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        灌漿料抗壓強度的表面硬度法檢測

        2021-12-13 03:03:34吳玉龍趙建華陳滿軍
        無損檢測 2021年8期
        關(guān)鍵詞:孔道套筒剪力墻

        吳玉龍,趙建華,顧 盛,孫 彬,陳滿軍

        (1.昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心,昆山 215337;2.南京市建筑安裝工程質(zhì)量檢測中心,南京 210017;3.中國建筑科學(xué)研究院有限公司,北京 100013)

        裝配式混凝土結(jié)構(gòu)主要通過節(jié)點連接將預(yù)制構(gòu)件裝配成整體,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載的功能。套筒灌漿連接作為上下層豎向構(gòu)件對接應(yīng)用最為廣泛的連接方式之一,其連接質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)整體的受力性能,影響因素包括鋼筋的插入長度、灌漿的飽滿度以及灌漿料的質(zhì)量。抗壓強度是評判灌漿料質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一[1-2]。

        成品灌漿料的強度主要受水料比、齡期和環(huán)境條件等因素的影響,原則上其強度是能夠保證的,然而實際調(diào)研過程中卻發(fā)現(xiàn)諸多問題:① 由于灌漿料成本高或現(xiàn)場供應(yīng)不足,作業(yè)人員仍然繼續(xù)使用已過保質(zhì)期或品質(zhì)不達(dá)標(biāo)的灌漿料;② 使用已超過初凝時間的灌漿料,以節(jié)省工期和材料成本;③ 作業(yè)人員缺少常識或粗心大意,誤用坐漿料,甚至誤用水泥砂漿;④ 當(dāng)現(xiàn)場灌漿料較為黏稠或灌漿攪拌設(shè)備老化造成灌漿效率低時,作業(yè)人員隨意增大水灰比以提高灌漿效率。這些情況都將造成灌漿料水灰比過大或質(zhì)量不合格,直接導(dǎo)致其強度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求,給結(jié)構(gòu)埋下嚴(yán)重的安全隱患[3]。

        鑒于以上問題,對工程項目的套筒灌漿連接節(jié)點進(jìn)行灌漿料抗壓強度的現(xiàn)場檢測是必須的,這不僅有利于保證裝配式建筑的連接質(zhì)量,也有利于促進(jìn)施工技術(shù)水平的提高。

        1 現(xiàn)有檢測方法

        1.1 同條件試件法

        同條件試件法主要對施工現(xiàn)場灌漿作業(yè)時留置的同條件灌漿料棱柱體試件[尺寸為40 mm×40 mm×160 mm(長×寬×高)]進(jìn)行抗壓強度試驗,并將其抗壓強度作為判斷套筒內(nèi)灌漿料抗壓強度是否達(dá)標(biāo)的依據(jù)。同條件試件法的實施現(xiàn)場如圖1所示。該方法作為一種必要的管控手段,雖能夠在一定程度上反映套筒內(nèi)灌漿料的抗壓強度,但試件未必能真實對應(yīng)結(jié)構(gòu)實體,故其抗壓強度檢測結(jié)果無法很好地表征套筒內(nèi)灌漿料的真實抗壓強度。此外,若同條件試件的抗壓強度檢測結(jié)果為不合格,則仍然需要采取灌漿料抗壓強度的實體檢測方法以形成閉環(huán)。

        圖1 同條件試件法實施現(xiàn)場

        1.2 小芯樣法

        小芯樣法是由孫彬等[4-5]提出的一種檢測套筒灌漿料實體抗壓強度的方法,也是最早誕生的方法。該方法步驟如下:① 先對孔道的灌漿料連同PVC(聚氯乙烯)管進(jìn)行鉆芯取樣;② 對樣品進(jìn)行切割、磨平加工;③ 對小芯樣進(jìn)行抗壓試驗,計算抗壓強度,并經(jīng)統(tǒng)計分析后獲得套筒灌漿料抗壓強度的檢測結(jié)果,小芯樣法的實施現(xiàn)場如圖2所示。通常情況下,受PVC管內(nèi)徑的限制,小芯樣直徑一般為17~23 mm。在現(xiàn)有條件下將其加工為外觀完整、高徑比、表面平整度和垂直度均符合要求的試樣有一定難度,且試樣尺寸很小,抗壓試驗的結(jié)果可能表現(xiàn)出過大的離散性,導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可用。

