謝焱南， 曲秀姝

(北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院， 北京 100044)

工業(yè)革命人口流動(dòng)促使裝配式建筑體系迅速發(fā)展，1931—1981年共有28種裝配式建筑體系產(chǎn)生。1976年，美國(guó)出臺(tái)《國(guó)家工業(yè)化建筑建造標(biāo)準(zhǔn)》以解決裝配式建筑的設(shè)計(jì)、施工、防火等問題；1965年日本啟動(dòng)2個(gè)階段裝配式建筑建設(shè)計(jì)劃，1971年將裝配式建筑占有率提升至42%[1]；2001年，新加坡建設(shè)局(BCA)推行建筑工業(yè)化，后由新加坡建屋局(HDB)繼續(xù)推行[2]。1950年，我國(guó)提出裝配式建筑預(yù)想，但受控于生產(chǎn)技術(shù)、工人素質(zhì)落后未能實(shí)現(xiàn)。2016年，我國(guó)大力發(fā)展裝配式建筑，預(yù)計(jì)10年內(nèi)30%新建建筑將采用裝配式建筑形式施工。由此看來，裝配式建筑將會(huì)成為我國(guó)未來主流的建筑形式，具有良好的發(fā)展前景。

裝配式構(gòu)件節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)抗力的保證，鋼筋連接是節(jié)點(diǎn)的核心。當(dāng)前主要的鋼筋連接有灌漿套筒連接、鋼筋漿錨搭接及機(jī)械連接，且關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處鋼筋均用灌漿套筒連接。

灌漿套筒于1968年發(fā)明，在夏威夷的阿拉莫酒店首次應(yīng)用并取得極大成效[3]。灌漿套筒應(yīng)用廣泛，可連接12～40 mm直徑螺紋鋼筋。接頭強(qiáng)度較高且抗拉強(qiáng)度不小于連接鋼筋的1.15倍。我國(guó)已將灌漿套筒納入GB/T 51231—2016《裝配式混凝土建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》、JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等規(guī)范中。JG/T 398—2019《鋼筋連接用灌漿套筒》對(duì)灌漿套筒構(gòu)造尺寸、檢驗(yàn)作出規(guī)定，JG/T 408—2019《鋼筋連接用灌漿套筒料》對(duì)灌漿料配合比、強(qiáng)度及流動(dòng)度作出要求。

灌漿套筒屬于隱蔽工程，對(duì)漿料飽滿度檢測(cè)極為困難。當(dāng)前歐美等國(guó)通過提高工人素質(zhì)、規(guī)范施工步序來提升灌漿合格率[4]。我國(guó)JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》要求對(duì)注漿后的套筒采用人眼觀察出漿情況及檢查灌漿施工記錄。上述方法均依靠出漿孔出漿情況判斷漿液飽滿度，無法判斷套筒內(nèi)部漿料狀態(tài)。

綜上所述，灌漿套筒雖應(yīng)用廣泛，但缺少規(guī)范的檢測(cè)方法。下文將分析灌漿套筒缺陷原因，并歸納十余種漿料飽滿度檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。最后提出一種基于漿料導(dǎo)電性的無損電阻檢測(cè)法，并針對(duì)其原理、關(guān)鍵技術(shù)做介紹。

1 套筒灌漿缺陷研究

灌漿套筒分為全灌漿套筒和半灌漿套筒2種形式，2種連接示意如圖1所示。其中全灌漿套筒是指套筒兩端插入錨固鋼筋后注漿；半灌漿套筒是指套筒預(yù)制端采用機(jī)械連接，注漿端插入鋼筋后注漿。

圖1 灌漿套筒示意Fig.1 Schematic diagram of grouting sleeve

全灌漿套筒適用于預(yù)制梁、柱外伸鋼筋間連接，施工現(xiàn)場(chǎng)常將全灌漿套筒與混凝土后澆帶共同施作，水平連接示意如圖2所示。半灌漿套筒適用于剪力墻間及柱間鋼筋連接，常采用連通腔連接多個(gè)套筒并使用壓漿法施工，壓漿法連接示意如圖3所示。

圖2 水平連接示意Fig.2 Horizontal connection diagram

圖3 壓漿法連接示意Fig.3 Schematic diagram of grouting connection

灌漿套筒注漿過程中，常會(huì)出現(xiàn)4種漿料飽滿度不足的形式。

漿料水平缺陷：該缺陷常出現(xiàn)在連接水平鋼筋的套筒上。漿料水平缺陷會(huì)導(dǎo)致局部漿料與筒壁黏結(jié)強(qiáng)度降低，鋼筋偏心拉出破壞。

