建筑接點(diǎn)連接處套筒灌漿料缺陷的可行性研究

徐建元，劉夢(mèng)溪 （江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

1 概述

在我國(guó)的建筑工程中，應(yīng)用現(xiàn)澆法施工比較成熟。由于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)可以使建筑物擁有較好的抗震和受力性能，所以得到了廣泛的應(yīng)用。然而現(xiàn)澆法施工也有較多的缺點(diǎn)，如浪費(fèi)原材料和人力、施工周期較長(zhǎng)、有較大的噪音且會(huì)污染環(huán)境，不符合可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的基本國(guó)策。所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光來(lái)看，現(xiàn)澆法施工已經(jīng)在一定程度上限制了建筑業(yè)的發(fā)展。現(xiàn)階段，裝配式建筑在我國(guó)發(fā)展勢(shì)頭較好。相比于目前的現(xiàn)澆法施工，具有節(jié)能、節(jié)材的顯著優(yōu)勢(shì)。

但是，目前裝配式建筑發(fā)展也遇到了各種難題，裝配式結(jié)構(gòu)體系需要進(jìn)一步的進(jìn)行完善以推動(dòng)建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。近年來(lái)，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展迅速，但是也存在很多制約其發(fā)展的因素，其中裝配式構(gòu)件之間的連接便是關(guān)鍵因素之一。在裝配式結(jié)構(gòu)中，目前主要采用灌漿套筒來(lái)連接兩個(gè)部件，這也是最常用的一種鋼筋連接方式。由于套筒預(yù)埋在構(gòu)件內(nèi)部，所以套筒灌漿屬于隱蔽工程，無(wú)法直接判斷灌漿的密實(shí)程度。而灌漿質(zhì)量又會(huì)影響建筑物的抗震和受力性能，所以灌漿密實(shí)是保證裝配式結(jié)構(gòu)安全的前提。灌漿套筒連接件結(jié)構(gòu)為金屬和非金屬介質(zhì)交替:套筒外部為混凝土，內(nèi)部為連接鋼筋，套筒和鋼筋之間的空腔灌注高強(qiáng)砂漿完成上下兩個(gè)構(gòu)件的連接，如圖1、圖2所示。

圖1 套筒灌漿連接施工

圖2 套筒示例

2 沖擊回波法原理

本體系基于沖擊回波法（IE法），通過(guò)側(cè)壁激振、接受的方式，對(duì)灌漿缺陷的位置、規(guī)模等進(jìn)行定位測(cè)試。測(cè)點(diǎn)間距宜設(shè)置為 0.02m～0.05m，具體間距根據(jù)套筒長(zhǎng)度設(shè)置，套筒有效灌漿長(zhǎng)度范圍測(cè)點(diǎn)不少于3個(gè)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)激振2次。激振位置與傳感器間距保持0.02m～0.05m，測(cè)點(diǎn)布置完成后，可以把下一個(gè)測(cè)點(diǎn)作為上一個(gè)測(cè)點(diǎn)的激振點(diǎn)。如圖3所示，測(cè)試由下至上進(jìn)行。

圖3 套筒灌漿質(zhì)量測(cè)試

采用以下方法：

①改進(jìn)IE法：通過(guò)改進(jìn)頻譜分析方法，提高了分辨力；

②沖擊回波等效波速法（IEEV）；

③沖擊回波共振偏移法（IERS）。

基本原理概述：

根據(jù)在套筒位置反射信號(hào)的有無(wú)以及墻背面的反射時(shí)間的長(zhǎng)短，即可判定套筒是否存在灌漿缺陷。當(dāng)套筒灌漿存在缺陷時(shí)，有：

圖4 改良沖擊回波法測(cè)試原理

①激振的彈性波在缺陷處會(huì)產(chǎn)生反射（IE法的理論基礎(chǔ)）；

②激振的彈性波經(jīng)過(guò)缺陷時(shí)，從墻背面反射回來(lái)所用的時(shí)間比灌漿完好的地方長(zhǎng)，其等效波速（2倍墻厚/來(lái)回的時(shí)間）變慢（IEEV法的理論基礎(chǔ)）；

