石平府，顧 盛，張 軍，張 健，潘永東

（1.南京市建筑安裝工程質(zhì)量監(jiān)督站，江蘇 南京 210007；2.昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 昆山 215337；3.同濟大學 航空航天與力學學院，上海 200092）

0 引 言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中存在必不可少的節(jié)點及接縫，將預(yù)制構(gòu)件連接成整體，達到“等同現(xiàn)澆”的設(shè)計要求，因此構(gòu)件連接是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［1，2］。其中，底部接縫是上下層預(yù)制構(gòu)件現(xiàn)場拼裝時的預(yù)留縫，用不流動的、不收縮的封縫座漿料將預(yù)留縫四周密封或分隔成多段分別進行密封形成連通腔，再向連通腔內(nèi)灌注水泥基灌漿料從而實現(xiàn)連接。

底部接縫高度較小，一般為 20 mm，寬度等于預(yù)制構(gòu)件厚度，用現(xiàn)有超聲法檢測底部接縫灌漿缺陷存在一定困難：①底部接縫缺陷尺寸較小，現(xiàn)有超聲換能器工作頻率較低，一般為 50～100 kHz，超聲波容易繞過缺陷，還會導致靈敏度和分辨力低、能量集中等缺點，對底部接縫中的缺陷識別能力較弱；②現(xiàn)有超聲換能器直徑偏大，目前普遍使用的 50 kHz 換能器直徑為 40 mm，無法適用于底部接縫的高度，檢測結(jié)果可能是底部接縫上部混凝土的缺陷情況；③底部接縫介質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，檢測時常常受到鋼筋、墊塊、封縫料、PVC 線管等多因素耦合影響［3］。

本文基于 CECS21∶2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》［4］選用了兩種新型的高頻小直徑超聲換能器：一種端頭直徑為 10 mm，工作頻率為 750 kHz；另一種為端頭直徑 17 mm，工作頻率為 500 kHz 的坐地式高頻小直徑超聲換能器，對預(yù)制構(gòu)件底部接縫處的缺陷進行了檢測。高頻小直徑換能器能更好地貼合底部接縫，且工作頻率高，提高了檢測的靈敏度和對缺陷的識別能力。

1 實驗室檢測研究

1.1 檢測方法簡介

1.1.1 檢測原理

根據(jù)豎向預(yù)制構(gòu)件底部接縫在幾何空間、材料組成等方面的特點，其灌漿質(zhì)量宜采用小直徑高頻超聲傳感器法檢測，所用換能器的直徑不應(yīng)超過 15 mm，工作頻率不應(yīng)低于 250 kHz，不宜高于 750 kHz，選用超聲對測法，根據(jù)現(xiàn)行中國工程建設(shè)標準協(xié)會標準 CECS 21∶2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》檢測評定。

圖1 為對測法檢測混凝土墻內(nèi)部缺陷的聲傳播路徑示意圖，在傳播過程中遇到孔洞、多孔泡沫、塑料墊塊、PVC 線管等低聲速區(qū)時，聲波便會沿著缺陷繞射，導致聲時、波幅、波形等參數(shù)發(fā)生變化。具體檢測時，測取聲時、波速、波形等參數(shù)，來判斷各點位是否存在缺陷。

圖1 低聲速缺陷超聲檢測的聲傳播路徑示意圖

1.1.2 高頻小直徑超聲換能器

高頻小直徑超聲換能器優(yōu)勢在于：①換能器采用小直徑微型結(jié)構(gòu)，能很好地貼合底部接縫的側(cè)表面進行檢測；②工作頻率高，穿透能力更強，大大提高了超聲檢測的靈敏度和分辨力，對缺陷的識別能力更強；③在金屬外殼位于高頻插座一側(cè)的表面設(shè)置有手持部，手持部的直徑小于金屬外殼位于金屬電極片一側(cè)表面的直徑，使得手持部與地面之間具有間隙，便于手持操作以調(diào)整位置，更加方便。換能器構(gòu)造圖如圖2 所示，實物圖如圖3 所示。

圖2 高頻小直徑超聲換能器構(gòu)造圖

圖3 超聲換能器實物圖

小直徑超聲傳感器法主要適用于預(yù)制剪力墻底部接縫灌漿質(zhì)量檢測；對于預(yù)制柱底部接縫灌漿質(zhì)量檢測，超聲測距不應(yīng)＞500 mm ，由于提高了換能器的工作頻率，測距＞500 mm 后會導致超聲波衰減明顯，波形平坦無起伏，首波采集困難；對于預(yù)制夾心保溫剪力墻底部接縫灌漿質(zhì)量檢測的實用性，還需進一步研究。

