裝配式建筑套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

吳永毅，趙亞宇

（廣州市市政工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，廣東 廣州 510520；廣州建筑股份有限公司，廣東 廣州 510030；廣東省裝配式地下結(jié)構(gòu)檢測(cè)與監(jiān)測(cè)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510520）

0 引言

隨著國(guó)家產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)和基建行業(yè)對(duì)綠色、節(jié)能、環(huán)保建筑理念的大力倡導(dǎo)，特別是“雙碳”戰(zhàn)略的提出，綠色、低碳、節(jié)能已成為建筑工業(yè)化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。作為實(shí)現(xiàn)綠色低碳的重要載體和抓手，裝配式建筑正在成為建筑業(yè)發(fā)展的新引擎。國(guó)家對(duì)裝配式建筑發(fā)展高度重視，中央層面和30 多個(gè)省市相繼出臺(tái)政策推進(jìn)裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展[1-2]。

裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系中，混凝土結(jié)構(gòu)最為常見(jiàn)并且應(yīng)用最廣。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)存在大量的連接節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)連接多采用鋼筋金屬套筒灌漿連接。鋼筋金屬套筒灌漿連接質(zhì)量是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)性能與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)等同的重要保障，對(duì)裝配式結(jié)構(gòu)的承載性能有著重要影響。金屬套筒灌漿連接的可靠性是影響裝配式建筑結(jié)構(gòu)整體和良好抗震性能的關(guān)鍵因素。套筒灌漿連接構(gòu)造往往較為復(fù)雜，其內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)較為密閉，灌漿施工質(zhì)量控制難度較大。發(fā)達(dá)國(guó)家主要依靠成熟的技術(shù)建筑體系、專業(yè)性強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)工人隊(duì)伍來(lái)保障套筒灌漿施工質(zhì)量。而國(guó)內(nèi)由于裝配式建筑發(fā)展起步晚，產(chǎn)業(yè)統(tǒng)一規(guī)范化尚不完善，裝配化產(chǎn)業(yè)工人操作技術(shù)水平較低，監(jiān)管體系尚不完善等原因，難以保障施工過(guò)程中的套筒灌漿質(zhì)量，甚至出現(xiàn)可能出現(xiàn)套筒灌漿質(zhì)量缺陷。套筒灌漿質(zhì)量缺陷會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋連接強(qiáng)度降低，造成“強(qiáng)構(gòu)件、弱節(jié)點(diǎn)”的不利情況出現(xiàn)，嚴(yán)重影響裝配式結(jié)構(gòu)整體安全性和使用壽命[3-4]。

本文以期為工程實(shí)際檢測(cè)提供有益參考，從技術(shù)原理、適用條件及技術(shù)特點(diǎn)等多個(gè)方面，對(duì)裝配式建筑套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)方法進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，指出套筒灌漿連接質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)有待研究的方向。隨著我國(guó)裝配式建筑占比新建建筑的比例不斷擴(kuò)大，綜合現(xiàn)有的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，多種檢測(cè)手段相互補(bǔ)充，借助于深度學(xué)習(xí)智能化算法進(jìn)行套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)革新，是未來(lái)裝配式建筑套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的重要方向。

1 裝配式建筑套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)

我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》均對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)鋼筋金屬套筒灌漿飽滿度提出嚴(yán)格要求，需對(duì)灌漿施工記錄和現(xiàn)場(chǎng)觀察資料進(jìn)行全面核查。針對(duì)套筒內(nèi)部灌漿密實(shí)度檢測(cè)方面的方法研究是裝配式建筑套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)亟待解決的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)，行業(yè)內(nèi)專家學(xué)者根據(jù)套筒灌漿特殊構(gòu)造，開(kāi)展了一系列套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)試驗(yàn)研究，并相應(yīng)提出了不同的檢測(cè)技術(shù)手段和解決方案[5-6]。