        圖2 小芯樣法的實施現(xiàn)場

        1.3 表面硬度法

        圖3 表面硬度法的剪力墻模型及抗壓強度檢測現(xiàn)場

        由于套筒內(nèi)的灌漿料已隱蔽,無法直接檢測其強度,所以同小芯樣法類似,表面硬度法也是通過檢測孔道來間接表征套筒內(nèi)灌漿料強度的。同樣受限于PVC管規(guī)格,孔道內(nèi)灌漿料與外界的接觸面很小,大大增加了檢測難度?;谏鲜鲈砗涂椎罈l件等特征,顧盛等[6]提出了采用具有細(xì)長沖擊頭的DL型里氏硬度計對灌漿孔道或出漿孔道灌漿料的外端面進(jìn)行硬度檢測,再利用已建立的測強曲線換算得到灌漿料抗壓強度的方法,并獲得專利授權(quán)。吳玉龍等[7-8]就表面硬度法開展了較為深入的研究,調(diào)研了硬度法檢測水泥基膠凝材料的相關(guān)文獻(xiàn),較為科學(xué)地分析了方法原理并論證了其可行性,利用灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試件和模擬孔道試件進(jìn)行了較為系統(tǒng)的試驗(見圖3)。試驗結(jié)果表明,在灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試件和模擬孔道試件上,灌漿料表面硬度檢測的重復(fù)性良好,表面硬度與抗壓強度具有極強的指數(shù)函數(shù)相關(guān)性,所建立的測強曲線的相關(guān)系數(shù)R分別為0.947和0.871,平均相對誤差δ為7.75%和11.0%,相對標(biāo)準(zhǔn)差er為9.73%和14.5%。

        根據(jù)在模擬孔道試件上建立的測強曲線,并依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23-2011 《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》 中第6章的第6.3條對專用測強曲線的規(guī)定(平均相對誤差δ≤12%,相對標(biāo)準(zhǔn)差er≤14%),明確了擬合所得的測強曲線基本達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)要求(較統(tǒng)一測強曲線和地區(qū)測強曲線更嚴(yán)格),表明了在實驗室條件下,表面硬度法具備科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可靠性。

        綜上可知,表面硬度法作為一種實體檢測的間接法,相比于同條件試件法,能更真實地反映構(gòu)件的質(zhì)量;相比于小芯樣法,其具有無損、快速、輕便、高效和便于大量抽檢等明顯優(yōu)勢。對于套筒灌漿料實體抗壓強度的檢測,表面硬度法是一種優(yōu)選的方法,該方法雖取得了一定的理論和試驗成果,但僅局限于室內(nèi)試驗而未進(jìn)行實際工程驗證。由于工程現(xiàn)場環(huán)境較實驗室的復(fù)雜得多,所以在該條件下,其是否仍具有可行性和準(zhǔn)確性,有待進(jìn)一步研究和驗證。

        2 測強曲線的工程驗證

        為進(jìn)一步探明表面硬度法檢測套筒灌漿料實體強度的可靠性,文章將通過實際工程的應(yīng)用對該方法本身及已建立的測強曲線加以研究和驗證。

        2.1 項目概況

        某三十二層樓的結(jié)構(gòu)形式為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu),剪力墻構(gòu)件(部分)采用鋼筋套筒灌漿連接。根據(jù)項目進(jìn)度,研究小組擬隨機抽取第十七層部分剪力墻構(gòu)件的灌漿連接節(jié)點,采用表面硬度法對其灌漿料實體的抗壓強度進(jìn)行檢測,以驗證該方法的可靠性。

        2.2 檢測方案

        2.2.1 儀器設(shè)備

        試驗采用的是與實驗室試驗相同的配備DL型沖擊裝置的里氏硬度計(型號為TIME5350),測量范圍為170 (HL)960 (HL)。在檢測前,先將其在標(biāo)準(zhǔn)鋼砧上進(jìn)行率定,若率定結(jié)果在(878±30) (HL)范圍內(nèi),則表明設(shè)備工作狀態(tài)良好;若設(shè)備率定值異常,則須立即對其進(jìn)行校準(zhǔn)或更換其他符合要求的設(shè)備。

        2.2.2 檢測范圍及內(nèi)容

        隨機選擇第17層的6個剪力墻構(gòu)件,分別進(jìn)行7,14,28 d齡期下的套筒灌漿料實體抗壓強度檢測評定。所抽檢剪力墻構(gòu)件的套筒均采用“梅花形”布置,28 d的抗壓強度設(shè)計值為不低于85 MPa。抽檢構(gòu)件的軸線位置及檢測參數(shù)如表1所示,所在位置如圖4所示。

        表1 灌漿料實體抗壓強度抽檢構(gòu)件的軸線位置及檢測參數(shù)

