孫碩科,郝雨杭,付素娟,劉夢(mèng)瑤
(1.河北省建筑科學(xué)研究院有限公司,河北 石家莊 050000;2.河北省綠色建筑產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,河北 石家莊 050000;3.河北省既有建筑綜合改造技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 石家莊 050000)
裝配式建筑具有建造速度快、綠色環(huán)保、節(jié)約勞動(dòng)力的特點(diǎn),符合國(guó)家供給側(cè)改革和建筑業(yè)改革的發(fā)展方向。近年來,國(guó)家也出臺(tái)了一系列發(fā)展裝配式建筑的政策,促進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展,力爭(zhēng) 2026 年左右,使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到 30 %,這也標(biāo)志著我國(guó)今后新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中,以裝配式混凝土建筑為代表的工業(yè)化建筑將進(jìn)入快速、規(guī)?;l(fā)展階段[1]。
目前,套筒灌漿技術(shù)被廣泛應(yīng)用于裝配式建筑工程中,對(duì)建筑中的鋼筋連接有著重要的作用。鋼筋套筒灌漿技術(shù)的使用保證了建筑物鋼筋連接的穩(wěn)固性,通常情況下用于裝配式高層建筑工程項(xiàng)目中的預(yù)制構(gòu)件豎向連接,由拌合物硬化形成整體進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳力鋼筋的對(duì)接[2]。鋼筋套筒灌漿連接質(zhì)量主要取決于套筒內(nèi)部鋼筋錨固長(zhǎng)度是否滿足規(guī)范要求,實(shí)際施工過程中,可能由于漏漿、堵塞等情況的發(fā)生,從而出現(xiàn)灌漿不飽滿的問題,嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全[3]。
人們對(duì)于裝配式建筑的印象是由一塊塊的預(yù)制構(gòu)件拼接而成,其連接處是否安全可靠是人們所關(guān)心的重點(diǎn)問題。套筒內(nèi)部灌漿質(zhì)量的好壞直接決定了裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)安全性能的好壞[4,5]。
相比于其他鋼筋套筒灌漿檢測(cè)方法,內(nèi)窺鏡法用于檢測(cè)套筒灌漿飽滿度,由于操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、觀測(cè)結(jié)果直觀[6],已在實(shí)際工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前,對(duì)于應(yīng)用內(nèi)窺鏡法檢測(cè)鋼筋套筒灌漿飽滿度誤差方面的研究較少,基于此,本文采用內(nèi)窺鏡法對(duì)鋼筋套筒灌漿進(jìn)行飽滿度檢測(cè),并對(duì)將其應(yīng)用于檢測(cè)套筒灌漿飽滿度的誤差進(jìn)行分析。
工業(yè)內(nèi)窺鏡是光、機(jī)、電一體的 NDT 儀器[7],依據(jù)構(gòu)造原理的不同可分為硬性內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡和電子視頻內(nèi)窺鏡。
硬性內(nèi)窺鏡構(gòu)造組成如圖1 所示。它由導(dǎo)光束、目鏡、轉(zhuǎn)像透鏡、不銹鋼管和物鏡組成。導(dǎo)光纖維的作用是提供傳光照明,提高呈現(xiàn)圖像亮度;轉(zhuǎn)向透鏡的作用是應(yīng)用光學(xué)技術(shù)傳輸圖像。在不銹鋼管與轉(zhuǎn)像透鏡重疊部分設(shè)置了若干光學(xué)元件,共同構(gòu)成了內(nèi)窺鏡的轉(zhuǎn)像透鏡系統(tǒng),內(nèi)置的光纖可以將冷光源直接傳輸至工作位置。