1.1 X 射線法

基于X 射線探傷原理，對(duì)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行數(shù)字成像透視，通過(guò)分析成像圖像灰度來(lái)分析判斷灌漿套筒內(nèi)部灌漿密實(shí)度。李向民等[7]使用X 射線工業(yè)機(jī)器完成了預(yù)制構(gòu)件套筒灌漿飽滿度檢測(cè)。結(jié)果表明，X 射線可穿透預(yù)制構(gòu)件和套筒，能有效辨別套筒灌漿連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造分布情況，檢出套筒灌漿飽滿度。但由于X 射線設(shè)備過(guò)于笨重，對(duì)環(huán)境防輻射要求較高，現(xiàn)階段大多用于室內(nèi)試驗(yàn)的套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)。李向民等[7]和陶里等[8]研究發(fā)現(xiàn)，X 射線法不適用于套筒雙排對(duì)稱布置的預(yù)制構(gòu)件套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)，對(duì)單排和梅花形的檢測(cè)效果比較理想。而且X 射線機(jī)的穿透能力有限，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)最大檢測(cè)厚度一般不超過(guò)300mm。套筒灌漿飽滿度X 射線法檢測(cè)成果如圖1 所示。

1.2 超聲波法

基于超聲波傳遞費(fèi)馬原理，當(dāng)套筒灌漿內(nèi)部存在質(zhì)量缺陷時(shí)，超聲波將繞過(guò)缺陷區(qū)沿時(shí)程最短路徑傳播，其能量也會(huì)發(fā)生耗散，導(dǎo)致波速、振幅和頻率等聲學(xué)特征參數(shù)發(fā)生改變，通過(guò)分析超聲波聲學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)套筒灌漿質(zhì)量的檢測(cè)。肖順等[9]研究發(fā)現(xiàn)超聲波法可定性判別單排布置的鋼筋套筒灌漿質(zhì)量是否存在缺陷。崔士起[10]等采用超聲斷層成像技術(shù)對(duì)套筒灌漿飽滿度質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)超聲斷層成像技術(shù)僅對(duì)于遠(yuǎn)離測(cè)試面套筒的灌漿飽滿度檢測(cè)效果明顯。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，超聲波法對(duì)所測(cè)得套筒灌漿質(zhì)量缺陷情況不能做出定量分析，難以定量缺陷大小和位置；對(duì)于雙排布置的套筒灌漿質(zhì)量則無(wú)法進(jìn)行有效檢測(cè)和缺陷判別；對(duì)于套筒筒壁厚度，壁厚越大，干擾越大，檢測(cè)結(jié)果越不準(zhǔn)確。套筒灌漿飽滿度超聲波法檢測(cè)聲波傳播路徑如圖2 所示。

圖2 套筒灌漿飽滿度超聲波法檢測(cè)聲波傳播路徑

1.3 沖擊回波法

敲擊預(yù)制構(gòu)件表面產(chǎn)生應(yīng)力波縱波，若應(yīng)力波縱波傳播路徑上套筒灌漿質(zhì)量存在缺陷，由于預(yù)制構(gòu)件、灌漿料與缺陷存在明顯的阻抗差異，會(huì)造成應(yīng)力波發(fā)生來(lái)回反射，通過(guò)采集分析沖擊回波頻譜曲線，來(lái)判斷套筒灌漿飽滿度。該種方法解決了超聲波法兩面布設(shè)傳感器的不足。劉志豪[11]、劉輝等[12]研究發(fā)現(xiàn)沖擊回波法可對(duì)單排布置的套筒灌漿質(zhì)量進(jìn)行定性判斷，而對(duì)于雙排布置的套筒灌漿質(zhì)量則無(wú)法進(jìn)行有效判別[13]。圖3 為套筒灌漿飽滿度沖擊回波法檢測(cè)應(yīng)力波傳播路徑。

