基于 X 射线数字成像技术检测预制柱内套筒灌浆质量的研究

赵广志，孙 坚，许国东

（1.江苏省建筑科学研究院有限公司，江苏 南京 210000；2.江苏省建筑工程质量检测中心有限公司，江苏 南京 210046）

0 引言

预制混凝土结构柱是通过在工厂进行钢筋绑扎和混凝土浇筑，在柱的底部预埋灌浆套筒，现场安装时灌注灌浆料拌合物，待拌合物硬化后，可形成一个整体，同时实现了传力，使得上下层主筋对接连接。

灌浆套筒连接的质量直接影响着结构的安全性，研究表明灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接试件的承载力和变形性能有较大的影响［1］。预制柱间灌浆套筒施工质量的好坏直接关系到结构整体的抗震性能和抗倒塌能力，影响建筑物结构的质量和安全。因此灌浆套筒的施工质量是目前社会比较关心的问题。目前灌浆套筒的施工质量主要包括以下几方面：套筒内钢筋的锚固长度、套筒内灌浆饱满度以及套筒的灌浆密实度。

套筒灌浆质量对整个构件及结构的稳定性具有一定的影响，具备足够的密实度，能够避免结构、构件不同程度的破坏。

目前装配式建筑中主要采用全灌浆套筒和半灌浆套筒进行各部分的连接；各部分之间的连接强度主要决定于灌浆套筒灌浆的饱满程度，然而由于灌浆工人的不当操作和构件本身设计问题造成的漏仓均会导致灌浆套筒灌浆不饱满，为结构的安全性和耐久性埋下了巨大隐患，因此急需一种无损且高效的检测方法来发现灌浆不饱满的套筒。

实际工程中，套筒灌浆质量问题主要有灌浆不饱满，套筒内钢筋有效锚固长度不足等，直接影响连接节点的质量和性能。现有的检测方法预埋钢丝拉拔法、预埋传感器法、内窥镜法、冲击回波法等，还不能有效地检测灌浆质量。如冲击回波法可用于无损检测大直径波纹管浆锚搭接节点的灌浆饱满度，但无法有效识别波纹管内的钢筋锚固长度及双排布置的小直径波纹管浆锚搭接节点灌浆缺陷［2，3］。X射线工业 CT 技术可有效检测钢筋套筒等连接节点内部的灌浆质量，但其庞大的检测设备无法适用于现场测试，仅适用于连接节点平行试件的实验室检测［4］。

本文重点研究了 X 射线数字成像技术（DR）检测预制混凝土结构柱灌浆套筒施工质量的可行性和影响因素，并通过工程实际验证此方法的有效性和可靠性。

1 检测原理

DR 检测技术是一种 X 射线直接转换技术，X 射线透照被检构件，因构件对射线的吸收和散射使其强度减弱衰减，数字探测器接收到衰减后的射线光子，转化成电信号并输出数字影像，如图 1 所示。

图1 X 射线数字成像检测原理示意图

如果被透照构件内部的套筒存在缺陷（空洞、孔洞、不密实等），将会使得透过射线的强度与周围区域产生差异，所成图像对应区域就会产生灰度差，进而可以判断构件内有无缺陷及缺陷的形状、大小和位置等。

2 现场检测

由于预制混凝土柱为多位方形柱体，使得柱内套筒的混凝土保护层厚度不均匀，平板探测器接收到的透射射线强度变化很大。射线检测时透照厚度的变化，会导致成像时的灰度差异也很大：透照厚度较薄的部位产生饱和现象，而透照厚度较大的部位曝光不足，最终获得的图像就会无法判别套筒内部质量。为此尝试利用与套筒内部相同的灌浆料做成的补偿块减少透照厚度差，使得平板探测器接收到能量比较均匀的射线，获得较清晰的灌浆套筒的图像，才能分析套筒内灌浆质量和钢筋锚固长度的情况，如图 2 所示。