1.1.3 試件設(shè)計

1）預(yù)制剪力墻底部接縫。實驗室成型了1塊預(yù)制剪力墻底部接縫構(gòu)件，構(gòu)件內(nèi)預(yù)先埋設(shè)缺陷，構(gòu)件尺寸為1750mm×200mm×20mm，灌漿齡期到達 7 d 后，沿構(gòu)件長度方向布置測點并編號，測點距離為 50 mm，如圖4 所示。

圖4 剪力墻底部接縫構(gòu)件

2）預(yù)制柱底部接縫。實驗室還成型了1塊預(yù)制柱底部接縫構(gòu)件，構(gòu)件內(nèi)預(yù)先埋設(shè)缺陷，構(gòu)件尺寸為 500 mm×500 mm×20 mm，灌漿齡期到達 7 d 后，在構(gòu)件相鄰側(cè)邊分別布置測點并編號，測點間距為50 mm。如圖5 所示。

圖5 預(yù)制柱底部接縫構(gòu)件

1.2 檢測結(jié)果分析

1.2.1 預(yù)制剪力墻底部接縫

1）使用小直徑超聲傳感器法進行盲測，檢測結(jié)果如表1、圖6 所示。分析數(shù)據(jù)可得：06、12、31 號測點處超聲波聲速明顯降低，波幅值減小，波形前幾周起伏比較??；29、30 號測點處超聲波聲速大幅度降低，波幅值減小，波形幾乎沒有起伏，呈一條水平直線，出現(xiàn)首波丟波的情形。以聲時或波速做為主要判斷依據(jù)，波幅、波形做為輔助判斷，可以判斷出 06、12、29、30、31 可能存在缺陷。圖7 為缺陷實際位置。

2）以可疑點為中心，相鄰正常測點為邊界向兩側(cè)擴散補畫測點進行加密復(fù)測，新增測點間距為 2 cm，檢測結(jié)果如表2、圖8 所示，圖9 為缺陷實際位置。分析檢測數(shù)據(jù)可得：05-02、11-02號測點超聲波聲速明顯降低，波幅值正常，波形前幾周起伏較?。?8-01、28-02、29-01、29-02、30-01 號測點聲速大幅度降低，波幅大幅度減小，波形幾乎沒有起伏；呈一條水平直線，出現(xiàn)首波丟波的情形；30-02 號測點聲速明顯降低，波幅大幅度減小，波形前幾周起伏較小。結(jié)合上一節(jié)的數(shù)據(jù)可推斷出缺陷位置分布在 05-01 與 06-01 區(qū)間內(nèi)、11-01 與 12-01 區(qū)間內(nèi)、28 與 31-01 區(qū)間內(nèi)。

表1 剪力墻底部接縫構(gòu)件的盲測結(jié)果

圖6 各測點對應(yīng)的波列圖

圖7 剪力墻底部接縫預(yù)制構(gòu)件的缺陷實際位置

表2 可疑點加密復(fù)測結(jié)果

圖8 各測點對應(yīng)的波列圖

圖9 缺陷實際位置

圖10 預(yù)制柱底部接縫構(gòu)建的缺陷實際位置

3）對比可得：檢測確定的缺陷位置與缺陷實際位置吻合。

1.2.2 預(yù)制柱底部接縫

1）使用小直徑超聲傳感器法對 1-9 號測點進行盲測，檢測結(jié)果如表3、圖11 所示。分析數(shù)據(jù)可得，02、04、05、06 號測點處超聲波聲速明顯降低，為可疑點，可能存在缺陷。圖9 為缺陷實際位置。

表3 預(yù)制柱底部接縫構(gòu)件 1-9 號測點盲測結(jié)果

圖11 預(yù)制柱底部接縫構(gòu)件 1-9 號測點對應(yīng)波列圖

2）使用小直徑超聲傳感器法對A-I測點進行盲測，檢測結(jié)果如表4、圖12 所示。分析數(shù)據(jù)可得，D、E、F測點處超聲波聲速降低，為可疑點，可能存在缺陷。

3）對比可得：檢測確定的缺陷位置與缺陷實際位置吻合，02號測點測得缺陷為塑料墊塊，04、05、06、D、E、F測點測得缺陷為構(gòu)件中間的孔洞缺陷。

表4 預(yù)制柱底部接縫構(gòu)件 A-I 號測點盲測結(jié)果

圖12 預(yù)制柱底部接縫構(gòu)件 A-I 號測點對應(yīng)波列圖

1.3 檢測能力驗證

設(shè)計制作 1 塊采用連通腔灌漿的剪力墻試件，試件底部接縫尺寸為 1 500 mm×200 mm×20 mm，底部接縫中預(yù)先埋設(shè)缺陷，如圖13 所示。

