裝配式混凝土預制構件灌漿連接質量檢測技術綜述

羅 昆 祝 雯,3 劉碧燕 張艷麗 易駿斌 唐孟雄

（1 廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司)

(2 廣州市建筑集團有限公司)

(3 廣州市建筑科學研究院集團有限公司）

0 引言

裝配式混凝土結構具有低碳環保、建造快、施工便捷、便于統一控制生產質量等特點，在國內得到了大力發展和推廣。套筒灌漿連接和漿錨連接是目前裝配式混凝土結構預制構件之間的主要連接方式。波紋管漿錨連接質量主要取決于灌漿料對鋼筋的錨固力，其不僅與灌漿料和鋼筋的握裹力有關，還與波紋管和灌漿料之間的粘結性有關[1]；鋼筋套筒灌漿連接質量主要取決于鋼筋在套筒內的有效錨固長度，但在實際施工過程中由于灌漿不暢、漏漿、套筒內異物堵塞等情況，出現套筒灌漿不飽滿、不密實，導致鋼筋的實際有效錨固長度達不到規范要求，從而影響構件連接質量和結構可靠性[1]。因此，套筒灌漿連接和漿錨連接的質量控制對于保證裝配式混凝土結構的安全性和可靠性顯得尤為重要，而灌漿飽滿度則直接影響到構件節點的連接質量[2]。本文對我國裝配式混凝土預制構件灌漿連接質量檢測技術進行了系統地介紹和分析，為裝配式混凝土預制構件灌漿連接質量檢測技術的推廣應用及后續發展提供參考。

1 預制構件灌漿連接質量檢測技術

當前我國對于預制構件灌漿連接質量的檢測主要側重于灌漿飽滿度和密實性的檢測，相關檢測技術主要有機械波法、X 射線法、預埋元件法、成孔內窺鏡法、毛細管注水法、直接沖擊振動法和紅外線熱成像法等。

1.1 機械波法

機械波法是一類依據機械波的傳播規律而開發的無損檢測方法[3]，主要有沖擊回波法和超聲波法。

1.1.1 沖擊回波法

沖擊回波法是一種檢測混凝土內部結構是否存在缺陷的無損檢測方法[3]，屬于單面反射測試方法，測試方便、快速、直觀。蔣俁等[4]利用沖擊回波法在實驗室內分別對大直徑和小直徑的波紋管漿錨連接試件、剪力墻鋼筋束漿錨連接接頭進行灌漿飽滿度測試研究，結果表明沖擊回波法可定性判斷漿錨連接試件的灌漿飽滿度，對大直徑波紋管的灌漿飽滿度檢測結果比對小直徑波紋管更準確可靠，且平行雙排波紋管灌漿飽滿度的檢測結果受混凝土保護層厚度及灌漿高度的影響較大，作者通過工程測試應用實例驗證了上述研究結果[5]。易家勝[6]基于沖擊回波法開發出一套套筒灌漿缺陷檢測系統，依據試驗檢測數據量化分析該套檢測系統的檢測效果，并通過有限元軟件模擬實際缺陷工況對檢測結果影響。研究表明，單排套筒布置形式或梅花形套筒布置的檢測結果與實際情況基本符合，而檢測雙排布置的套筒存在一定局限性；橫向布置套筒且灌漿飽滿度低于75%時，側面和底面檢測結果與實際結果均有一定偏差。沖擊回波法屬于事后檢測，可定性判斷套筒內灌漿缺陷，但無法具體分析灌漿缺陷的尺寸及深度。目前沖擊回波法僅適用于初步定性判斷灌漿連接質量，后續可結合其他定量分析方法綜合判斷灌漿連接質量。