套筒端部缺陷：該缺陷常出現(xiàn)在連通腔連接的半灌漿套筒中，主要缺陷原因是坐漿層泄露或停止注漿時(shí)間過早。

套筒中部缺陷：該缺陷出現(xiàn)原因是灌漿料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)或用水泥砂漿代替灌漿料施作。套筒中漿料收縮或骨料擁堵造成中部缺陷。鄭清林等[5]通過試驗(yàn)證明用水泥砂漿注漿時(shí)，鋼筋受軸向力時(shí)拔出會(huì)引發(fā)水泥砂漿的脆性破壞。

鋼筋偏心或錨固長(zhǎng)度不足：該缺陷出現(xiàn)原因是墻底套筒與梁上預(yù)留鋼筋不完全對(duì)應(yīng)。施工過程中需將鋼筋截?cái)嗷驈澱鄄迦雽?dǎo)致錨固長(zhǎng)度不足[6]。

綜上所述，灌漿套筒漿料飽滿度不足的主要原因是套筒使用不當(dāng)。李向民等[7]通過試驗(yàn)確定相同情況下，端部缺陷長(zhǎng)度大于單側(cè)錨固長(zhǎng)度30%或中部缺陷15%時(shí)接頭會(huì)發(fā)生脆性破壞。由此看來套筒中部漿料不飽滿對(duì)接頭強(qiáng)度影響最為嚴(yán)重。

2 灌漿套筒缺陷檢測(cè)研究

灌漿套筒漿料飽滿度檢測(cè)可從缺陷轉(zhuǎn)換信號(hào)形式、直接觀測(cè)缺陷形式及端部缺陷檢測(cè)形式考慮。其中缺陷轉(zhuǎn)換信號(hào)形式是通過儀器將灌漿套筒內(nèi)部缺陷轉(zhuǎn)化為可觀測(cè)的光、聲、電信號(hào)形式，由檢測(cè)者采集信號(hào)并分析缺陷位置及大小，包括X射線檢測(cè)技術(shù)、超聲波檢測(cè)技術(shù)、阻尼振動(dòng)法等。直接觀測(cè)缺陷形式是通過設(shè)備使人眼直接觀測(cè)到套筒內(nèi)部漿料缺陷情況，包括鉆孔內(nèi)窺鏡法、成孔內(nèi)窺鏡法等。端部缺陷檢測(cè)形式是通過出漿孔檢測(cè)套筒內(nèi)部漿料是否達(dá)到指定高度，包括預(yù)埋鋼絲法、電阻法、顯像管法等。

2.1 缺陷轉(zhuǎn)換信號(hào)形式

2.1.1 X射線檢測(cè)技術(shù)

X射線檢測(cè)技術(shù)是利用穿透性極強(qiáng)的X射線穿透混凝土墻體和鋼套筒，并將其內(nèi)部缺陷投射至底片上，根據(jù)墻體厚度、材質(zhì)呈現(xiàn)的灰度情況來顯示套筒漿料飽滿度情況[8]，X射線檢測(cè)示意如圖4所示。

圖4 X射線檢測(cè)示意Fig.4 X-ray inspection diagram

X射線檢測(cè)技術(shù)分為工業(yè)CT技術(shù)、X射線數(shù)字成像技術(shù)(DR)、X射線計(jì)算機(jī)成像技術(shù)(CR)和X射線膠片成像技術(shù)，X射線成像效果如圖5所示。工業(yè)CT技術(shù)設(shè)備體積龐大，設(shè)備運(yùn)行所需管電流、管電壓較高，不具備施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)能力，但該設(shè)備清晰度較高，檢測(cè)效果較好，可以用于試驗(yàn)室檢測(cè)灌漿套筒試件[9]。DR技術(shù)、CR技術(shù)以及X射線膠片成像技術(shù)在體積上均有縮減，不同點(diǎn)在于DR技術(shù)用平板探測(cè)器直接接收?qǐng)D像；CR技術(shù)用IP成像板接收信號(hào)后經(jīng)二次掃描轉(zhuǎn)化為圖像；膠片成像技術(shù)則用感光膠片接收信號(hào)。

圖5 X射線圖像效果Fig.5 X-ray image rendering

X射線檢測(cè)精確度與射線強(qiáng)度、被測(cè)物材質(zhì)、厚度有關(guān)。X射線強(qiáng)度與設(shè)備中的管電流及管電壓的平方成正比[10]，因此便攜式X射線檢測(cè)設(shè)備不具有高強(qiáng)電流電壓，通常只能穿透200 mm內(nèi)的混凝土墻。用X射線穿透厚度較大的預(yù)制柱，施作時(shí)可將X射線從柱一側(cè)斜射入，用與柱身相同混凝土制作補(bǔ)償塊減小厚度差來解決曝光及圖像質(zhì)量差的問題[11]，補(bǔ)償塊示意如圖6所示。