圖13 剪力墻試件

1）灌漿齡期到達 7 d 后，沿試件長度方向布置測點并編號，測點距離為 100 mm。使用小直徑超聲傳感器法進行盲測，檢測結(jié)果如表5、圖14 所示。分析數(shù)據(jù)可得，05 號測點處超聲波聲速明顯降低，為可疑點，可能存在缺陷。

2）以可疑點為中心，相鄰正常測點為邊界向兩側(cè)擴散補畫測點進行加密復(fù)測，新增測點間距為 2 cm，檢測結(jié)果如表6、圖15 所示。分析檢測數(shù)據(jù)可得：04-01、04-02、04-03、04-04、05-01 號測點處聲速明顯降低，可以推斷處缺陷位置分布在 04 與 05-02 區(qū)間內(nèi)，換算成長度為 400 mm～520 mm。

表5 盲測結(jié)果

圖14 各測點對應(yīng)波列圖

表6 加密復(fù)測結(jié)果

圖15 加密復(fù)測各測點對應(yīng)波列圖

4）與缺陷的預(yù)設(shè)位置進行對比驗證，檢測確定的缺陷位置與缺陷預(yù)設(shè)位置吻合。

2 工程驗證實例

2.1 概述

常熟市某項目 6# 樓為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)已施工至地上 18 層。為進一步驗證改進超聲法的可靠性和準確性，研究小組對 6# 樓 18 層剪力墻底部接縫灌漿質(zhì)量進行檢測。

本次驗證試驗檢測對象為 6# 樓 18 層 YJQ-7-04 剪力墻構(gòu)件，如圖16 所示，剪力墻采用 GT16 型半灌漿套筒，套筒呈“梅花樁形”布置，采用連通腔灌漿，底部接縫高度為 20mm。檢測儀器采用海創(chuàng)高科 HC-U81混凝土超聲波檢測儀，探頭使用坐地式高頻小直徑超聲換能器，發(fā)射、接收換能器端頭直徑為 17 mm，發(fā)射、接收換能器工作頻率為 500 kHz。

圖16 工程現(xiàn)場的剪力墻底部接縫

沿剪力墻構(gòu)件長度方向布置測點并編號，各測點位于底部接縫高度中心位置處，相鄰測點間距為 150 mm，共 15 個測點。參照 CECS 21∶2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》，采用對測法進行檢測，將坐地式高頻小直徑換能器涂抹耦合劑后依次置于各測點處，采集各測點處的聲時、聲速、波幅、波形參數(shù)。

2.2 檢測結(jié)果及其分析

各測點的檢測結(jié)果如表7、圖17 所示，分析數(shù)據(jù)可得：05 號測點處超聲波聲速明顯降低，波幅值減小，波形前幾周起伏比較??；06 號測點處超聲波聲速明顯降低，波幅值減小，波形前幾周起伏比較??；07、08 號測點處超聲波聲速大幅度降低，波幅值大幅度減小，波形沒有起伏，呈水平的直線，出現(xiàn)首波丟波的情形。以聲時或波速做為主要判斷依據(jù)，波幅、波形做為輔助判斷，可以判斷 YJQ-8-04 剪力墻底部接縫在 05、06、07、08 號測點有缺陷。

表7 工程現(xiàn)場剪力墻底部接縫超聲對測的檢測結(jié)果

圖17 工程現(xiàn)場的剪力墻底部接縫超聲對測的檢測結(jié)果

如圖18 所示，05、06、07、08 號測點均有 PVC 線管穿過，這些點位的檢測結(jié)果與實際情況相符。

3 結(jié) 論

1）預(yù)制構(gòu)件底部接縫寬度一般不大于 20 mm，本文采用了直徑為 10 mm 與 17 mm 的兩種高頻小直徑超聲換能器，可以很好地適應(yīng)預(yù)制構(gòu)件底部接縫的構(gòu)造特點，主要適用于預(yù)制剪力墻結(jié)構(gòu)。對于預(yù)制柱底部接縫的缺陷檢測，測點間距不能大于 500 mm，否則會出現(xiàn)首波丟波的情形，對檢測造成困難。

圖18 檢測結(jié)果驗證

2）本文采用的高頻小直徑超聲換能器工作頻率范圍為 500～750 kHz，能夠有效識別孔洞缺陷、多孔泡沫、塑料墊塊、PVC 線管等低聲速缺陷，不能識別鋼筋，缺陷的形狀和分布類型并不影響檢測效果。由檢測數(shù)據(jù)推測得到的缺陷位置與預(yù)設(shè)缺陷位置基本吻合，因此，應(yīng)用高頻小直徑超聲探頭對測能夠可靠地發(fā)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件底部接縫的灌漿缺陷，且檢測精度符合工程要求。

3）高頻小直徑超聲換能器檢測豎向預(yù)制構(gòu)件底部接縫缺陷時，測點間距越小，發(fā)現(xiàn)缺陷概率越大。