圖1 硬性內(nèi)窺鏡構(gòu)造
通常硬性內(nèi)窺鏡的直徑為 1~20 mm,其長(zhǎng)度為 50 ~1 000 mm,在儀器內(nèi)部檢查方面應(yīng)用較為廣泛,可用于航天機(jī)體架構(gòu)、渦輪葉片、燃燒室的檢查等,也可應(yīng)用于制造行業(yè)的 NDT 工作。
纖維內(nèi)窺鏡的構(gòu)造組成如圖2 所示。它是由先端部、彎曲部、導(dǎo)向束、操作部、目鏡以及柔軟部導(dǎo)光束等組成。目鏡可直接觀測(cè)到通過傳像纖維傳輸?shù)膱D像,纖維內(nèi)窺鏡中纖維束、調(diào)校前端擺頭角度及光纖中的鋼絲均需要全部?jī)?nèi)置,通常會(huì)配置專用冷光源進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。
圖2 纖維內(nèi)窺鏡構(gòu)造
纖維內(nèi)窺鏡的物鏡可通過彎曲部進(jìn)行彎曲,即可以改變觀測(cè)物鏡的運(yùn)行軌跡,而硬性內(nèi)窺鏡由于主體結(jié)構(gòu)為不銹鋼管,不能改變視線方向。
傳像纖維束是由數(shù)萬根玻璃纖維單絲集成于一體的單根傳像束,直徑相同的條件下,一根傳像束中所包含的單絲越多,所傳輸?shù)漠嬞|(zhì)就會(huì)越清楚。纖維內(nèi)窺鏡在使用時(shí),不能硬折,否則可能會(huì)損壞傳像纖維束,縮短其使用壽命。
電子視頻內(nèi)窺鏡的內(nèi)部構(gòu)造如圖3 所示。
圖3 電子視頻內(nèi)窺鏡構(gòu)造
電子視頻內(nèi)窺鏡由先端部、CCD 靶面、光導(dǎo)管、柔軟部、控制部、連接器及監(jiān)測(cè)器等組成。CCD 靶面可以接受來自物鏡的成像信息,并將圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂平M可識(shí)別的電子信號(hào),控制組在接受到電子信號(hào)后將圖像傳送至顯示器上進(jìn)行顯示。
通常電子視頻內(nèi)窺鏡的直徑為 6~20 mm,長(zhǎng)度為 2~100 m。
試驗(yàn)共制作了 16 個(gè)直徑及灌漿飽滿度不同的鋼筋套筒,套筒中鋼筋居中布置,本次試驗(yàn)針對(duì)灌漿飽滿度為 50 %、60 %、70 % 和 80 %的鋼筋套筒進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢測(cè);試件示意圖如圖4 所示。
圖4 試件示意圖
試件的基本信息如表1 所示。
表1 試件列表
制作試件時(shí),為了更加貼近實(shí)際工程,本次試驗(yàn)所涉及到的灌漿飽滿度指的是鋼筋套筒灌漿腔總長(zhǎng)度的百分比,例如 50 % 的飽滿度,灌漿的高度為鋼筋套筒灌漿腔的長(zhǎng)度 50 %。為了保證試件灌漿后不發(fā)生擾動(dòng),制作木架放置套筒,使之灌漿后保持豎直靜置狀態(tài),養(yǎng)護(hù) 28 d 后進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢測(cè)。澆筑完成后的試件如圖5 所示。
圖5 試驗(yàn)試件照片
2.3.1 試驗(yàn)裝置
本次檢測(cè)采用工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡,試驗(yàn)設(shè)備如圖6 所示,該內(nèi)窺鏡具有視頻拍攝保留和比較測(cè)量的功能,可以滿足灌漿套筒飽滿度檢測(cè)的要求。
圖6 檢測(cè)用內(nèi)窺鏡
2.3.2 測(cè)試方法
實(shí)際檢測(cè)過程如圖7 所示。需要結(jié)合鉆孔方法進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢測(cè)。本試驗(yàn)為方便檢測(cè),沒有將養(yǎng)護(hù)好的灌漿套筒試件預(yù)埋至預(yù)制構(gòu)件中,因此,可直接從套筒出漿口進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)過程中,保持灌漿套筒豎直放置。
