灌漿料抗壓強度的表面硬度法檢測

吳玉龍，趙建華，顧 盛，孫 彬，陳滿軍

(1.昆山市建設工程質量檢測中心，昆山 215337；2.南京市建筑安裝工程質量檢測中心，南京 210017；3.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013)

裝配式混凝土結構主要通過節點連接將預制構件裝配成整體，實現結構承載的功能。套筒灌漿連接作為上下層豎向構件對接應用最為廣泛的連接方式之一，其連接質量直接影響結構整體的受力性能，影響因素包括鋼筋的插入長度、灌漿的飽滿度以及灌漿料的質量。抗壓強度是評判灌漿料質量最重要的指標之一[1-2]。

成品灌漿料的強度主要受水料比、齡期和環境條件等因素的影響，原則上其強度是能夠保證的,然而實際調研過程中卻發現諸多問題：① 由于灌漿料成本高或現場供應不足，作業人員仍然繼續使用已過保質期或品質不達標的灌漿料；② 使用已超過初凝時間的灌漿料，以節省工期和材料成本；③ 作業人員缺少常識或粗心大意，誤用坐漿料，甚至誤用水泥砂漿；④ 當現場灌漿料較為黏稠或灌漿攪拌設備老化造成灌漿效率低時，作業人員隨意增大水灰比以提高灌漿效率。這些情況都將造成灌漿料水灰比過大或質量不合格，直接導致其強度達不到標準要求，給結構埋下嚴重的安全隱患[3]。

鑒于以上問題，對工程項目的套筒灌漿連接節點進行灌漿料抗壓強度的現場檢測是必須的，這不僅有利于保證裝配式建筑的連接質量，也有利于促進施工技術水平的提高。

1 現有檢測方法

1.1 同條件試件法

同條件試件法主要對施工現場灌漿作業時留置的同條件灌漿料棱柱體試件[尺寸為40 mm×40 mm×160 mm(長×寬×高)]進行抗壓強度試驗，并將其抗壓強度作為判斷套筒內灌漿料抗壓強度是否達標的依據。同條件試件法的實施現場如圖1所示。該方法作為一種必要的管控手段，雖能夠在一定程度上反映套筒內灌漿料的抗壓強度，但試件未必能真實對應結構實體，故其抗壓強度檢測結果無法很好地表征套筒內灌漿料的真實抗壓強度。此外，若同條件試件的抗壓強度檢測結果為不合格，則仍然需要采取灌漿料抗壓強度的實體檢測方法以形成閉環。

圖1 同條件試件法實施現場

1.2 小芯樣法

小芯樣法是由孫彬等[4-5]提出的一種檢測套筒灌漿料實體抗壓強度的方法，也是最早誕生的方法。該方法步驟如下：① 先對孔道的灌漿料連同PVC(聚氯乙烯)管進行鉆芯取樣；② 對樣品進行切割、磨平加工；③ 對小芯樣進行抗壓試驗，計算抗壓強度，并經統計分析后獲得套筒灌漿料抗壓強度的檢測結果，小芯樣法的實施現場如圖2所示。通常情況下，受PVC管內徑的限制，小芯樣直徑一般為17～23 mm。在現有條件下將其加工為外觀完整、高徑比、表面平整度和垂直度均符合要求的試樣有一定難度，且試樣尺寸很小，抗壓試驗的結果可能表現出過大的離散性，導致數據不可用。