圖6 補(bǔ)償塊示意Fig.6 Compensation block diagram

2.1.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波在不同介質(zhì)中傳播、衰減速度不同，因此可將超聲波運(yùn)用到灌漿套筒飽滿度檢測(cè)中。當(dāng)前超聲波法包括：首波聲時(shí)法、超聲斷面成像法、超聲導(dǎo)波法、反射波衰減法等。

首波聲時(shí)法是通過超聲波發(fā)射器發(fā)射聲波并在套筒另一端接收，根據(jù)首波聲時(shí)所處區(qū)間判斷套筒內(nèi)缺陷狀況。為驗(yàn)證該方法可行性，姜紹飛等[12]提出了超聲波傳播模型。推斷出當(dāng)漿料密實(shí)時(shí)，聲波沿筒壁、漿料直線傳播；出現(xiàn)缺陷時(shí)，漿料繞過缺陷后直射入接收器，超聲波傳播模型如圖7所示。

圖7 超聲波傳播模型Fig.7 Ultrasonic propagation model

超聲斷面成像法依靠超聲波斷層掃描儀掃查試件并將圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。超聲波斷層掃描儀由多個(gè)探頭提供脈沖激勵(lì)，探頭既可發(fā)射聲波又可接收聲波，實(shí)際工作中既可單點(diǎn)信號(hào)掃描又可多點(diǎn)信號(hào)掃描[13]，超聲斷面成像模型如圖8所示。

圖8 斷面超聲成像模型Fig.8 Cross-sectional ultrasound imaging model

超聲導(dǎo)波法利用超聲波在介質(zhì)中反射傳導(dǎo)原理設(shè)計(jì)而成，該方法在鋼筋任意位置持續(xù)提供超聲波脈沖激勵(lì)，由計(jì)算機(jī)分析波形后判斷套筒內(nèi)缺陷情況，導(dǎo)波法示意如圖9所示。超聲導(dǎo)波法重點(diǎn)是對(duì)波形的選取，經(jīng)李冬生等[14]的試驗(yàn)研究，最終確定8周期4 kHz作為激勵(lì)信號(hào)時(shí)，首波信號(hào)清晰且無明顯疊加現(xiàn)象。

圖9 導(dǎo)波法示意Fig.9 Guided wave method

反射波衰減法以超聲波在不同介質(zhì)中的衰減速度不同為原理[15]，但該方法需要對(duì)剪力墻剔鑿處理來設(shè)置接收反射波的耦合層，衰減法施工示意如圖10所示。

圖10 衰減法施工示意Fig.10 Schematic diagram of attenuation method construction

綜上所述，超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)環(huán)境要求較高，噪聲較大的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)效果不明顯。對(duì)于首波聲時(shí)法而言，發(fā)射器與接收器必須處于同一直線，且該方法對(duì)剪力墻中的套筒檢測(cè)效果不好，施工較為復(fù)雜。斷面成像法對(duì)體積較小的缺陷檢測(cè)效果不明顯，僅驗(yàn)證對(duì)鋼筋直徑在25 mm以上灌漿套筒連接有作用，該方法需從離套筒較遠(yuǎn)一側(cè)墻體施作，且套筒不可雙排布置。超聲導(dǎo)波法不適用剪力墻中的套筒檢測(cè)。反射波衰減法對(duì)剪力墻破壞明顯。超聲波檢測(cè)法推廣難度較大，精確度還需提高。

2.1.3 沖擊回波法

沖擊回波法是20世紀(jì)80年代美國(guó)康奈爾大學(xué)和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院共同推出的無損檢測(cè)方法[16]。該方法利用激蕩錘敲擊試件表面產(chǎn)成能量和穿透能力較強(qiáng)的沖擊彈性波，根據(jù)沖擊彈性波波形來確定試件中缺陷情況，彈性波傳播路徑如圖11所示。

圖11 彈性波傳播路徑Fig.11 Elastic wave propagation path

沖擊回波法和超聲波斷面成像法原理相似，但其優(yōu)點(diǎn)是沖擊彈性波不會(huì)受到金屬對(duì)信號(hào)衰減和雜波影響，因此沖擊回波法檢測(cè)效果較超聲斷面成像法好。劉輝等[17]通過試驗(yàn)說明沖擊回波法在檢測(cè)剪力墻中單排居中套筒效果良好，但檢測(cè)雙排套筒時(shí)不能區(qū)分漿料飽滿區(qū)和非飽滿區(qū)，對(duì)于直徑在2 mm以下的缺陷檢測(cè)效果不好。