③當(dāng)激振信號(hào)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)自由振動(dòng)的半波長(zhǎng)與缺陷的埋深接近時(shí)，缺陷反射與自由振動(dòng)可能產(chǎn)生共振的現(xiàn)象，使得自由振動(dòng)的半波長(zhǎng)趨近于缺陷埋深（即共振偏移，IERS法的理論基礎(chǔ)）。

3 試驗(yàn)樣品制備及檢測(cè)驗(yàn)證

3.1 空置套筒試驗(yàn)

3.1.1 概述

①測(cè)試條件

1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#共8個(gè)套筒。套筒外徑為50mm,長(zhǎng)度為362mm。其中，1、2、3、4 為設(shè)計(jì)灌漿全滿，其測(cè)試結(jié)果作為標(biāo)定；5#左側(cè)空265mm；6#左側(cè)空150mm；7#左側(cè)空160mm；8#左側(cè)空155mm。

圖5 試驗(yàn)用套筒

②測(cè)試方法：沖擊回波法。

③激振和采樣

除8#套筒外，均為采樣2048點(diǎn)，17號(hào)錘，測(cè)試一次。所有數(shù)據(jù)變換時(shí)間均為2us。

④測(cè)試布點(diǎn)

每個(gè)套筒均從左向右測(cè)試（空部分在放置方向左側(cè)），距左端3cm處開(kāi)始，每間隔3cm一個(gè)點(diǎn)，共12點(diǎn)為一條測(cè)線；每個(gè)套筒在縱截面方向距進(jìn)/出漿口遠(yuǎn)端橫向布置兩條測(cè)線（盡量避免進(jìn)/出漿口的影響）。先測(cè)下方測(cè)線（1-12點(diǎn)），后測(cè)上方測(cè)線（13-24點(diǎn)）。每組數(shù)據(jù)共24個(gè)點(diǎn)。如圖6所示。

圖6 測(cè)線布置

3.1.2 密實(shí)套筒的標(biāo)定及基本參數(shù)

根據(jù)本次及以前的測(cè)試結(jié)果，將脫空指數(shù)的分析閾值設(shè)為：

①卓越周期：0.2ms；

②重心周期：0.2ms；

③持續(xù)時(shí)間：6ms。

根據(jù)對(duì)密實(shí)區(qū)域的檢測(cè)標(biāo)定，結(jié)果表明，脫空指數(shù)的大部分在3以下，因此，將3作為脫空與否的判斷閾值。

3.2 驗(yàn)證性測(cè)試

代表性測(cè)試的結(jié)果圖如圖7所示。其中：

圖7 7#樣品1-7，13-19空；8-12，20-24密實(shí)

①脫空指數(shù)圖為實(shí)測(cè)的脫空指數(shù)，當(dāng)其大于3時(shí)判定為脫空；

②脫空指數(shù)圖中紅色線代表沒(méi)有灌漿位置，紫色線表示判定的缺陷位置。

以7#樣品為例來(lái)判斷套筒密實(shí)度：

驗(yàn)證性測(cè)試的準(zhǔn)確率如下。

基于脫空指數(shù)和閾值（3.0），共測(cè)試100個(gè)點(diǎn)，正確判斷88個(gè)，準(zhǔn)確率88%；

3.3 試驗(yàn)結(jié)論及建議

①判斷精度達(dá)到了85%以上，基本令人滿意；

②套筒內(nèi)壁有不同厚度突起，范圍約5mm～8mm，對(duì)測(cè)試會(huì)有一定影響，需要明確和修正。

③套筒在測(cè)試時(shí)的固定方式對(duì)測(cè)試結(jié)果也有影響，需要優(yōu)化和統(tǒng)一。建議安裝在非剛性體上或?qū)啥诉M(jìn)行固定。

4 實(shí)體構(gòu)件檢測(cè)