1.1.2 超聲波法

由于超聲波在不同介質下傳播速度不同，可利用這一特點探測某一物體內部情況[7]，目前許多學者將超聲波應用于灌漿缺陷檢測。聶東來等[7]研究發現超聲波在鋼筋灌漿套筒內部傳播的路徑不同，可利用首波聲時法探測鋼筋灌漿套筒內部灌漿料的填充情況，依據超聲波的幅值可定性判斷內部灌漿缺陷情況，該方法僅限于單排布置的鋼筋灌漿套筒，對于雙排布置的鋼筋灌漿套筒存在較大檢測結果偏差。徐立斌等[8-9]采用鋼管外包混凝土、內插鋼筋，且鋼管內注入不同高度水泥基灌漿料的形式模擬實際工程中鋼筋套筒灌漿缺陷的工況，運用超聲波法檢測套筒中灌漿料的填充情況。結果表明超聲波法可快速判斷出套筒內部灌漿缺陷，調整超聲的聲速、頻率等參數可具體定性分析灌漿缺陷情況，而對于實際工程中可能存在的灌漿缺陷等問題，可結合內窺鏡進行綜合定性定量判斷。郝雨杭等[10]采用超聲斷面成像法對內置鋼筋灌漿套筒的混凝土剪力墻進行檢測分析，結果表明超聲斷面成像法依據超聲傳播時間可快速判斷鋼筋套筒內部是否存在灌漿缺陷，但可能存在誤判，需結合其他方法做進一步的驗證，而對于內插鋼筋直徑小于20mm 的套筒則無法準確識別出其內部是否存在灌漿缺陷。李峰[11]依據超聲反射波在鋼板-空氣、鋼板-混凝土兩種界面上的衰減系數存在明顯差異，利用2.5MHz 和5MHz 雙晶探頭測量鋼筋灌漿套筒表面超聲反射波的衰減系數來判斷套筒內部灌漿情況，但該方法的雙晶探頭耦合受鋼筋套筒外側混凝土開鑿情況、套筒外側表面特征等因素影響大，實際工程的檢測可能與實驗室檢測結果存在較大偏差。馬川峰等[12]運用超聲法檢測不同灌漿飽滿度的漿錨灌漿孔道，依據超聲波在套筒不同位置的傳播速度差異引入波速比評價漿錨搭接連接接頭的灌漿飽滿度。超聲波法同樣屬于事后檢測，可快速定性檢測灌漿飽滿度，操作簡便、可靠性高，實驗室階段運用比較成熟，但僅適用于單排布置的套筒灌漿質量檢測，較難適用于目前實際工程中采用的雙排布置鋼筋套筒灌漿質量檢測。

沖擊回波法屬于單面反射檢測方法，實際檢測時只需在試樣一側放置檢測設備即可完成檢測，一般適用于大厚度混凝土結構構件的節點灌漿連接質量檢測；超聲波法屬于雙面反射檢測方法，實際檢測時需在試樣兩側放置超聲發射器和接收器，對現場檢測條件要求高，實際工程中較少采用。

1.2 X 射線法

X 射線法是基于X 射線能夠穿透物質且具有同物質特性相關的衰減規律這一特點開發的一種無損檢測方法[3]，目前在灌漿飽滿度檢測方面已大規模使用。趙廣志等[13]利用X 射線數字成像技術對預制柱內鋼筋套筒灌漿情況進行現場檢測，經過研究對比、實例驗證，X射線數字成像技術能較為準確檢測預制柱內部套筒的鋼筋錨固長度及具體灌漿情況，實際工程檢測中為保證檢測結果與實際情況相符應相應增加厚度補償。李向民等[14]分別對預制剪力墻內鋼筋套筒試件和預制夾心保溫剪力墻內鋼筋套筒試件采用X 射線數字成像技術（DR）、X 射線膠片成像技術、X 射線計算機成像技術（CR）檢測方法進行試驗研究，結果表明DR 的檢測效果比膠片成像法和CR 更清晰，檢測結果更為準確可靠，具有廣闊的應用前景。DR 檢測技術目前廣泛應用于單排居中布置或梅花形布置的鋼筋套筒灌漿飽滿度檢測，但雙排對稱布置的鋼筋套筒灌漿飽滿度檢測需結合內窺鏡等方法綜合分析判斷其灌漿質量。許國東等[15]設計制作內埋不同灌漿飽滿度的鋼筋套筒試件的混凝土剪力墻，采用X 射線數字成像技術（DR）檢測套筒的具體灌漿情況，研究表明DR 檢測技術可快速準確判斷套筒的灌漿飽滿度情況和鋼筋錨固長度，但DR 檢測技術受限于實際工程中混凝土厚度等因素，對于厚度超過270mm 的鋼筋混凝土結構不適用。孫正華等[16]采用便攜式X 射線技術檢測大直徑和小直徑波紋管的漿錨搭接連接試件，結果表明便攜式X 射線技術可快速定性識別波紋管內部灌漿缺陷具體情況和內部鋼筋的位置及錨固長度，從而定量判斷套筒內部灌漿飽滿度，有效評價漿錨搭接連接的灌漿質量；但X 射線技術檢測雙排布置的漿錨搭接連接試件效果不明顯，判斷準確性較差，需進行進一步測試和研究。目前實際工程中X 射線技術操作簡易、可靠性高、應用廣泛、應用前景廣闊，但對于雙排布置的灌漿連接試件或較厚的鋼筋混凝土結構試件的檢測存在一定的局限性，一般需要結合其他有效的檢測手段綜合分析判斷內部灌漿質量。此外，該方法具有輻射性，在現場實際檢測時需做好安全措施。