2.1.4 阻尼振動(dòng)法

阻尼振動(dòng)法通過預(yù)埋傳感器或傳力棒振動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)波，通過振動(dòng)波波形來判斷套筒內(nèi)部漿料飽滿度情況。根據(jù)振動(dòng)方式不同可分為預(yù)埋傳感器振動(dòng)法和直接沖擊振動(dòng)法。其中預(yù)埋傳感器振動(dòng)法預(yù)先在套筒中埋入振動(dòng)傳感器，并在套筒外部接收振動(dòng)波傳導(dǎo)信號(hào)，通過分析振動(dòng)波頻率振幅曲線判斷套筒內(nèi)部缺陷狀況。直接沖擊振動(dòng)法是在漿料凝固的套筒上鉆孔，插入裝有全橋應(yīng)變片的傳力棒，如圖12所示。傳力棒對(duì)鋼筋施加預(yù)壓力，鋼筋通過傳力棒的激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)，并由應(yīng)變片接收振動(dòng)，通過分析振動(dòng)信號(hào)的峰頻率和峰寬比來確定漿料飽滿度情況，直接沖擊振動(dòng)法如圖13所示[18]。

圖12 傳力棒Fig.12 Induction force transfer bar

圖13 直接沖擊振動(dòng)法示意Fig.13 Schematic diagram of direct shock vibration method

預(yù)埋傳感器法檢測(cè)時(shí)，為減少注漿時(shí)漿料附著應(yīng)注意傳感器正面朝向套筒側(cè)壁，傳感器位置如圖14所示。為確定漿料飽滿時(shí)的置信區(qū)間，祝雯等[19]通過試驗(yàn)確定當(dāng)漿料處于拌合狀態(tài)時(shí)振動(dòng)能量值讀數(shù)應(yīng)小于100，漿料凝固時(shí)振動(dòng)能量值讀數(shù)應(yīng)小于50。

圖14 傳感器位置示意Fig.14 Sensor location diagram

套筒內(nèi)預(yù)埋傳感器，不僅對(duì)套筒造成損傷，且傳感器不可回收，造價(jià)過高。而直接沖擊振動(dòng)法需在套筒開洞施作，損傷套筒。綜上所述，阻尼振動(dòng)法若推廣到施工現(xiàn)場(chǎng)還需優(yōu)化傳感器的體積及造價(jià)，做好開洞的修復(fù)處理。

2.1.5 壓電阻抗法

壓電阻抗法所用的壓電材料變形生成電荷進(jìn)而形成可檢測(cè)的電壓，向該材料通電，材料自身也會(huì)產(chǎn)生形變。將壓電材料粘貼在套筒上，對(duì)壓電材料施加交流電流，通過壓電材料的變形引發(fā)套筒的振動(dòng)，漿料飽滿度不同的位置振動(dòng)頻率不同，致使檢測(cè)到的電壓頻率也不同，由此判斷灌漿套筒漿料飽滿度，其檢測(cè)原理如圖15所示，檢測(cè)儀器如圖16所示。

圖15 壓電阻抗法檢測(cè)原理Fig.15 Principle of piezoelectric impedance method

圖16 阻抗分析儀Fig.16 Impedance analyzer

李俊華等[20]驗(yàn)證感應(yīng)片布置在套筒上部時(shí)，檢測(cè)信號(hào)最為穩(wěn)定，檢測(cè)準(zhǔn)確率最高。電導(dǎo)信號(hào)頻譜曲線波峰處諧振頻率變化和均方根偏差指標(biāo)的變化能夠有效識(shí)別套筒內(nèi)部灌漿飽滿度。

壓電阻抗法需在外層混凝土開洞施作，因此檢測(cè)完成后需二次施工。當(dāng)前感應(yīng)片規(guī)格和指標(biāo)并不統(tǒng)一，檢測(cè)樣本容量較小，因此實(shí)際檢測(cè)中存在誤判現(xiàn)象。

2.2 直接觀測(cè)缺陷形式

2.2.1 鉆孔內(nèi)窺鏡法

鉆孔內(nèi)窺鏡法常用以檢測(cè)漿料已凝固的灌漿套筒。施作時(shí)需在套筒鉆孔后伸入內(nèi)窺鏡，通過內(nèi)窺鏡掃描圖像、測(cè)量缺陷高度，經(jīng)計(jì)算機(jī)對(duì)上述掃描信號(hào)處理后確定缺陷具體位置及后續(xù)補(bǔ)漿工作。

