建筑接點連接處套筒灌漿料缺陷的可行性研究

徐建元，劉夢溪 （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，如浪費原材料和人力、施工周期較長、有較大的噪音且會污染環(huán)境，不符合可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的基本國策。所以從長遠的眼光來看，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?，F(xiàn)階段，裝配式建筑在我國發(fā)展勢頭較好。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。

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)體系需要進一步的進行完善以推動建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。近年來，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連接兩個部件，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，無法直接判斷灌漿的密實程度。而灌漿質(zhì)量又會影響建筑物的抗震和受力性能，所以灌漿密實是保證裝配式結(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砂漿完成上下兩個構(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），通過側(cè)壁激振、接受的方式，對灌漿缺陷的位置、規(guī)模等進行定位測試。測點間距宜設(shè)置為 0.02m～0.05m，具體間距根據(jù)套筒長度設(shè)置，套筒有效灌漿長度范圍測點不少于3個，每個測點激振2次。激振位置與傳感器間距保持0.02m～0.05m，測點布置完成后，可以把下一個測點作為上一個測點的激振點。如圖3所示，測試由下至上進行。

圖3 套筒灌漿質(zhì)量測試

采用以下方法：

①改進IE法：通過改進頻譜分析方法，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的有無以及墻背面的反射時間的長短，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，有：

圖4 改良沖擊回波法測試原理

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

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

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

3 試驗樣品制備及檢測驗證

3.1 空置套筒試驗

3.1.1 概述

①測試條件

1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#共8個套筒。套筒外徑為50mm,長度為362mm。其中，1、2、3、4 為設(shè)計灌漿全滿，其測試結(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 試驗用套筒

②測試方法：沖擊回波法。

③激振和采樣

除8#套筒外，均為采樣2048點，17號錘，測試一次。所有數(shù)據(jù)變換時間均為2us。

④測試布點

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

圖6 測線布置

3.1.2 密實套筒的標(biāo)定及基本參數(shù)

根據(jù)本次及以前的測試結(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)時間：6ms。

根據(jù)對密實區(qū)域的檢測標(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 驗證性測試

代表性測試的結(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

①脫空指數(shù)圖為實測的脫空指數(shù)，當(dāng)其大于3時判定為脫空；

②脫空指數(shù)圖中紅色線代表沒有灌漿位置，紫色線表示判定的缺陷位置。

以7#樣品為例來判斷套筒密實度：

驗證性測試的準(zhǔn)確率如下。

基于脫空指數(shù)和閾值（3.0），共測試100個點，正確判斷88個，準(zhǔn)確率88%；

3.3 試驗結(jié)論及建議

①判斷精度達到了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，對測試會有一定影響，需要明確和修正。

③套筒在測試時的固定方式對測試結(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行固定。

4 實體構(gòu)件檢測

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

對兩條孔道進行滿注漿，實際注漿量分別為滿注漿樣品的98%、99%。對兩條孔道進行半注漿，實際注漿量分別為滿注漿樣品的54%、51%。一條孔道未注漿。對實體孔道各測線均測試16個點，其中0～8點為孔道上的測試數(shù)據(jù)，9～1點為混凝土上的數(shù)據(jù)，代表灌漿密實。測試結(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，實際為未注漿。對未注漿套筒，共測試18個點，其中0～9點為孔道上的測試數(shù)據(jù)，10～18點為混凝土上的數(shù)據(jù)。由檢測結(jié)果可以看出，10～18點為孔道注漿密實時，梁底的正常反射時刻（藍線上部）。而0～9點的反射時刻明顯晚于注漿密實（10-18點）的反射時刻，波產(chǎn)生了繞射，因此判斷0～9點為注漿不密實區(qū)域（實際未注漿）。

測試結(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，實際為未注漿。均與實際情況相符。

圖8 測試對象

5 結(jié)論

本次試驗采用現(xiàn)有的沖擊回波儀器對灌漿套筒進行密實度檢測，找出規(guī)律及提出可行的檢測方法，以達到找出缺陷及確定缺陷形狀的要求。結(jié)果證明，對于建筑工程中常見的剪力墻、梁、柱等混凝土構(gòu)件，采用沖擊回波法輔以具體的檢測方式，檢測混凝土構(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)的檢測設(shè)備生產(chǎn)廠家，加緊研發(fā)更有針對性與有效性的檢測設(shè)備，不斷地創(chuàng)新檢測方法與手段。檢測機構(gòu)可以采用不同的設(shè)備儀器對灌漿套筒節(jié)點部位進行試驗性檢測，不斷積累數(shù)據(jù)與經(jīng)驗，為套筒灌漿密實度檢測技術(shù)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)與經(jīng)驗。套筒灌漿料密實度檢測是一個不斷改進與進步的過程，隨著檢測設(shè)備的改進與檢測方法的提高，檢測結(jié)果與精度也會不斷地趨于準(zhǔn)確與提高。國家大力提倡裝配式建筑的發(fā)展，后期國家及地方也會出臺相應(yīng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，要求對灌漿接頭連接節(jié)點的密實度進行強制檢測，檢測業(yè)務(wù)及市場前景十分廣闊，具有很大的經(jīng)濟及社會價值。