劉 輝,李向民,許清風

(上海市建筑科學研究院 上海市工程結構安全重點實驗室，上海 200032)

沖擊回波法在套筒灌漿密實度檢測中的試驗

劉 輝,李向民,許清風

(上海市建筑科學研究院 上海市工程結構安全重點實驗室，上海 200032)

采用沖擊回波法對不同類型和不同灌漿密實度的鋼筋套筒試件進行了檢測試驗，結果表明：對于套筒居中布置的試件，無論有、無分布鋼筋的影響，沖擊回波法均能對其密實度進行定性判斷，但定量結果與實際情況存在一定誤差；對于鋼筋套筒雙排布置的試件，測試結果尚難以定性判斷鋼筋套筒的灌漿區(qū)和非灌漿區(qū)?？傮w而言，沖擊回波法測試套筒灌漿密實度具有一定的可行性，但尚應在測試方式、分析方法等方面開展進一步的工作,以提高檢測的精度和可靠性。

沖擊回波法；灌漿套筒；灌漿密實度；檢測

我國近年來正在大力推廣建筑工業(yè)化的發(fā)展，從中央到地方密集出臺了大量鼓勵、引導、扶持和推廣裝配式建筑發(fā)展的政策文件和具體措施，裝配式混凝土結構作為主要結構型式已在新建建筑中逐步推廣。目前，國內裝配式混凝土結構中的受力鋼筋普遍采用套筒灌漿連接。由于鋼筋套筒灌漿連接構造復雜，其內部缺陷的檢測技術一直沒有突破，成為國內外公認的難點。隨著我國裝配式混凝土結構的不斷推廣應用，研發(fā)出有效檢測鋼筋套筒灌漿連接內部缺陷的方法顯得尤為急迫。

沖擊回波法(Impact-echo Method，簡稱IE法)是由美國康奈爾大學(Cornell University)和美國國家標準與技術研究院(NIST)在20世紀80年代提出的一種混凝土無損檢測方法[1]，其采用的沖擊彈性波具有能量大、穿透力強、卓越頻率分布廣、現(xiàn)場操作方便等特點[2]，在土木工程中得到了廣泛應用。2000年，沖擊回波法被美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)確定為標準試驗方法[3]。隨著技術的不斷成熟，JAEGER等[4]首次運用沖擊回波法對預應力孔道內部的缺陷進行了檢測，初步分析驗證了該方法檢測后張預應力孔道灌漿密實性的可行性。英國、意大利、日本等國也開始了對沖擊回波法的研究并取得了一定的成果，HILL等[5]進行了沖擊回波法檢測后張預應力孔道灌漿密實性的試驗，COLLA等[6]提出了兩個灌漿孔道上混凝土厚度值計算的修正公式，OSLN等[7]運用沖擊回波法成功評估了預應力管道灌漿情況和混凝土橋面的病害，YAMADA等[8]進一步發(fā)展了沖擊回波法評定孔道灌漿的掃描成像技術。20世紀80年代末，南京水利科學研究院率先在國內開始了對沖擊回波法的研究[9]，并研發(fā)了一套用于混凝土結構厚度及內部缺陷探測的系統(tǒng)——IES-A型沖擊反射測試系統(tǒng)。近年來，國內開展了大量基于沖擊回波法的混凝土缺陷、預應力孔道灌漿和鋼管混凝土密實性等的工程質量檢測研究與應用，并取得了一定的效果[10-13]。此外，龐濤等[14]還采用沖擊回波法對裝配整體式剪力墻結構的漿錨連接節(jié)點密實度進行了檢驗，模型試驗結果表明該方法對于測定漿錨節(jié)點的注漿密實情況和缺陷位置是可行的。

目前，基于沖擊回波法的鋼筋套筒灌漿密實度檢測的研究未見報道?；诖耍P者擬通過不同型號、不同灌漿密實度套筒試件的驗證性試驗，開展基于沖擊回波法檢測鋼筋套筒灌漿密實度的研究，以期為可能的工程應用提供技術依據。

1 試件設計

試驗共設計了兩類試件：Ⅰ類為套筒+外澆素混凝土，共3個試件，主要考察沖擊回波法在無鋼筋干擾下對套筒灌漿密實度的檢測效果；Ⅱ類為套筒+外澆混凝土且混凝土中配置分布鋼筋，共5個試件，主要考察沖擊回波法對于實際工程中的套筒灌漿密實度的檢測效果。套筒基本性能滿足JG/T 398-2012《鋼筋連接用灌漿套筒》要求，灌漿料基本性能滿足JG/T 408-2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》要求，混凝土強度等級為C30，鋼筋強度等級為HRB400。各試件的灌漿料用量按照設計密實度乘以100%密實度時所用灌漿料體積確定，且各試件均為豎向灌漿。試件基本信息如表1所示。各試件設計如圖1所示，試件設計參考了行業(yè)標準JGJ1-2014《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》、國家標準圖集15G365-1《預制混凝土剪力墻外墻板》和15G365-2《預制混凝土剪力墻內墻板》等。

表1 試件的結構信息

2 測試方法

測試采用四川升拓檢測技術股份有限公司研發(fā)的預應力多功能無損測試儀(SPC-MATS)。該儀器可選用改進IE法、沖擊回波等效波速法(IEEV法)和沖擊回波共振偏移法(IERS法)。由于試件厚度是已知的，故選用IEEV法，其測試原理為：通過沿著套筒正上方的連續(xù)激振，激振的彈性波經過套筒內部非密實區(qū)時將發(fā)生繞行，從試件底面反射回來所用的時間將比灌漿完好的地方長(見圖2)，從而判斷出鋼筋套筒灌漿的密實區(qū)段和非密實區(qū)段。