鉆孔位置由漿料檢測(cè)位置確定。李剛等[21]從出漿孔鉆孔并伸入內(nèi)窺鏡用以檢測(cè)端部缺陷，直視目鏡向下掃描檢測(cè)漿料飽滿程度，側(cè)視目鏡掃描缺陷長(zhǎng)度。李向民等[22]在注漿孔與出漿孔連線開孔，伸入目鏡掃描四周以檢測(cè)內(nèi)部缺陷，2種施作方法如圖17所示。

圖17 鉆孔內(nèi)窺鏡法示意Fig.17 Schematic diagram of drilling endoscopy

2.2.2 預(yù)成孔內(nèi)窺鏡法

預(yù)成孔內(nèi)窺鏡法是指出漿孔出漿后用橡膠塞與熱縮組件封閉出漿孔，待施作完成后拔出橡膠塞，伸入三維成像測(cè)量?jī)?nèi)窺鏡以獲取缺陷三維圖像，出漿孔直徑可通過加熱熱縮組件控制。孫彬等[23]確定4.0 mm直徑的三維立體雙物鏡測(cè)量鏡頭內(nèi)窺鏡對(duì)灌漿飽滿度檢測(cè)效果更好。

綜上所述，內(nèi)窺鏡法最顯著優(yōu)點(diǎn)是利用孔洞二次注漿。該方法操作簡(jiǎn)單，使用數(shù)字化處理圖像結(jié)果較為準(zhǔn)確。但在施作過程中，成孔會(huì)對(duì)套筒造成損傷，還需修復(fù)已損傷套筒。

2.3 端部缺陷檢測(cè)形式

2.3.1 預(yù)埋鋼絲法

預(yù)埋鋼絲法[24]是提前將高強(qiáng)鋼絲、透明塑料管安裝在橡膠塞上，待套筒注漿完成后用處理過的橡膠塞塞住出漿孔，預(yù)埋鋼絲法如圖18所示。待漿料養(yǎng)護(hù)至指定強(qiáng)度后，使用拉拔設(shè)備將鋼絲拔出，根據(jù)鋼絲拔出所需荷載來確定端頭漿料飽滿情況。其拉拔設(shè)備如圖19所示。

圖18 預(yù)埋鋼絲法示意Fig.18 Schematic diagram of embedded steel wire method

圖19 鋼筋張拉設(shè)備Fig.19 Rebar tensioning equipment

高潤(rùn)東等[25]結(jié)合內(nèi)窺鏡法提出一種改進(jìn)預(yù)埋鋼絲法。用塑料管包裹鋼絲，用透明膠封閉端頭。待漿料凝結(jié)后，手動(dòng)拔出鋼絲，在鋼絲孔洞插入內(nèi)窺鏡檢測(cè)套筒漿料飽滿度。

預(yù)埋鋼絲法操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)精度較高，可用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。鋼絲拔出后會(huì)留孔洞，可用內(nèi)窺鏡進(jìn)一步檢測(cè)和二次注漿。當(dāng)前預(yù)埋鋼絲法未曾廣泛應(yīng)用，對(duì)荷載的合理區(qū)間樣本容量不多，還需要進(jìn)一步確定。

2.3.2 電阻法

灌漿料主要由骨料、膠凝材料及添加劑構(gòu)成。漿液中含有可自由移動(dòng)的正負(fù)離子。電阻法原理如圖20所示，操作時(shí)首先在套筒頂部預(yù)埋入金屬探針，待注漿完成后，用電阻表連通金屬探針，通過電阻表示數(shù)確定漿料是否達(dá)到指定高度。

圖20 電阻法原理Fig.20 Schematic diagram of resistance method

為確定電阻法的最佳檢測(cè)時(shí)間以及漿料飽滿度與電阻關(guān)系，郭輝等[26]通過試驗(yàn)得出如下結(jié)論：最佳檢測(cè)時(shí)間在注漿后2 h，若電阻值為0時(shí)，可視為漿料較為飽滿；若電阻為0.03～0.30 MΩ，則漿料出現(xiàn)回落現(xiàn)象；若電阻值為無限大時(shí)，可視為漿料未達(dá)到指定高度。

對(duì)于半灌漿套筒而言，上部鋼筋與套筒采用螺紋連接以致無法插入金屬探針，伸出導(dǎo)線需以破壞墻體為代價(jià)，因此電阻法無法適用于上述情況。

2.3.3 顯像管法

顯像管法是將透明塑料管固定在橡膠塞上，如圖21所示。注漿后用橡膠塞塞住出漿孔，推動(dòng)拉桿抽取套筒漿料，觀測(cè)塑料管中漿料體積，判斷套筒中漿料飽滿度，顯像管法原理如圖22所示。