對(duì)于某建筑項(xiàng)目的實(shí)體結(jié)構(gòu)剪力墻中的5條管道進(jìn)行了檢測(cè)。先對(duì)相同規(guī)格配置相同鋼筋的空置套筒進(jìn)行注漿，到注漿剛溢出時(shí)填充的注漿體積確定為本次試驗(yàn)的滿注漿樣品，依據(jù)滿注漿樣品的注漿量來(lái)判定實(shí)體孔道注漿量。

對(duì)兩條孔道進(jìn)行滿注漿，實(shí)際注漿量分別為滿注漿樣品的98%、99%。對(duì)兩條孔道進(jìn)行半注漿，實(shí)際注漿量分別為滿注漿樣品的54%、51%。一條孔道未注漿。對(duì)實(shí)體孔道各測(cè)線均測(cè)試16個(gè)點(diǎn)，其中0～8點(diǎn)為孔道上的測(cè)試數(shù)據(jù)，9～1點(diǎn)為混凝土上的數(shù)據(jù)，代表灌漿密實(shí)。測(cè)試結(jié)果表明，其中2條管道的灌漿質(zhì)量良好，而2條有明顯的灌漿缺陷，1條孔道缺陷很明顯，實(shí)際為未注漿。對(duì)未注漿套筒，共測(cè)試18個(gè)點(diǎn)，其中0～9點(diǎn)為孔道上的測(cè)試數(shù)據(jù)，10～18點(diǎn)為混凝土上的數(shù)據(jù)。由檢測(cè)結(jié)果可以看出，10～18點(diǎn)為孔道注漿密實(shí)時(shí)，梁底的正常反射時(shí)刻（藍(lán)線上部）。而0～9點(diǎn)的反射時(shí)刻明顯晚于注漿密實(shí)（10-18點(diǎn)）的反射時(shí)刻，波產(chǎn)生了繞射，因此判斷0～9點(diǎn)為注漿不密實(shí)區(qū)域（實(shí)際未注漿）。

測(cè)試結(jié)果表明，其中2條管道的灌漿質(zhì)量良好，而2條有明顯的灌漿缺陷，一條孔道缺陷很明顯，實(shí)際為未注漿。均與實(shí)際情況相符。

圖8 測(cè)試對(duì)象

5 結(jié)論

本次試驗(yàn)采用現(xiàn)有的沖擊回波儀器對(duì)灌漿套筒進(jìn)行密實(shí)度檢測(cè)，找出規(guī)律及提出可行的檢測(cè)方法，以達(dá)到找出缺陷及確定缺陷形狀的要求。結(jié)果證明，對(duì)于建筑工程中常見(jiàn)的剪力墻、梁、柱等混凝土構(gòu)件，采用沖擊回波法輔以具體的檢測(cè)方式，檢測(cè)混凝土構(gòu)件內(nèi)部套筒灌漿的缺陷可以得到較高的準(zhǔn)確度，效果較好。

建議相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備生產(chǎn)廠家，加緊研發(fā)更有針對(duì)性與有效性的檢測(cè)設(shè)備，不斷地創(chuàng)新檢測(cè)方法與手段。檢測(cè)機(jī)構(gòu)可以采用不同的設(shè)備儀器對(duì)灌漿套筒節(jié)點(diǎn)部位進(jìn)行試驗(yàn)性檢測(cè)，不斷積累數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，為套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)。套筒灌漿料密實(shí)度檢測(cè)是一個(gè)不斷改進(jìn)與進(jìn)步的過(guò)程，隨著檢測(cè)設(shè)備的改進(jìn)與檢測(cè)方法的提高，檢測(cè)結(jié)果與精度也會(huì)不斷地趨于準(zhǔn)確與提高。國(guó)家大力提倡裝配式建筑的發(fā)展，后期國(guó)家及地方也會(huì)出臺(tái)相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，要求對(duì)灌漿接頭連接節(jié)點(diǎn)的密實(shí)度進(jìn)行強(qiáng)制檢測(cè)，檢測(cè)業(yè)務(wù)及市場(chǎng)前景十分廣闊，具有很大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)價(jià)值。