1.3 預埋元件法

預埋元件法是指接頭連接試件灌漿成型前預先放置檢測元件，通過檢測設備及檢測元件對接頭連接試件內部灌漿質量進行檢測的一種檢測方法[3]。目前常用的有預埋阻尼傳感器法和預埋鋼絲拉拔法。

1.3.1 預埋阻尼傳感器法

阻尼傳感器周圍的物質不同時，其阻尼系數和振幅衰減速率有明顯差異，可根據這一特性來判斷阻尼傳感器周圍是否被灌漿料包圍，再據此定性評價灌漿質量[17]。此外，由于預埋阻尼傳感器法一般應用于實際灌漿過程中，因此當現場檢測出灌漿質量不合格時，可立即進行二次灌漿修補，有效保證了接頭連接質量。祝雯等[17]研究鋼筋灌漿套筒中不同介質對阻尼振動能量值的影響，并據此確定灌漿質量評價指標的具體范圍。結果表明阻尼振動能量值＜100 作為套筒內部灌漿料拌合物飽滿的判定條件，阻尼振動能量值＜50 作為套筒內部硬化灌漿料飽滿的判定條件。李向民等[18]采用預埋阻尼傳感器法檢測實際工程實際中鋼筋套筒的灌漿飽滿度，并對灌漿不合格的試件進行二次灌漿修補。結果表明，預埋傳感器法準確率高、結果可靠、實際工程中可快速識別鋼筋套筒內部具體灌漿情況，同時對灌漿質量不合格的連接節點立即進行補灌，實現灌漿質量檢測與管控一體化。趙軍等[19]采用阻尼傳感器檢測不同灌漿工藝的鋼筋套筒內部灌漿質量，根據阻尼傳感器獲得的振幅信號來判斷傳感器周圍的物質是否為灌漿料，再據此分析套筒內部灌漿情況，檢測過程中發現灌漿不飽滿，可及時進行補灌。預埋阻尼傳感器法屬于事中檢測，具有易于判別、準確率高、可靠性強、可快速識別鋼筋套筒內部具體灌漿情況并及時補灌等優點，目前已納入相關技術標準，正處于大規模推廣實行階段。但預埋阻尼傳感器法也存在一些局限性，如灌漿成型前需預埋阻尼傳感器，工作量大，耗費時間和經濟成本；預埋的阻尼傳感器無法回收利用，不具備經濟性；只能依據預埋傳感器的位置來判斷接頭連接試件的灌漿質量，無法檢測出其他位置的灌漿缺陷。因此還需進一步研究探討并完善預埋阻尼傳感器法。

1.3.2 預埋鋼絲拉拔法

預埋鋼絲拉拔法是指灌漿前在套筒出漿口預埋高強鋼絲，待灌漿料養護一定時間后，對預埋鋼絲進行拉拔，根據拉拔荷載值判斷灌漿飽滿程度[3]。高潤東等[20]采用預埋鋼絲拉拔法分別對實驗室和工程現場的套筒灌漿飽滿度進行檢測，通過對比實驗得出預埋鋼絲拉拔法可快速準確檢測套筒灌漿飽滿度，檢測結果與實際工程結果基本吻合，具有簡易實用、經濟高效等優點。同時基于上述研究改進預埋鋼絲拉拔法[21]，采用透明塑料管將預埋鋼絲與灌漿料隔離，實現手動拉拔鋼絲，操作簡單易行。此外，還可結合內窺鏡觀察鋼絲拉拔后套筒內部灌漿具體情況，對內部灌漿缺陷進行成像分析并測量灌漿缺陷具體尺寸實現對灌漿質量的定量判斷。史巖民等[22]采用預埋鋼絲拉拔法檢測實際工程中裝配式混凝土剪力墻結構的套筒灌漿連接接頭的灌漿飽滿度，并采用內窺鏡進行核驗。結果表明基于拉拔荷載值的預埋鋼絲拉拔法進行灌漿飽滿度的初步判定，再采用內窺鏡核驗初步判定結果以進一步提高判定結果的準確性，檢測效果顯著，結果可靠穩定，且可采取擴孔注射等方式對灌漿不飽滿的套筒灌漿連接接頭進行修補，確保其質量安全可靠。基于拉拔荷載值的預埋鋼絲拉拔法具備操作簡單實用、經濟高效、效果顯著、結果可靠等優點，結合內窺鏡等檢測手段對內部灌漿質量進行快速、準確定量判斷，但預埋的鋼絲易受現場施工影響或破壞，且檢測結果滯后，無法指導補灌作業。