圖2 小芯樣法的實施現場

1.3 表面硬度法

圖3 表面硬度法的剪力墻模型及抗壓強度檢測現場

由于套筒內的灌漿料已隱蔽，無法直接檢測其強度，所以同小芯樣法類似，表面硬度法也是通過檢測孔道來間接表征套筒內灌漿料強度的。同樣受限于PVC管規格，孔道內灌漿料與外界的接觸面很小，大大增加了檢測難度。基于上述原理和孔道條件等特征，顧盛等[6]提出了采用具有細長沖擊頭的DL型里氏硬度計對灌漿孔道或出漿孔道灌漿料的外端面進行硬度檢測，再利用已建立的測強曲線換算得到灌漿料抗壓強度的方法，并獲得專利授權。吳玉龍等[7-8]就表面硬度法開展了較為深入的研究，調研了硬度法檢測水泥基膠凝材料的相關文獻，較為科學地分析了方法原理并論證了其可行性，利用灌漿料標準試件和模擬孔道試件進行了較為系統的試驗(見圖3)。試驗結果表明，在灌漿料標準試件和模擬孔道試件上，灌漿料表面硬度檢測的重復性良好，表面硬度與抗壓強度具有極強的指數函數相關性，所建立的測強曲線的相關系數R分別為0.947和0.871，平均相對誤差δ為7.75%和11.0%，相對標準差er為9.73%和14.5%。

根據在模擬孔道試件上建立的測強曲線，并依照行業標準JGJ/T 23-2011 《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》 中第6章的第6.3條對專用測強曲線的規定(平均相對誤差δ≤12%，相對標準差er≤14%)，明確了擬合所得的測強曲線基本達到該標準要求(較統一測強曲線和地區測強曲線更嚴格)，表明了在實驗室條件下，表面硬度法具備科學性、準確性和可靠性。

綜上可知，表面硬度法作為一種實體檢測的間接法，相比于同條件試件法，能更真實地反映構件的質量；相比于小芯樣法，其具有無損、快速、輕便、高效和便于大量抽檢等明顯優勢。對于套筒灌漿料實體抗壓強度的檢測，表面硬度法是一種優選的方法，該方法雖取得了一定的理論和試驗成果，但僅局限于室內試驗而未進行實際工程驗證。由于工程現場環境較實驗室的復雜得多，所以在該條件下，其是否仍具有可行性和準確性，有待進一步研究和驗證。

2 測強曲線的工程驗證

為進一步探明表面硬度法檢測套筒灌漿料實體強度的可靠性，文章將通過實際工程的應用對該方法本身及已建立的測強曲線加以研究和驗證。

2.1 項目概況

某三十二層樓的結構形式為裝配式剪力墻結構，剪力墻構件(部分)采用鋼筋套筒灌漿連接。根據項目進度，研究小組擬隨機抽取第十七層部分剪力墻構件的灌漿連接節點，采用表面硬度法對其灌漿料實體的抗壓強度進行檢測，以驗證該方法的可靠性。

2.2 檢測方案

2.2.1 儀器設備

試驗采用的是與實驗室試驗相同的配備DL型沖擊裝置的里氏硬度計(型號為TIME5350)，測量范圍為170 (HL)960 (HL)。在檢測前，先將其在標準鋼砧上進行率定，若率定結果在(878±30) (HL)范圍內，則表明設備工作狀態良好；若設備率定值異常，則須立即對其進行校準或更換其他符合要求的設備。

2.2.2 檢測范圍及內容

隨機選擇第17層的6個剪力墻構件，分別進行7，14,28 d齡期下的套筒灌漿料實體抗壓強度檢測評定。所抽檢剪力墻構件的套筒均采用“梅花形”布置，28 d的抗壓強度設計值為不低于85 MPa。抽檢構件的軸線位置及檢測參數如表1所示，所在位置如圖4所示。

表1 灌漿料實體抗壓強度抽檢構件的軸線位置及檢測參數

2.2.3 檢測過程

為順利進行后續的檢測工作，前期已與建設單位、監理單位、施工總包單位和專業套筒灌漿隊伍等進行了充分溝通，溝通內容主要包括：① 在灌漿結束后，配合采用帶平整內端面的橡膠塞對灌漿口和出漿口進行封堵；② 灌漿完成1～2 d后拔除橡膠塞，使灌漿料表面與外界進行正常的熱量和水分交換，確保自然養護環境；③ 根據抽檢的剪力墻構件，各制作1組灌漿料標準試件，并將其置于剪力墻構件附近，與套筒內的灌漿料一起在現場同條件下養護(見圖5)，同時須對同條件試件采取妥善的保護措施，避免發生損壞或丟失。

