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(cè)中心,昆山 215337;2.南京市建筑安裝工程質(zhì)量檢測(cè)中心,南京 210017;3.中國(guó)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(diǎn)連接將預(yù)制構(gòu)件裝配成整體,實(shí)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(duì)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(zhǎng)度、灌漿的飽滿度以及灌漿料的質(zhì)量??箟簭?qiáng)度是評(píng)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(qiáng)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(qiáng)度是能夠保證的,然而實(shí)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(chǎng)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(shí)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(shí)或粗心大意,誤用坐漿料,甚至誤用水泥砂漿;④ 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)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(shí),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(qiáng)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(duì)工程項(xiàng)目的套筒灌漿連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行灌漿料抗壓強(qiáng)度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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。
同條件試件法主要對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)灌漿作業(yè)時(shí)留置的同條件灌漿料棱柱體試件[尺寸為40 mm×40 mm×160 mm(長(zhǎng)×寬×高)]進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),并將其抗壓強(qiáng)度作為判斷套筒內(nèi)灌漿料抗壓強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)的依據(jù)。同條件試件法的實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)度,但試件未必能真實(shí)對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)實(shí)體,故其抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果無(wú)法很好地表征套筒內(nèi)灌漿料的真實(shí)抗壓強(qiáng)度。此外,若同條件試件的抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果為不合格,則仍然需要采取灌漿料抗壓強(qiáng)度的實(shí)體檢測(cè)方法以形成閉環(huán)。
圖1 同條件試件法實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)
小芯樣法是由孫彬等[4-5]提出的一種檢測(cè)套筒灌漿料實(shí)體抗壓強(qiáng)度的方法,也是最早誕生的方法。該方法步驟如下:① 先對(duì)孔道的灌漿料連同PVC(聚氯乙烯)管進(jìn)行鉆芯取樣;② 對(duì)樣品進(jìn)行切割、磨平加工;③ 對(duì)小芯樣進(jìn)行抗壓試驗(yàn),計(jì)算抗壓強(qiáng)度,并經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析后獲得套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果,小芯樣法的實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)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(shí)施現(xiàn)場(chǎng)
圖3 表面硬度法的剪力墻模型及抗壓強(qiáng)度檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)
由于套筒內(nèi)的灌漿料已隱蔽,無(wú)法直接檢測(cè)其強(qiáng)度,所以同小芯樣法類似,表面硬度法也是通過檢測(cè)孔道來(lái)間接表征套筒內(nèi)灌漿料強(qiáng)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(cè)難度。基于上述原理和孔道條件等特征,顧盛等[6]提出了采用具有細(xì)長(zhǎng)沖擊頭的DL型里氏硬度計(jì)對(duì)灌漿孔道或出漿孔道灌漿料的外端面進(jìn)行硬度檢測(cè),再利用已建立的測(cè)強(qiáng)曲線換算得到灌漿料抗壓強(qiáng)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(cè)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(yàn)(見圖3)。試驗(yàn)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(cè)的重復(fù)性良好,表面硬度與抗壓強(qiáng)度具有極強(qiáng)的指數(shù)函數(shù)相關(guān)性,所建立的測(cè)強(qiáng)曲線的相關(guān)系數(shù)R分別為0.947和0.871,平均相對(duì)誤差δ為7.75%和11.0%,相對(duì)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(cè)強(qiáng)曲線,并依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23-2011 《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》 中第6章的第6.3條對(duì)專用測(cè)強(qiáng)曲線的規(guī)定(平均相對(duì)誤差δ≤12%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差er≤14%),明確了擬合所得的測(cè)強(qiáng)曲線基本達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)要求(較統(tǒng)一測(cè)強(qiáng)曲線和地區(qū)測(cè)強(qiáng)曲線更嚴(yán)格),表明了在實(shí)驗(yàn)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(shí)體檢測(cè)的間接法,相比于同條件試件法,能更真實(shí)地反映構(gòu)件的質(zhì)量;相比于小芯樣法,其具有無(wú)損、快速、輕便、高效和便于大量抽檢等明顯優(yōu)勢(shì)。對(duì)于套筒灌漿料實(shí)體抗壓強(qiáng)度的檢測(cè),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(yàn)成果,但僅局限于室內(nèi)試驗(yàn)而未進(jìn)行實(shí)際工程驗(yàn)證。由于工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較實(shí)驗(yàn)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(yàn)證。