圖21 顯像管裝置Fig.21 Picture tube device

圖22 顯像管法原理Fig.22 Schematic diagram of display tube method

為探究顯像管法最佳檢測(cè)時(shí)間及顯像管中漿料與套筒缺陷關(guān)系。楊健等[27]通過多組顯像管法檢測(cè)套筒得到結(jié)論：顯像管法最佳檢測(cè)時(shí)間為注漿后10～15 min，當(dāng)顯像管中充滿漿料或含有少量空氣時(shí)，可視為漿料已達(dá)到指定高度；當(dāng)顯像管中漿料過少且含有大量空氣時(shí)，可視為漿料缺陷。

顯像管法檢測(cè)操作較簡(jiǎn)單，檢測(cè)成本較低。由于在漿料未凝固時(shí)檢測(cè)，方便二次注漿，更有助于提升漿料整體性。但該方法試驗(yàn)樣本容量少，檢測(cè)準(zhǔn)確度還不能把握。

3 檢測(cè)方法匯總

X射線檢測(cè)技術(shù)設(shè)備體積過大，適合試驗(yàn)室對(duì)樣品精確檢測(cè)。便攜式檢測(cè)方法在現(xiàn)場(chǎng)施作時(shí)對(duì)環(huán)境存在污染。預(yù)埋傳感器法中傳感器造價(jià)過高。超聲波檢測(cè)技術(shù)通常將發(fā)生器與接收器直接固定在套筒上并用導(dǎo)線連接，考慮到導(dǎo)線伸出不破壞外部混凝土，因此較適合檢測(cè)全灌漿套筒。壓電阻抗法及電阻法因?qū)Ь€問題適合檢測(cè)全灌漿套筒。沖擊回波法、直接沖擊振動(dòng)法、內(nèi)窺鏡法、預(yù)埋鋼絲法以及顯像管法對(duì)于檢測(cè)條件要求較低，可以適用于各種形式的灌漿套筒檢測(cè)，并且除沖擊回波法外的其他方法在施作過程中均需要對(duì)套筒開洞，在檢測(cè)完成后還可針對(duì)套筒缺陷部分二次補(bǔ)漿。每種檢測(cè)方法對(duì)應(yīng)條件見表1。

表1 檢測(cè)方法匯總

4 新型無損電阻法的提出

通過總結(jié)上述十余種灌漿套筒漿料密實(shí)度檢測(cè)方法，可發(fā)現(xiàn)多數(shù)方法可用于檢測(cè)套筒端頭注漿能否達(dá)到指定高度，而對(duì)于影響更大的中部缺陷暫無有效檢測(cè)方法。目前，上海市已將灌漿套筒漿料密實(shí)度檢測(cè)納入T/CECS 683—2020《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)套筒灌漿質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》。伴隨著國(guó)家政策導(dǎo)向，裝配式混凝土建筑在國(guó)內(nèi)已呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢(shì)，作為施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，漿料密實(shí)度檢測(cè)被納入更多的地方規(guī)程及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)勢(shì)在必行。因此，尋找一種便捷、準(zhǔn)確、無損的套筒漿料內(nèi)部及端部密實(shí)度檢測(cè)方法是推動(dòng)裝配式混凝土建筑高質(zhì)量發(fā)展的有力保障。

4.1 新型無損電阻法原理

本文提出一種基于漿料中金屬離子具有導(dǎo)電性的新型無損電阻法，新型無損電阻法由漿料連接裝置和電阻測(cè)量裝置兩部分組成，其概念設(shè)計(jì)如圖23所示。漿料連接裝置由金屬探針、限位器、橡膠塞及導(dǎo)線構(gòu)成，主要用于連接套筒中漿料與電阻表，電阻檢測(cè)裝置選用0.1 MΩ、500 V直流電阻測(cè)試儀。

由于可流動(dòng)的自由離子在導(dǎo)體中通過的難易程度受導(dǎo)體的橫截面積及縱向長(zhǎng)度影響。如式(1)所示，導(dǎo)體的電阻阻值與導(dǎo)體截面面積成反比，與導(dǎo)體縱向長(zhǎng)度成正比。

(1)