图2 预制柱内套筒 DR 检测示意图

2.1 检测实施

X 射线检测预制柱时，很难穿透整个柱身，所以现场选取柱角上的套筒进行检测。由于预制柱结构特点以及柱内套筒分布与预制剪力墙不同，检测实施就更加困难。为了保证能够获得完整的套筒影像，在没有补偿块的情况下，选择合适的曝光参数直接对柱角套筒进行检测，所得图像存在曝光饱和区，且图像不清晰，直接影响套筒内部灌浆质量的分析，如图 3 所示。避免出现曝光饱和区的方法是减少曝光量，但是透照厚度较厚的区域无法得到清晰的套筒影像，使得套筒影像不完整。

图3 未加补偿块 DR 图像

图4 增加补偿块时 DR 图像

增加补偿块后的检测结果如图 4 所示，同样的曝光参数下所得套筒影像清晰，套筒内部构造清晰可辨，影像灰度整体较均匀，套筒管壁和内部浆料也可分辨出来，没有了曝光饱和区的干扰，使得套筒内部灌浆质量更加直观可见，便于分析。

套筒灌浆密实度可通过 DR 图像直接观察，比较直观，通过灌浆料密实区与不密实区的灰度差异，可直接辨别灌浆质量的好与差。图 5 为现场检测时发现套筒上半部未见灌浆料，灌浆不饱满。钢筋没有灌浆料进行锚固，对整个柱子的安全性和稳定性都有一定的影响。这也是研究 DR 技术检测预制柱内套筒灌浆质量所要发现的问题，并进一步研究、提供更加准确可靠的检测数据和解决方案。

2.2 检测对比

图5 灌浆缺陷

预制构件内部套筒灌浆质量参数包括灌浆饱满度、密实度和钢筋锚固长度。为了验证 DR 检测的准确性，在增加厚度补偿块的情况下，进行预制柱内套筒灌浆质量 DR 检测，DR 检测后进行破损检测，即取出柱内套筒，然后进行剖切，观察内部灌浆质量和测量钢筋锚固长度，检测结果如图 6 和图 7 所示。

图6 灌浆套筒 DR 图像

图7 灌浆套筒剖切后图像

本次所检套筒为 GTJQ4 20（HRB400 E）灌浆套筒，外径 45 mm，长度 370 mm，钢筋直径 20 mm，套筒内定位销筋距顶部 190 mm，设计锚固长度 160 mm。图 6 为预制柱内套筒 DR 图像，套筒内部灌浆相对密实，上部钢筋锚固长度185mm，下部钢筋锚固长度163 mm；图 7 为在预制柱内取出该套筒进行剖切后的切面图，在剖切面观察灌浆密实度并利用钢直尺进行锚固长度的测量，该套筒剖面部位灌浆密实度饱满，上部钢筋锚固长度为 182 mm，下部钢筋锚固长度为 165 mm。从比对结果可以看出，DR 技术能够较准确地测量出套筒内部的质量缺陷，DR 检测结果与剖开测量值间偏差在 3 mm 以内。结果表明，DR 技术不仅能够定性发现套筒内部的质量缺陷，而且能够定量检测。

由上述数据可见，在增加补偿块的情况下，套筒内部灌浆质量和钢筋锚固长度能够更加直观地判断和测量，检测结果准确可靠。

3 结论

综上所述，通过试验研究、比对和工程实例的验证，DR 技术能够准确检测预制柱内部灌浆套筒的灌浆质量和钢筋锚固长度。

1）预制柱混凝土的厚度会影响检测结果，且检测时由于厚度变化较大，需进行厚度补偿，才能获得灰度较一致的图像。

2）在增加厚度补偿的情况下，检测结果与实际剖切基本一致，说明 DR 技术的准确性和可靠性，对现场施工质量具有一定的监督作用。

3）由于混凝土结构及灌浆料材质的多样性、复杂性，目前灌浆密实度还未通过灰度值进行量化，为此，还需大量的试验和研究寻求两者之间的关系，形成更全面、可靠的 DR 技术检测灌浆质量的方法。