當灌漿料養護至相應齡期時，按照表1的參數，分別對各齡期下套筒灌漿料實體的抗壓強度進行檢測。主要步驟為：① 查看設計資料，在現場找到相應的待檢剪力墻構件；② 在所選剪力墻構件上隨機抽取4個灌漿套筒，并在套筒外側的混凝土上進行編號，為1#～4#；③ 觀察1#套筒灌漿和出漿兩個孔道內的外觀質量情況，若漿料狀態較為飽滿、表面平整、光潔，氣孔等缺陷較少(不要求完全無缺陷)，則判定其符合檢測面的要求，可用于表面硬度檢測(見圖6)，若表面狀態不滿足上述要求，則判定檢測面不符合要求，須更換選擇其他套筒并重新進行編號；④ 在1#套筒檢測面符合要求的前提下對灌漿料表面硬度進行檢測；⑤ 1#套筒檢測完成后，再對2#，3#，4#套筒重復上述第③，④步驟直至所有套筒檢測完畢。

圖4 抽檢構件所在位置示意

圖5 同條件試件留置現場

在對孔道內的灌漿料表面硬度進行檢測時，一方面，盡量保證沖擊裝置垂直于檢測面；另一方面，保證在同一孔道內相鄰的兩個測點間距至少為3 mm。一般每個套筒采集4個表面硬度，即每個剪力墻構件的4個套筒為1組，共計16個表面硬度。

圖6 檢測面外觀質量檢查情況

2.3 檢測結果及分析

2.3.1 表面硬度法檢測結果

圖7 兩種方法的檢測結果對比及相對誤差分布

表2 灌漿料實體抗壓強度的檢測結果

(1)

(2)

2.3.2 同條件試件檢測結果

依據標準JG/T 408-2019 《鋼筋連接用套筒灌漿料》 中的方法對同條件試件進行試驗和評定，得到該組試件的抗壓強度平均值(見表3,每個試件折斷為A、B兩段)。

表3 同條件試件抗壓強度的檢測結果

2.3.3 結果分析和對比

為驗證表面硬度法的檢測結果是否可靠，將表面硬度法與同條件試件法獲得的剪力墻構件套筒灌漿料實體抗壓強度的結果進行對比分析，并計算二者的相對誤差，其計算結果和分布分別如表4和圖7所示。由表4可知，表面硬度法得出的抗壓強度平均值與同條件試件法的較為接近，二者的相對誤差范圍為5.55%～10.79%(小于11%)。對于工程實際而言，該誤差是可以接受的，進一步論證了表面硬度法的可靠性較好。

表4 兩種方法的檢測結果及相對誤差

3 結語

(1) 對連接鋼筋套筒的灌漿料抗壓強度的檢測方法進行了研究和討論，較為全面地分析了現有3種方法各自的特點，并論證了表面硬度法是優選方法，具有能夠真實地反映實際灌漿質量，且無損、快速、輕便、高效和便于大量抽檢等優勢；分析了表面硬度法的研究現狀，指出了該方法的不足。

(2) 通過實際工程應用，對表面硬度法開展了較為系統的驗證，根據所抽檢的6個剪力墻套筒連接處灌漿料的表面硬度檢測結果和已建立的測強曲線進行換算，最終得到了每個剪力墻構件連接節點處灌漿料的抗壓強度，并總結了該方法現場操作的主要步驟，可供工程檢測人員參考。

(3) 分析對比表面硬度法和同條件試件法得到的灌漿料抗壓強度可知，二者的相對誤差為5.55%～10.79%(小于11%)，說明表面硬度法的可靠性較好。