式中：R為電阻阻值，Ω；p為電阻率，Ω·m；l阻為電阻長(zhǎng)度，m；s為與電流垂直的橫截面積，m2。

圖23 新型無損電阻法概念Fig.23 Concept diagram of new lossless resistance method

漿料中含有大量的金屬離子，通電后離子從陽極向陰極流動(dòng)，離子在漿料缺陷處受阻不能通過，只能被迫從非缺陷位置通過，進(jìn)而形成電阻增大區(qū)域，離子流動(dòng)示意如圖24所示。其缺陷位置和尺寸對(duì)電阻的影響，分別為漿料無缺陷：金屬離子可順利通過漿料，電阻表顯示漿料整體電阻阻值，漿料中不存在電阻增大區(qū)域；漿料端部存有缺陷：漿料與陰陽極無法形成閉合回路，金屬離子無法從陽極流向陰極，電路中電阻正無窮；漿料中部存有缺陷：漿料中部缺陷可分為漿料內(nèi)部缺陷和漿料筒壁界面處缺陷，其共同點(diǎn)是漿料與陰陽極可形成閉合回路，漿料中存在電阻增大區(qū)域。此時(shí)電阻表顯示示數(shù)應(yīng)比無缺陷時(shí)電阻表顯示示數(shù)大。

圖24 離子流動(dòng)示意Fig.24 Ion flow diagram

4.2 新型無損電阻法標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間確定

考慮施工現(xiàn)場(chǎng)存在影響灌漿缺陷因素，JGJ 398—2019《鋼筋連接用灌漿套筒》要求灌漿套筒錨固長(zhǎng)度為8 d(d為鋼筋直徑)，該錨固長(zhǎng)度為保證破壞不發(fā)生在連接區(qū)域的保守長(zhǎng)度。按照規(guī)范的錨固長(zhǎng)度，進(jìn)行大量缺陷灌漿套筒抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)得到以下結(jié)論：套筒中單側(cè)存在30%錨固缺陷時(shí)，接頭缺陷對(duì)鋼筋破壞形式無明顯影響；缺陷50%時(shí)部分試驗(yàn)鋼筋為拉斷破壞，部分鋼筋由拉斷破壞轉(zhuǎn)為拉出破壞，可將缺陷50%視為破壞形式轉(zhuǎn)變臨界值；缺陷70%時(shí)試驗(yàn)試件鋼筋均為拉出破壞。

因此，同批次灌漿套筒施作前應(yīng)選取部分套筒，并在單側(cè)漿料中設(shè)置30%、50%和70%的體積缺陷，之后測(cè)試注漿后電阻阻值，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到電阻標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間。

現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)電阻區(qū)間對(duì)比定量分析套筒內(nèi)缺陷類型，其檢測(cè)結(jié)果可分為5種情況：第1種，實(shí)測(cè)電阻值小于30%缺陷所測(cè)電阻時(shí)，認(rèn)為該套筒漿料飽滿或存在不影響接頭強(qiáng)度的小型缺陷；第2種，實(shí)測(cè)電阻值處于30%～50%缺陷所測(cè)電阻區(qū)間，認(rèn)為該套筒中存在不影響套筒強(qiáng)度的中型缺陷；第3種，實(shí)測(cè)電阻值處于50%～70%缺陷所測(cè)電阻區(qū)間，認(rèn)為該套筒中存在影響套筒強(qiáng)度的大型缺陷；第4種，實(shí)測(cè)電阻值大于70%缺陷所測(cè)電阻時(shí)，認(rèn)為該套筒注漿不合格；第5種，實(shí)測(cè)電阻值達(dá)電阻表最大示數(shù)，認(rèn)為端部漿料未達(dá)到指定高度，出漿孔金屬探針未接觸漿料。

根據(jù)上述情況可以分為3種結(jié)果：第1種情況可認(rèn)為灌漿合格，第2種、第3種、第5種情況可認(rèn)為灌漿缺陷，第4種情況可認(rèn)為灌漿不合格。灌漿合格的套筒將不做處理，存在灌漿缺陷的套筒應(yīng)鉆開其出漿孔并做補(bǔ)漿處理，補(bǔ)漿后應(yīng)再次檢測(cè)判斷是否灌漿合格，對(duì)于灌漿不合格的套筒，應(yīng)檢查套筒和坐漿層是否漏漿，排除問題后重新灌注漿料。

4.3 新型無損電阻法關(guān)鍵技術(shù)

新型無損電阻法的裝置如圖25所示。本檢測(cè)方法將套筒中注漿、出漿孔用于電阻檢測(cè)，使用如圖26所示的三角限位器及快拆裝置優(yōu)化檢測(cè)效果及操作過程。其關(guān)鍵技術(shù)如下：

圖25 新型無損電阻法裝置Fig.25 Diagram of new lossless resistance method device

圖26 三角限位器及快拆裝置示意Fig.26 Schematic diagram of triangle limiter and quick disassembly device

