X射线法在装配式建筑灌浆质量检测的应用研究

李智慧

盐城市市政设施管理处 江苏 盐城 224002

近些年来，针对于装配式建筑的推广应用，越来越多的国家政策得以出台，结合社会环境绿色节能发展的需求，装配式建筑在我国得到较快的发展，其中主推的结构体系为装配式整体式混凝土结构。与传统的现浇体系相比，装配式建筑在节能环保和提高工程施工效率方面有着一定的优势。灌浆连接是装配混凝土结构体系中预制构件之间连接方式中最为重要的一种，通过灌浆料凝固后与钢筋产生的锚固力来传递构件之间的受力[1]。目前装配式混凝土结构中灌浆连接主要分为套筒连接和浆锚搭接两类，其中套筒连接方式应用的更广泛。当装配式建筑采用灌浆连接时，其灌浆节点的质量决定着整个结构体系的安全[2]，目前国内对灌浆质量的检测有过一些研究，从初期的直接破损取样观察，到后续尝试采用多种无损方法进行试验，目前可行的检测方法主要有：预埋传感器法、预埋钢丝拉拔法、冲击回波法、内窥镜法及X射线成像法等[3-5]，其中X射线成像法相比其他检测方法而言具有无需预埋设备、无需破损、现场检测便捷等特点，综合而言优于其他几种检测方法。基于此本文对两类常用的X射线成像法在检测灵敏度方面和实际工程应用方面进行对比研究，以期为装配式建筑的现场检测提供技术参考。

1 X射线成像法检测灌浆质量原理

当X射线穿过实体时会发生衰减现象，主要是因为在物体中发生吸收衰减和散射衰减情况，而且不同物质X射线在其中的衰减系数不一样，所以在应用X射线检测时，其穿透物体后的射线强度会受物体的厚度和物体内部的缺陷影响，当厚度增大时透过的射线强度就会减小，当透过空洞等缺陷部位时，会减少对X射线的吸收衰减，透过的强度会增强[6]。

X射线胶片成像法检测灌浆质量原理为将底片放置于待检混凝土预制构件连接节点位置的后面，透射过混凝土的X射线会使胶片感光，即使底片上的卤化银感光产生影像，再将底片带回实验室暗室中经过显影和定影处理后得到底片，在胶片受到感光越多的区域，其底片上的黑度越大，之后可以通过观察胶片上的图像就可知晓物体内部的状况。X射线胶片成像法检测设备及配套设施主要有常规的便携式X射线机、射线胶片及底片处理暗室。

X射线数字成像法（DR法）检测灌浆质量是将待检混凝土预制构件连接节点位置的背后的X射线胶片换成数字平板探测器，当射线透过被检预制构件，透过的X射线被数字平板探测器所接收，经过一些列的处理转换为数字信号，再通过电脑软件处理，最终可以在电脑显示屏上得到数字图像。X射线数字成像法检测设备主要有便携式高频恒压 X 射线机、数字成像板、计算机及数据处理软件。

从检测的原理上可以看出X射线胶片成像法与X射线数字成像法的一些区别，X射线胶片成像法在施工现场检测完成后需将底片带至实验室处理，之后才能在观片灯下查看检测结果，这说明采用X射线胶片成像法检测时从现场检测至最后知晓检测结果中间至少需要一天的时间，检测结果有一定的延后性。采用X射线数字成像法时，在检测现场可以通过笔记本电脑里的软件来处理数据，在检测现场即可得到检测结果，具有较高的时效性。另外，从设备投资的成本上看出，X射线胶片成像法检测可使用常规的便携式X射线机，价格便宜；X射线数字成像法的高频恒压 X 射线机一般需要采用进口设备，其配套的数字成像板及数据处理软件价格均较昂贵，设备成本较高。

2 检测灵敏度对比研究

2.1 X射线成像法在混凝土中的检测灵敏度

2.1.1 试件制作

为研究X射线成像法在装配式混凝土结构的盲孔灌浆节点的检测灵敏度，模拟制作两个200×200×300mm的方形横通孔混凝土试件，分别为试件1与试件2。试件1内置横通孔规格是宽度10mm、高度分别为7mm、8mm、9mm、10mm、11mm及12mm；试件2内置横通孔规格是宽度10mm、高度分别为3mm、4mm、5mm、6mm及7mm。