1.4 成孔內窺鏡法

成孔內窺鏡法是指在套筒壁上灌漿硬化前預先成孔或灌漿硬化后鉆孔，再采用內窺鏡等檢查設備對套筒內部具體灌漿情況進行檢測的一種檢測方法[3]。目前常用的有預成孔內窺鏡法和鉆孔內窺鏡法。

孫彬等[23]研發出一種預成孔裝置，灌漿結束后將該裝置放入套筒出漿孔，待灌漿料硬化后取出即可形成檢測孔道，再結合內窺鏡觀察套筒內部具體灌漿情況。由于漏漿等問題造成的灌漿缺陷一般位于套筒頂部，因此在套筒出漿孔采用預成孔內窺鏡法能夠有效檢測套筒內部灌漿飽滿度情況，利用內窺鏡三維成像數字掃描技術可準確測量灌漿缺陷具體參數，定量分析套筒內部灌漿質量。肖順等[24]采用鉆孔內窺鏡法檢測實際工程的套筒灌漿連接接頭的灌漿情況，結果表明鉆孔內窺鏡法的檢測結果高效直觀、可靠穩定，可依據實際現場檢測結果對灌漿不飽滿套筒進行補灌，確保灌漿質量達到設計要求。高峰等[25]研發出裝配式建筑灌漿飽滿度檢測成套關鍵技術，將出漿口超聲法和內窺鏡法有機融合起來。實際工程檢測過程中，先采用出漿口超聲法對大量裝配式構件的連接接頭試件進行快速定性檢測，篩選出存在灌漿缺陷、檢測效果不明顯或結果存疑等連接接頭試件，再采用內窺鏡法對上述連接接頭試件的內部灌漿飽滿度情況進行準確定量檢測。這一技術可實現套筒灌漿飽滿度的快速高效、準確可靠檢測，有利于在工程實際中大規模推廣使用。成孔內窺鏡法用于檢測裝配式構件連接接頭試件的內部灌漿飽滿度情況是切實可行的，具備檢測結果直觀、可靠有效等優點，在工程實際中往往基于其他定性檢測手段的檢測結果再采用內窺鏡等檢測設備進行進一步的分析判斷，大幅提高檢測技術的效率、準確度和可靠性。

1.5 毛細管注水法

熊遠亮等[26-27]提出了一種操作簡單、成本低、效果明顯的毛細管注水法用于檢測套筒灌漿飽滿度，并依據該方法進行了實驗室與工程實際現場對比試驗研究，驗證其可行性。毛細管注水法的檢測原理是將毛細管出水口預埋在套筒內部某一位置，若灌漿料灌漿至毛細管出水口預埋位置則會堵塞毛細管導致其注水量明顯減少，因此可根據注水量變化來判斷毛細管是否被堵塞，進而確定灌漿料是否灌漿至毛細管出水口預埋的位置，即套筒內部灌漿飽滿度情況。毛細管注水法選用內徑為0.6mm 的毛細管，通過壓力注水儀將水注入毛細管，若毛細管的注水量大于2 毫升后仍能夠持續注水，則判定毛細管未被堵塞，即套筒內部灌漿飽滿度不合格；若毛細管的注水量小于2 毫升，則判定毛細管被堵塞，即套筒內部灌漿飽滿度合格。此外，作者還提出一系列措施提高毛細管注水法檢測套筒內部灌漿飽滿度的準確率，降低誤判率，如灌漿前注水口封堵、出水口刷油可預防灌漿料回漿時堵塞毛細管；灌漿前高黏泡棉預固定、灌漿后橡膠塞固定可防止灌漿時毛細管被沖偏等。毛細管注水法屬于事中檢測，具有操作簡便易行、經濟合理、檢測效果顯著、可指導補灌作業等優點，目前尚處于實驗室試用階段，其應用前景廣闊。