圖3 套筒灌漿飽滿度沖擊回波法檢測(cè)應(yīng)力波傳播路徑

1.4 預(yù)埋傳感器法

阻尼傳感器周圍充盈不同介質(zhì)時(shí)，振幅衰減變化較為明顯，事先在金屬套筒出漿口預(yù)埋阻尼傳感器，通過(guò)比較分析阻尼傳感器在空氣和灌漿料介質(zhì)中振幅變化情況，來(lái)判斷套筒灌漿飽滿程度。高梓賢等[14]、李向民等[15]采用預(yù)埋阻尼振動(dòng)傳感器法進(jìn)行試驗(yàn)，灌漿前將阻尼振動(dòng)傳感器事先預(yù)埋在套筒出漿口，灌漿過(guò)程中，通過(guò)實(shí)時(shí)讀取阻尼振動(dòng)傳感器的振動(dòng)能量幅值來(lái)辨別傳感器周圍是否充盈灌漿料，進(jìn)而判斷套筒灌漿是否飽滿，以期達(dá)到套筒灌漿施工過(guò)程質(zhì)量控制的目的。

預(yù)埋傳感器法可實(shí)時(shí)監(jiān)控施工過(guò)程中套筒灌漿質(zhì)量，但是傳感器探頭截面積較大，容易粘附灌漿料造成較大的判斷誤差。預(yù)埋傳感器阻尼探頭的加工成本較高，難以實(shí)現(xiàn)套筒灌漿飽滿度全數(shù)檢測(cè)。套筒灌漿飽滿度預(yù)埋傳感器法檢測(cè)及其典型波形圖如圖4 所示。

1.5 其他方法

史巖民等[16]提出套筒灌漿飽滿度預(yù)埋鋼絲拉拔法檢測(cè)技術(shù)手段，利用套筒出漿口事先預(yù)埋鋼絲，通過(guò)拉拔鋼絲形成系列抗拔荷載值，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析原理分析抗拔荷載值，以此來(lái)判斷套筒灌漿飽滿程度。高潤(rùn)東等又通過(guò)進(jìn)一步研究，采用預(yù)埋非接觸鋼絲拉拔成孔法，通過(guò)工業(yè)內(nèi)窺鏡對(duì)套筒灌漿質(zhì)量缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量。

上述多方驗(yàn)證后，部分檢測(cè)方法已被納入上海、江蘇、廣東等地的裝配式混凝土建筑檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但是，規(guī)范推薦的鋼筋套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)方法的適用場(chǎng)合和檢測(cè)效果仍存較多差異，各種方法的應(yīng)用場(chǎng)合均存在一定局限性，不能滿足實(shí)際工程需求，現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)的適用性、可靠性有待進(jìn)一步研究完善和規(guī)范。

2 套筒灌漿連接質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在裝配式建筑實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境條件影響下，現(xiàn)有套筒灌漿飽滿度檢測(cè)方法往往需要借助于其他信息、工程經(jīng)驗(yàn)做出綜合評(píng)價(jià)，能夠直接判斷質(zhì)量缺陷的情況反而較少。關(guān)于裝配式混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)技術(shù)研究成果并不成熟，已有無(wú)損方法的應(yīng)用場(chǎng)合存在一定局限性，更加科學(xué)的節(jié)點(diǎn)質(zhì)量檢測(cè)體系尚待建立，現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)手段難以驅(qū)動(dòng)裝配式建筑長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。因此，綜合現(xiàn)有檢測(cè)方法技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將多種檢測(cè)手段相互補(bǔ)充，相應(yīng)改造和優(yōu)化現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備和方法，確保突破鋼筋套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)技術(shù)局限，使之適應(yīng)套筒灌漿飽滿度檢測(cè)要求；同時(shí)引入計(jì)算機(jī)科學(xué)理論、深度學(xué)習(xí)人工智能算法等先進(jìn)信息技術(shù)，使套筒灌漿飽滿度判別趨于智能化，對(duì)提高檢測(cè)效率，降低檢測(cè)難度具有重大意義。現(xiàn)有技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、優(yōu)化升級(jí)和智能化發(fā)展是裝配式建筑套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)當(dāng)前裝配式建筑套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析與討論，總結(jié)了現(xiàn)有技術(shù)還不能很好滿足實(shí)際工程套筒灌漿飽滿度檢測(cè)需求的原因，并指出綜合采用多種檢測(cè)手段，優(yōu)化改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)手段、檢測(cè)設(shè)備，借助智能化先進(jìn)信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)及時(shí)、可靠、有效地檢測(cè)套筒灌漿飽滿度，是未來(lái)裝配式建筑套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。