建筑接点连接处套筒灌浆料缺陷的可行性研究

徐建元，刘梦溪 （江苏建筑职业技术学院，江苏 徐州 221116）

1 概述

在我国的建筑工程中，应用现浇法施工比较成熟。由于现浇结构可以使建筑物拥有较好的抗震和受力性能，所以得到了广泛的应用。然而现浇法施工也有较多的缺点，如浪费原材料和人力、施工周期较长、有较大的噪音且会污染环境，不符合可持续发展和节能减排的基本国策。所以从长远的眼光来看，现浇法施工已经在一定程度上限制了建筑业的发展。现阶段，装配式建筑在我国发展势头较好。相比于目前的现浇法施工，具有节能、节材的显著优势。

但是，目前装配式建筑发展也遇到了各种难题，装配式结构体系需要进一步的进行完善以推动建筑产业化的发展。近年来，装配式混凝土结构发展迅速，但是也存在很多制约其发展的因素，其中装配式构件之间的连接便是关键因素之一。在装配式结构中，目前主要采用灌浆套筒来连接两个部件，这也是最常用的一种钢筋连接方式。由于套筒预埋在构件内部，所以套筒灌浆属于隐蔽工程，无法直接判断灌浆的密实程度。而灌浆质量又会影响建筑物的抗震和受力性能，所以灌浆密实是保证装配式结构安全的前提。灌浆套筒连接件结构为金属和非金属介质交替:套筒外部为混凝土，内部为连接钢筋，套筒和钢筋之间的空腔灌注高强砂浆完成上下两个构件的连接，如图1、图2所示。

图1 套筒灌浆连接施工

图2 套筒示例

2 冲击回波法原理

本体系基于冲击回波法（IE法），通过侧壁激振、接受的方式，对灌浆缺陷的位置、规模等进行定位测试。测点间距宜设置为 0.02m～0.05m，具体间距根据套筒长度设置，套筒有效灌浆长度范围测点不少于3个，每个测点激振2次。激振位置与传感器间距保持0.02m～0.05m，测点布置完成后，可以把下一个测点作为上一个测点的激振点。如图3所示，测试由下至上进行。

图3 套筒灌浆质量测试

采用以下方法：

①改进IE法：通过改进频谱分析方法，提高了分辨力；

②冲击回波等效波速法（IEEV）；

③冲击回波共振偏移法（IERS）。

基本原理概述：

根据在套筒位置反射信号的有无以及墙背面的反射时间的长短，即可判定套筒是否存在灌浆缺陷。当套筒灌浆存在缺陷时，有：

图4 改良冲击回波法测试原理

①激振的弹性波在缺陷处会产生反射（IE法的理论基础）；

②激振的弹性波经过缺陷时，从墙背面反射回来所用的时间比灌浆完好的地方长，其等效波速（2倍墙厚/来回的时间）变慢（IEEV法的理论基础）；

③当激振信号产生的结构自由振动的半波长与缺陷的埋深接近时，缺陷反射与自由振动可能产生共振的现象，使得自由振动的半波长趋近于缺陷埋深（即共振偏移，IERS法的理论基础）。

3 试验样品制备及检测验证

3.1 空置套筒试验

3.1.1 概述

①测试条件

1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#共8个套筒。套筒外径为50mm,长度为362mm。其中，1、2、3、4 为设计灌浆全满，其测试结果作为标定；5#左侧空265mm；6#左侧空150mm；7#左侧空160mm；8#左侧空155mm。

图5 试验用套筒

②测试方法：冲击回波法。

③激振和采样

除8#套筒外，均为采样2048点，17号锤，测试一次。所有数据变换时间均为2us。

④测试布点

每个套筒均从左向右测试（空部分在放置方向左侧），距左端3cm处开始，每间隔3cm一个点，共12点为一条测线；每个套筒在纵截面方向距进/出浆口远端横向布置两条测线（尽量避免进/出浆口的影响）。先测下方测线（1-12点），后测上方测线（13-24点）。每组数据共24个点。如图6所示。

图6 测线布置

3.1.2 密实套筒的标定及基本参数

根据本次及以前的测试结果，将脱空指数的分析阈值设为：

①卓越周期：0.2ms；

②重心周期：0.2ms；

③持续时间：6ms。

根据对密实区域的检测标定，结果表明，脱空指数的大部分在3以下，因此，将3作为脱空与否的判断阈值。

3.2 验证性测试

代表性测试的结果图如图7所示。其中：

图7 7#样品1-7，13-19空；8-12，20-24密实

①脱空指数图为实测的脱空指数，当其大于3时判定为脱空；

②脱空指数图中红色线代表没有灌浆位置，紫色线表示判定的缺陷位置。

以7#样品为例来判断套筒密实度：

验证性测试的准确率如下。

基于脱空指数和阈值（3.0），共测试100个点，正确判断88个，准确率88%；

3.3 试验结论及建议

①判断精度达到了85%以上，基本令人满意；

②套筒内壁有不同厚度突起，范围约5mm～8mm，对测试会有一定影响，需要明确和修正。

③套筒在测试时的固定方式对测试结果也有影响，需要优化和统一。建议安装在非刚性体上或对两端进行固定。

4 实体构件检测

对于某建筑项目的实体结构剪力墙中的5条管道进行了检测。先对相同规格配置相同钢筋的空置套筒进行注浆，到注浆刚溢出时填充的注浆体积确定为本次试验的满注浆样品，依据满注浆样品的注浆量来判定实体孔道注浆量。

对两条孔道进行满注浆，实际注浆量分别为满注浆样品的98%、99%。对两条孔道进行半注浆，实际注浆量分别为满注浆样品的54%、51%。一条孔道未注浆。对实体孔道各测线均测试16个点，其中0～8点为孔道上的测试数据，9～1点为混凝土上的数据，代表灌浆密实。测试结果表明，其中2条管道的灌浆质量良好，而2条有明显的灌浆缺陷，1条孔道缺陷很明显，实际为未注浆。对未注浆套筒，共测试18个点，其中0～9点为孔道上的测试数据，10～18点为混凝土上的数据。由检测结果可以看出，10～18点为孔道注浆密实时，梁底的正常反射时刻（蓝线上部）。而0～9点的反射时刻明显晚于注浆密实（10-18点）的反射时刻，波产生了绕射，因此判断0～9点为注浆不密实区域（实际未注浆）。

测试结果表明，其中2条管道的灌浆质量良好，而2条有明显的灌浆缺陷，一条孔道缺陷很明显，实际为未注浆。均与实际情况相符。

图8 测试对象

5 结论

本次试验采用现有的冲击回波仪器对灌浆套筒进行密实度检测，找出规律及提出可行的检测方法，以达到找出缺陷及确定缺陷形状的要求。结果证明，对于建筑工程中常见的剪力墙、梁、柱等混凝土构件，采用冲击回波法辅以具体的检测方式，检测混凝土构件内部套筒灌浆的缺陷可以得到较高的准确度，效果较好。

建议相关的检测设备生产厂家，加紧研发更有针对性与有效性的检测设备，不断地创新检测方法与手段。检测机构可以采用不同的设备仪器对灌浆套筒节点部位进行试验性检测，不断积累数据与经验，为套筒灌浆密实度检测技术的发展提供数据与经验。套筒灌浆料密实度检测是一个不断改进与进步的过程，随着检测设备的改进与检测方法的提高，检测结果与精度也会不断地趋于准确与提高。国家大力提倡装配式建筑的发展，后期国家及地方也会出台相应规范标准，要求对灌浆接头连接节点的密实度进行强制检测，检测业务及市场前景十分广阔，具有很大的经济及社会价值。