1.6 直接沖擊振動法

王奎華等[28]和鄭茗旺等[29]基于傳統沖擊回波法檢測原理及相關技術手段提出了直接沖擊振動法用于檢測套筒內部灌漿密實度，并依據該方法進行了不同灌漿密實度的室內原型試驗，探究定量判斷套筒內部灌漿密實度的分析方法。直接沖擊振動法的檢測原理是套筒內灌漿密實度與內插鋼筋的水平剛度之間有某種相關關系，而水平激振后的鋼筋的振動信號特征參數與其水平剛度存在一定函數關系，因此可對經水平激振后的鋼筋的振動信號特征參數進行采集分析，建立各特征參數與套筒內部灌漿密實度之間的變化關系式，從而定性及定量判斷鋼筋套筒內部灌漿密實程度。通過鐵錘敲擊傳力棒獲得一個施加給鋼筋的短脈沖水平激振，利用全橋應變片采集鋼筋振動信號特征參數，根據套筒內部灌漿密實度與振動信號的特征參數之間的數據統計關系建立變化關系式，從而實現對大批量鋼筋套筒內部灌漿密實度情況進行定性和定量判斷。直接沖擊振動法與沖擊回波法類似，可快速準確判斷鋼筋套筒內部是否存在灌漿缺陷，適合大批量鋼筋套筒灌漿質量檢測，但其建立的灌漿密實度與振動信號特征參數之間的變化關系式在實際工程運用過程中容易受現場環境等因素制約而存在一定局限性。

1.7 紅外線熱成像法

雒加巖等[30]在傳熱學和熱輻射理論的基礎上，利用紅外線熱成像法對純鋼筋灌漿套筒和具有一定混凝土保護層厚度的鋼筋灌漿套筒的灌漿飽滿度情況進行檢測分析研究。紅外線熱成像法的檢測原理是導熱系數作為熱量傳遞的重要參數，套筒、灌漿料以及空氣的導熱系數存在明顯差異，對鋼筋灌漿套筒進行主動熱源激勵時，套筒內部灌漿缺陷處的空氣會阻礙熱量傳遞，導致灌漿缺陷處的溫度相比于灌漿飽滿處的溫度較高，根據紅外線熱成像中套筒內部溫度的異常情況來定性判斷套筒內部是否存在灌漿缺陷。結果表明，套筒與灌漿料的導熱系數相差越大，紅外線熱成像技術識別灌漿缺陷的效果越明顯，且對于預埋在一定混凝土保護層厚度的鋼筋灌漿套筒采用紅外線熱成像技術檢測也具有良好的檢測效果。目前來看，在實驗室階段紅外線熱成像技術可快速識別出鋼筋灌漿套筒試件內部灌漿缺陷位置及相應尺寸參數，但容易受現場環境、技術水平等因素制約，在實際工程中較難大規模采用該技術檢測裝配式構件中套筒灌漿連接接頭的灌漿質量。

2 結論與展望

⑴常用的預制構件灌漿連接質量檢測技術中，X 射線數字成像法、預埋阻尼傳感器法和成孔內窺鏡法具有操作簡便易行、研究充分、檢測結果準確可靠等優點，目前實際工程中大部分均采用上述三種技術。

⑵對于灌漿事中檢測及質量控制，可采用預埋阻尼傳感器法及相應補灌措施；對于灌漿事后檢測，可采用X 射線數字成像法大批量檢測與成孔內窺鏡法校核相結合的方法。

⑶目前研發出的新型灌漿飽滿度檢測技術大部分正處于實驗室檢測或實際工程現場比對研究階段，后續還需針對具體檢測方案、評定指標等進行相應的工程實際試行研究，同時提出配套檢測方案及檢測標準或規范，逐步在實際工程中推廣應用。

⑷檢測技術的后續發展可結合人工智能、大數據等技術建立相應的灌漿飽滿度和密實性的檢測數據庫，對現有檢測技術手段進行升級優化，提高檢測效率和精度；提出一系列灌漿質量檢測、評價和補灌等技術方案，為保障我國裝配式混凝土結構安全性和可靠性提供有力技術支持。