地方，先涂上可不同顏色可溶解的漆，當(dāng)灌漿料流經(jīng)這些部位，灌漿料會攜帶有顏色的漆，流出灌漿口時，施工人員可以觀察到，從而判斷灌漿料在套筒各個部位是否填充飽滿。

圖4 努力影響矩陣圖

2 結(jié)論

本文針對套筒灌漿飽滿度檢測問題，依次采用TRIZ理論中的因果分析、資源分析、矛盾分析、物場分析及TRIZ 創(chuàng)新設(shè)計(jì)軟件等工具對問題進(jìn)行識別和解決，提出了多個創(chuàng)意概念解，最后應(yīng)用努力影響矩陣對創(chuàng)意概念解進(jìn)行評價，提出了2 個較為切實(shí)可行的解決方案。方案1電阻層析成像技術(shù)可以較為準(zhǔn)確的檢測灌漿飽滿度，并能形成套筒內(nèi)部的圖像具體觀測哪里存在缺陷；方案2 在套筒中不易灌漿飽滿的部位先涂上不同顏色的可溶解漆料，可以在施工現(xiàn)場快速對灌漿飽滿程度給出一個定性的判斷。上述兩種解決方案為裝配式建筑套筒灌漿飽滿度檢測這一技術(shù)難題的解決提供了很好的參考，同時促進(jìn)TRIZ 理論在國內(nèi)工程技術(shù)領(lǐng)域的普及應(yīng)用。