在此試驗中，測線為沿套筒方向的直線，測點間距設置為20～50 mm，具體間距根據套筒長度調整，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20～50 mm，測點布置完成后，可以將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1 各試件設計圖

圖2 IEEV法測試套筒灌漿密實度基本原理示意

圖3 套筒灌漿密實度測試方案

3 測試結果與分析

第Ⅰ、Ⅱ類試件的照片及套筒灌漿密實度的沖擊回波法的檢測結果如圖4所示，其中各試件的檢測方向均為從灌漿孔往出漿孔方向。試驗結果中的縱坐標表示測試的長度(縱坐標為0，表示為起始測點)，橫坐標則表示彈性波經歷的路程(軟件中按除以2處理，以便與試件厚度對應)，由于波速為事先標定好的確定值(試驗中為4 000 m·s-1)，故橫坐標所示實際為彈性波往返所用時間的一半。圖中的藍色豎線為基準線，其對應的橫坐標為試件厚度，當紅色頻譜橫坐標超過藍色基準線時，表示彈性波往返所用時間大于其在無缺陷區(qū)的時長，說明該區(qū)域為不密實區(qū)；當紅色頻譜橫坐標與藍色基準線重合時，表示彈性波往返所用時間等于其在無缺陷區(qū)的時長，說明該區(qū)域為密實區(qū)。其中SC1設計密實度為30%，測試顯示約66%的密實度;SC2設計密實度為60%，測試顯示約76%的密實度;SC3設計密實度為100%，測試顯示100%的密實度;GSR1設計密實度為60%，測試顯示約40%密實及約12%過渡段;GSR2設計密實度為100%，測試顯示100%的密實度;GSR3設計密實度為60%，測試顯示約47%密實及約15%過渡段;GSR4設計密實度為60%，無法區(qū)分下部的密實段和上部的非密實段;GSR5設計密實度為60%，無法區(qū)分下部的密實段和上部的非密實段。

圖4 各試件照片及測試結果

從圖4可以看出：

(1) 當測點距離邊界小于5 cm左右時，該點能量頻譜受試驗構件邊界影響大，由于試驗中試件GSR1～GSR5的長度等同于其內套筒長度，故有比較明顯的邊界效應，分析時應剔除上、下邊緣處的影響。

(2) 對于套筒居中布置的試件，無論是無鋼筋干擾的試件SC1SC3，還是包含分布鋼筋的試件GSR1～GSR3，沖擊回波法均能夠大致定性地判斷出鋼筋套筒內部的灌漿是否密實，但對于灌漿密實度定量測試結果的誤差有時較大、有時較小，這種差異可能是由于測點間距、測點處接觸面粗糙度和套筒壁厚與孔徑比等不同而引起的。

(3) 部分套筒居中布置的試件的測試圖譜中的密實區(qū)與不密實區(qū)間存在較為明顯的過渡段，考慮到實際注漿條件(豎直灌漿，上部處于自由狀態(tài)等)，過渡段有漿料但漿料不夠密實的可能性是存在的。

(4) 對于雙排梅花布置和雙排對稱布置的套筒試件GSR4和GSR5，測試結果并不理想，甚至難以定性地區(qū)分出套筒內部的灌漿密實區(qū)和不密實區(qū)，其主要原因和解決方法需要進一步研究。

4 結論

(1) 對于鋼筋套筒居中布置的灌漿套筒試件，無論有無分布鋼筋影響，沖擊回波法均能對其灌漿密實度進行定性判斷，但其檢測結果存在一定誤差。

(2) 對于鋼筋套筒雙排布置的試件，測試結果尚難以定性判斷鋼筋套筒灌漿的密實區(qū)和非密實區(qū)，有待對沖擊回波法進行深入的研究。

(3) 采用沖擊回波法測試套筒灌漿密實度具有一定的可行性，在一定條件下的測試結果較好，但還需在測試方式、分析方法等方面開展進一步研究以提高其精度和可靠性。

致謝:在測試過程中得到了四川升拓檢測技術股份有限公司吳佳曄總經理和張遠軍工程師的幫助，特此致謝！

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Test on Detection of Grouting Compactness of Grout Sleeve by Impact-echo Method

LIU Hui, LI Xiang-min, XU Qing-feng

(Shanghai Key Laboratory of Engineering Structure Safety, Shanghai Research Institute of Building Sciences, Shanghai 200032, China)

A series of experiments on grout sleeve specimens with different types and different grouting compactness were carried out based on impact-echo method. Test results show that the impact-echo method is able to give a good qualitative judgment for specimens with the steel sleeve in the middle, with or without reinforced bars, but there are some errors in the quantitative analysis between the test result and the actual situation. For specimens with grout sleeve double row arrangement, it is difficult to distinguish the grouting zone and the non-grouting zone based on the test results. Overall, the impact-echo method is feasible to detect the grouting compactness of grout sleeve to some extent, but some further research on the testing and analysis method is still needed for its accuracy and reliability to be improved.

Impact-echo method; Grout sleeve; Grouting compactness; Detection

2016-11-01

上海市科委資助項目(15DZ1203506)；上海市住建委資助項目(建管2016-001-001)

劉 輝(1979- )，男，碩士,工程師，主要從事建筑工業(yè)化檢測的研究。

李向民，E-mail：13601902634@163.com。

10.11973/wsjc201704003

TG115.28；TU758.14

A

1000-6656(2017)04-0012-05