為進(jìn)一步探明表面硬度法檢測(cè)套筒灌漿料實(shí)體強(qiáng)度的可靠性,文章將通過實(shí)際工程的應(yīng)用對(duì)該方法本身及已建立的測(cè)強(qiáng)曲線加以研究和驗(yàn)證。
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(xiàng)目進(jìn)度,研究小組擬隨機(jī)抽取第十七層部分剪力墻構(gòu)件的灌漿連接節(jié)點(diǎn),采用表面硬度法對(duì)其灌漿料實(shí)體的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè),以驗(yàn)證該方法的可靠性。
2.2.1 儀器設(shè)備
試驗(yàn)采用的是與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)相同的配備DL型沖擊裝置的里氏硬度計(jì)(型號(hào)為TIME5350),測(cè)量范圍為170 (HL)960 (HL)。在檢測(cè)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(duì)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(cè)范圍及內(nèi)容
隨機(jī)選擇第17層的6個(gè)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(shí)體抗壓強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值為不低于85 MPa。抽檢構(gòu)件的軸線位置及檢測(cè)參數(shù)如表1所示,所在位置如圖4所示。
表1 灌漿料實(shí)體抗壓強(qiáng)度抽檢構(gòu)件的軸線位置及檢測(cè)參數(shù)
2.2.3 檢測(cè)過程
為順利進(jìn)行后續(xù)的檢測(cè)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(duì)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(duì)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(chǎng)同條件下養(yǎng)護(hù)(見圖5),同時(shí)須對(duì)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(shí),按照表1的參數(shù),分別對(duì)各齡期下套筒灌漿料實(shí)體的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。主要步驟為:① 查看設(shè)計(jì)資料,在現(xiàn)場(chǎng)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(jī)抽取4個(gè)灌漿套筒,并在套筒外側(cè)的混凝土上進(jìn)行編號(hào),為1#~4#;③ 觀察1#套筒灌漿和出漿兩個(gè)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(wú)缺陷),則判定其符合檢測(cè)面的要求,可用于表面硬度檢測(cè)(見圖6),若表面狀態(tài)不滿足上述要求,則判定檢測(cè)面不符合要求,須更換選擇其他套筒并重新進(jìn)行編號(hào);④ 在1#套筒檢測(cè)面符合要求的前提下對(duì)灌漿料表面硬度進(jìn)行檢測(cè);⑤ 1#套筒檢測(cè)完成后,再對(duì)2#,3#,4#套筒重復(fù)上述第③,④步驟直至所有套筒檢測(cè)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(chǎng)
在對(duì)孔道內(nèi)的灌漿料表面硬度進(jìn)行檢測(cè)時(shí),一方面,盡量保證沖擊裝置垂直于檢測(cè)面;另一方面,保證在同一孔道內(nèi)相鄰的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)間距至少為3 mm。一般每個(gè)套筒采集4個(gè)表面硬度,即每個(gè)剪力墻構(gòu)件的4個(gè)套筒為1組,共計(jì)16個(gè)表面硬度。
圖6 檢測(cè)面外觀質(zhì)量檢查情況
2.3.1 表面硬度法檢測(cè)結(jié)果
圖7 兩種方法的檢測(cè)結(jié)果對(duì)比及相對(duì)誤差分布
表2 灌漿料實(shí)體抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果
(1)
(2)
2.3.2 同條件試件檢測(cè)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(duì)同條件試件進(jìn)行試驗(yàn)和評(píng)定,得到該組試件的抗壓強(qiáng)度平均值(見表3,每個(gè)試件折斷為A、B兩段)。
表3 同條件試件抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果
2.3.3 結(jié)果分析和對(duì)比
為驗(yàn)證表面硬度法的檢測(cè)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(shí)體抗壓強(qiáng)度的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,并計(jì)算二者的相對(duì)誤差,其計(jì)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(qiáng)度平均值與同條件試件法的較為接近,二者的相對(duì)誤差范圍為5.55%~10.79%(小于11%)。對(duì)于工程實(shí)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(cè)結(jié)果及相對(duì)誤差
(1) 對(duì)連接鋼筋套筒的灌漿料抗壓強(qiáng)度的檢測(cè)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(diǎn),并論證了表面硬度法是優(yōu)選方法,具有能夠真實(shí)地反映實(shí)際灌漿質(zhì)量,且無(wú)損、快速、輕便、高效和便于大量抽檢等優(yōu)勢(shì);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(shí)際工程應(yīng)用,對(duì)表面硬度法開展了較為系統(tǒng)的驗(yàn)證,根據(jù)所抽檢的6個(gè)剪力墻套筒連接處灌漿料的表面硬度檢測(cè)結(jié)果和已建立的測(cè)強(qiáng)曲線進(jìn)行換算,最終得到了每個(gè)剪力墻構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)處灌漿料的抗壓強(qiáng)度,并總結(jié)了該方法現(xiàn)場(chǎng)操作的主要步驟,可供工程檢測(cè)人員參考。
(3) 分析對(duì)比表面硬度法和同條件試件法得到的灌漿料抗壓強(qiáng)度可知,二者的相對(duì)誤差為5.55%~10.79%(小于11%),說(shuō)明表面硬度法的可靠性較好。