2.1.2 试验参数

采用X射线胶片成像法和X射线数字成像法分别对试件1和试件2进行试验。X射线胶片成像法试验的工艺参数均为：工作电压245kV、工作电流5mA、透照时间5分钟、焦点距离600mm；射线底片暗室处理的参数均为：显影5分钟、定影8分钟、流水冲洗30分钟后风干或烘干。X射线数字成像法试验时工艺参数均为：电压250kV、电流3mA、照射时间1分钟、焦点距离800mm；电脑接收帧数为10帧，一帧6秒。

2.1.3 试验结果

试验得到试件1和试件2的结果分别见图1-4所示。图1和图2分别为试件1和试件2胶片成像法试验底片，试件1中7-12mm高度的长横孔在底片上的影像均较为清晰；试件2中4-7mm高度的长横孔在底片上的影像均较为清晰，3mm高度的长横孔在底片上显示过于模糊，基本不可见。图3和图4分别为试件1和试件2数字成像法试验结果图片，试件1中7-12mm高度的长横孔图像清晰明显；试件2中4-7mm高度的长横孔图像清晰可见，3mm高度的长横孔图像显示较为模糊，但仍隐约可见。因此得知，X射线胶片法在20cm厚度的墙板中在其穿射方向上最小能发现4mm的缺陷，X射线数字成像法在20cm厚度的墙板中在其穿射方向上最小能发现3mm的缺陷。

图1 试件1胶片成像法试验底片

图2 试件2胶片成像法试验底片

图3 试件1数字成像法试验结果图片

图4 试件2数字成像法试验结果图片

2.2 X射线成像法在混凝土灌浆套筒内的检测灵敏度

2.2.1 试件制作

制作一个200×200×300mm的混凝土试件，其内置直径为40mm的横通孔，命名为试件3，并制作3个套筒试件，其内含有不同尺寸的阶梯孔洞。套筒试件1内阶梯孔洞的尺寸为5mm、10mm、15mm、20mm，套筒试件1内阶梯孔洞的尺寸为11mm、12mm、13mm、14mm，套筒试件1内阶梯孔洞的尺寸为6mm、7mm、8mm、9mm。试验时，将套筒试件分别放入试件3内。

2.2.2 试验参数

X射线胶片成像法与X射线数字成像法的试验参数均同本文中2.1.2中的试验参数。

2.2.3 试验结果

试验得到的结果分别见图5和图6所示。从图5(a)、(b)、(c)和图6(a)、(b)、(c)中均可见明显的长条形影像，比较三个套筒在胶片成像法和数字成像法下得到的影像，都可以明显看出套筒试件1中的影像长度较短，这说明套筒试件1中5mm厚的阶梯孔洞未能测试到，而套筒试件3中6mm厚的阶梯孔洞的影响清晰可见，这说明最小只能检测到6mm的阶梯孔洞。因此得知，X射线胶片成像法和X射线数字成像法在20cm厚度的墙板灌浆套筒中在其穿射方向上均最小能发现6mm的缺陷。

图5 胶片成像法试验底片

图6 数字成像法试验结果图片

3 工程应用

为确认X射线成像法在装配式工程应用中的可行性，选择无锡市惠山区某项目进行试验验证。该项目含11栋住宅楼，其中4栋采用为装配式剪力墙结构，每幢18层，其中剪力墙采用灌浆套连接，该工程所使用套筒规格为外径48mm、长度310mm，套筒内锚固钢筋公称直径为16mm，设计锚固长度128mm。分别使用X射线胶片成像法和X射线数字成像法对灌浆套筒进行试验，从图7和图8可以，采用X射线胶片成像法和X射线数字成像法对剪力墙中灌浆套筒试验均可以得到清晰的影像，灌浆套筒的轮廓、锚固钢筋及其内部的灌浆情况都较为清晰。

图7 X射线胶片成像法试验射线底片

图8 X射线数字成像法试验结果图片

4 结论

(1) X射线数字成像法与X射线胶片成像法相比而言，其设备成本高，检测时能够当场知晓检测结果，具有较高的时效性。

(2) 本文采用 X 射线胶片成像法和X射线数字成像法测试其在200 mm厚的混凝土墙中和灌浆套筒中的检测灵敏度，试验结果表明：X射线胶片法在20cm厚度的墙板中在其穿射方向上最小能发现4mm的缺陷，X射线数字成像法在20cm厚度的墙板中在其穿射方向上最小能发现3mm的缺陷；X射线胶片成像法和X射线数字成像法在20cm厚度的墙板灌浆套筒中在其穿射方向上均最小能发现6mm的缺陷。

(3) X 射线胶片成像法和X射线数字成像法现场测试均能得到较好的成像效果和准确的结果，均能在实际工程中应用。