第一，預(yù)埋探針橡膠塞的應(yīng)用。為確保不損傷套筒，發(fā)揮套筒性能，解決傳統(tǒng)電阻法無法檢測(cè)套筒內(nèi)部缺陷大小問題，將金屬導(dǎo)電探針安裝至注漿孔及出漿孔封堵橡膠塞中，直接對(duì)整體漿料電阻測(cè)定，根據(jù)電阻表示數(shù)確定缺陷形式(圖27)。其金屬探針長(zhǎng)度d為：

d=d1+d壁+d孔+d2

(2)

圖27 注漿孔或出漿孔尺寸標(biāo)注Fig.27 Dimension marking of grouting hole or outlet hole

(3)

(4)

式中：d1為探針伸入長(zhǎng)度，mm；d內(nèi)為鋼筋與筒內(nèi)壁間距，mm；d2為探針外露長(zhǎng)度，mm；d為金屬探針長(zhǎng)度，mm；d孔為出漿孔或注漿孔徑向長(zhǎng)度，mm；d壁為套筒壁厚，mm；d塞為橡膠塞厚度，mm；l為限位器徑向長(zhǎng)度，mm；d夾為探針夾持長(zhǎng)度，通常取10 mm。

第二，三角限位器的應(yīng)用。為確定金屬探針徑向長(zhǎng)度并限制法向位移，檢測(cè)裝置引入了三角限位器。限位器安裝在距離金屬探針尾端10 mm處。安裝后將限位釘釘入橡膠塞上。三角限位器和橡膠塞共同作用能夠保證金屬探針不與套筒及鋼筋接觸。

第三，快拆裝置的應(yīng)用。為提高全面檢測(cè)灌漿套筒效率，引入快拆裝置?？觳鹧b置主要由金屬探針尾部導(dǎo)電圓片及電阻表金屬接觸夾組成。注漿完畢后應(yīng)將金屬接觸夾分別夾持上下導(dǎo)電圓片，并快速記錄電阻值。取下金屬接觸夾夾持其他套筒金屬圓片，重復(fù)此過程可高效完成多組灌漿套筒電阻檢測(cè)。

使用新型無損電阻法對(duì)若干端部和中部缺陷的全灌漿套筒進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)表明該檢測(cè)方法能夠準(zhǔn)確區(qū)分端部缺陷的灌漿套筒，補(bǔ)漿后檢測(cè)示數(shù)回歸正常區(qū)間；同時(shí)能夠較好區(qū)分中部缺陷套筒，其檢測(cè)精度與電阻表量程及靈敏度有關(guān)。因此新型無損電阻法能夠較好檢測(cè)多種灌漿套筒缺陷，且檢測(cè)準(zhǔn)確度較高。檢測(cè)過程并未對(duì)套筒造成破壞，并且檢測(cè)后可快速對(duì)缺陷套筒補(bǔ)漿，使缺陷套筒強(qiáng)度進(jìn)一步提升，因此該方法便捷、準(zhǔn)確、無損的優(yōu)點(diǎn)較為明顯，可推廣至施工現(xiàn)場(chǎng)。

5 結(jié)論

1) 本文匯總了當(dāng)前已研究的灌漿套筒檢測(cè)方法并針對(duì)其原理、適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)作出分析。在此基礎(chǔ)上本文基于流動(dòng)漿料中自由離子在電極作用下可導(dǎo)電的特性，提出了一種新型無損電阻法。

2) X射線法對(duì)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)件檢測(cè)效果顯著，顯像管法可適用于漿料流動(dòng)時(shí)飽滿度檢測(cè)，內(nèi)窺鏡法、預(yù)埋鋼絲法可適用于漿料凝固后飽滿度檢測(cè)。對(duì)于預(yù)埋傳感器法，可將傳感器連接更換為無線遙控，以減少套筒損傷重復(fù)使用。對(duì)于電阻法、預(yù)埋鋼絲法、壓電阻抗法和沖擊回波法等還需在實(shí)際工程中考查其實(shí)用性，通過大樣本容量確定檢測(cè)效果并提出改進(jìn)措施。

3) 新型無損電阻法中以自由離子在電極作用下可導(dǎo)電為原理，以電阻阻值變化反應(yīng)套筒中漿液缺陷，可適用于檢測(cè)多種缺陷形式，具有創(chuàng)新理論價(jià)值。應(yīng)用了預(yù)埋探針橡膠塞和三角限位器以提升檢測(cè)精度，降低作業(yè)難度；應(yīng)用快拆裝置以提升施工效率。經(jīng)初步研究驗(yàn)證本檢測(cè)方法具有較高準(zhǔn)確度，且可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)補(bǔ)漿、無損修復(fù)，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值?？蛇m用于全灌漿套筒和半灌漿套筒，針對(duì)端部、中部及側(cè)向缺陷形式均能夠有良好的檢測(cè)效果，具有較強(qiáng)的適用范圍。