        2.2.3 檢測過程

        為順利進(jìn)行后續(xù)的檢測工作,前期已與建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工總包單位和專業(yè)套筒灌漿隊伍等進(jìn)行了充分溝通,溝通內(nèi)容主要包括:① 在灌漿結(jié)束后,配合采用帶平整內(nèi)端面的橡膠塞對灌漿口和出漿口進(jìn)行封堵;② 灌漿完成1~2 d后拔除橡膠塞,使灌漿料表面與外界進(jìn)行正常的熱量和水分交換,確保自然養(yǎng)護(hù)環(huán)境;③ 根據(jù)抽檢的剪力墻構(gòu)件,各制作1組灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試件,并將其置于剪力墻構(gòu)件附近,與套筒內(nèi)的灌漿料一起在現(xiàn)場同條件下養(yǎng)護(hù)(見圖5),同時須對同條件試件采取妥善的保護(hù)措施,避免發(fā)生損壞或丟失。

        當(dāng)灌漿料養(yǎng)護(hù)至相應(yīng)齡期時,按照表1的參數(shù),分別對各齡期下套筒灌漿料實體的抗壓強度進(jìn)行檢測。主要步驟為:① 查看設(shè)計資料,在現(xiàn)場找到相應(yīng)的待檢剪力墻構(gòu)件;② 在所選剪力墻構(gòu)件上隨機抽取4個灌漿套筒,并在套筒外側(cè)的混凝土上進(jìn)行編號,為1#~4#;③ 觀察1#套筒灌漿和出漿兩個孔道內(nèi)的外觀質(zhì)量情況,若漿料狀態(tài)較為飽滿、表面平整、光潔,氣孔等缺陷較少(不要求完全無缺陷),則判定其符合檢測面的要求,可用于表面硬度檢測(見圖6),若表面狀態(tài)不滿足上述要求,則判定檢測面不符合要求,須更換選擇其他套筒并重新進(jìn)行編號;④ 在1#套筒檢測面符合要求的前提下對灌漿料表面硬度進(jìn)行檢測;⑤ 1#套筒檢測完成后,再對2#,3#,4#套筒重復(fù)上述第③,④步驟直至所有套筒檢測完畢。

        圖4 抽檢構(gòu)件所在位置示意

        圖5 同條件試件留置現(xiàn)場

        在對孔道內(nèi)的灌漿料表面硬度進(jìn)行檢測時,一方面,盡量保證沖擊裝置垂直于檢測面;另一方面,保證在同一孔道內(nèi)相鄰的兩個測點間距至少為3 mm。一般每個套筒采集4個表面硬度,即每個剪力墻構(gòu)件的4個套筒為1組,共計16個表面硬度。

        圖6 檢測面外觀質(zhì)量檢查情況

        2.3 檢測結(jié)果及分析

        2.3.1 表面硬度法檢測結(jié)果

        圖7 兩種方法的檢測結(jié)果對比及相對誤差分布

        表2 灌漿料實體抗壓強度的檢測結(jié)果

        (1)

        (2)

        2.3.2 同條件試件檢測結(jié)果

        依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 408-2019 《鋼筋連接用套筒灌漿料》 中的方法對同條件試件進(jìn)行試驗和評定,得到該組試件的抗壓強度平均值(見表3,每個試件折斷為A、B兩段)。

        表3 同條件試件抗壓強度的檢測結(jié)果

        2.3.3 結(jié)果分析和對比

        為驗證表面硬度法的檢測結(jié)果是否可靠,將表面硬度法與同條件試件法獲得的剪力墻構(gòu)件套筒灌漿料實體抗壓強度的結(jié)果進(jìn)行對比分析,并計算二者的相對誤差,其計算結(jié)果和分布分別如表4和圖7所示。由表4可知,表面硬度法得出的抗壓強度平均值與同條件試件法的較為接近,二者的相對誤差范圍為5.55%~10.79%(小于11%)。對于工程實際而言,該誤差是可以接受的,進(jìn)一步論證了表面硬度法的可靠性較好。

        表4 兩種方法的檢測結(jié)果及相對誤差

        3 結(jié)語

        (1) 對連接鋼筋套筒的灌漿料抗壓強度的檢測方法進(jìn)行了研究和討論,較為全面地分析了現(xiàn)有3種方法各自的特點,并論證了表面硬度法是優(yōu)選方法,具有能夠真實地反映實際灌漿質(zhì)量,且無損、快速、輕便、高效和便于大量抽檢等優(yōu)勢;分析了表面硬度法的研究現(xiàn)狀,指出了該方法的不足。

        (2) 通過實際工程應(yīng)用,對表面硬度法開展了較為系統(tǒng)的驗證,根據(jù)所抽檢的6個剪力墻套筒連接處灌漿料的表面硬度檢測結(jié)果和已建立的測強曲線進(jìn)行換算,最終得到了每個剪力墻構(gòu)件連接節(jié)點處灌漿料的抗壓強度,并總結(jié)了該方法現(xiàn)場操作的主要步驟,可供工程檢測人員參考。

        (3) 分析對比表面硬度法和同條件試件法得到的灌漿料抗壓強度可知,二者的相對誤差為5.55%~10.79%(小于11%),說明表面硬度法的可靠性較好。

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