圖7 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)照片
采用內(nèi)窺鏡方法對(duì)不同灌漿缺陷的套筒試件進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果以圖像方式進(jìn)行呈現(xiàn),結(jié)果較為直觀。
由于試件數(shù)量較多,為了更具針對(duì)性地說明內(nèi)窺鏡法的檢測(cè)結(jié)果,本文挑選套筒型號(hào)為 JM-GT16、JMGT20 和 JM-GT25、灌漿飽滿度為 50 % 和 80 % 的試件進(jìn)行說明,檢測(cè)結(jié)果如表2 所示。
表2 不同直徑灌漿套筒內(nèi)窺鏡檢測(cè)結(jié)果
從表2 中檢測(cè)結(jié)果可以看出,內(nèi)窺鏡檢測(cè)的結(jié)果可以直觀反映套筒內(nèi)部灌漿情況。當(dāng)套筒內(nèi)部灌漿飽滿度為 50 % 時(shí),不同直徑下的檢測(cè)照片均可反映灌漿較少,不飽滿;當(dāng)套筒內(nèi)部灌漿飽滿度為 80 % 時(shí),由于探頭距離灌漿料頂面較近,視距不足,對(duì)應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果照片判斷灌漿缺陷不是十分理想,此時(shí)可以借助內(nèi)窺鏡的測(cè)距功能進(jìn)行輔助判斷。
內(nèi)窺鏡檢測(cè)方法需要對(duì)灌漿套筒進(jìn)行鉆孔測(cè)量,內(nèi)窺鏡測(cè)距結(jié)果與實(shí)際值存在誤差,表3 統(tǒng)計(jì)了灌漿飽滿度為 50 %、60 %、70 % 和 80 % 的各個(gè)試件理論灌漿長(zhǎng)度和實(shí)際檢測(cè)的灌漿長(zhǎng)度,并計(jì)算各個(gè)試件灌漿檢測(cè)的誤差。
表3 內(nèi)窺鏡檢測(cè)誤差表
從表3 中可以看出,通過內(nèi)窺鏡法檢測(cè)的灌漿長(zhǎng)度與理論灌漿長(zhǎng)度相差較小,最大誤差為 12.27 %,考慮到出漿孔鉆孔位置的偏差以及實(shí)際灌漿缺陷,可以認(rèn)為內(nèi)窺鏡法檢測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。同時(shí)也應(yīng)該注意到,當(dāng)灌漿液面不低于出漿口下端面時(shí),由于灌漿缺陷較小,采用內(nèi)窺鏡法檢測(cè)不到,因此,該檢測(cè)方法理論上具有一定的局限性。而在實(shí)際工程項(xiàng)目中,超過 90 % 的飽滿度的灌漿套筒對(duì)于鋼筋的錨固力已足夠,并具有一定的安全度儲(chǔ)備,因此該方法可以應(yīng)用到實(shí)際工程檢測(cè)中去。
通過基于內(nèi)窺鏡法所測(cè)得套筒灌漿飽滿度的試驗(yàn)結(jié)果,可以得出以下結(jié)論。
1)當(dāng)套筒內(nèi)部灌漿飽滿度為 80 % 時(shí),由于探頭距離灌漿料頂面較近,視距不足,對(duì)應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果照片判斷灌漿缺陷不是十分理想。
2)內(nèi)窺鏡法對(duì)套筒灌漿缺陷進(jìn)行定量檢測(cè),檢測(cè)灌漿長(zhǎng)度結(jié)果的誤差范圍大部分集中在 6 % 以內(nèi),個(gè)別誤差 12.27 %,考慮到出漿孔鉆孔位置的偏差以及實(shí)際灌漿缺陷,內(nèi)窺鏡法定量檢測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。
3)內(nèi)窺鏡檢測(cè)可以結(jié)合鉆孔方法對(duì)裝配式混凝土建筑節(jié)點(diǎn)套筒灌漿缺陷進(jìn)行檢測(cè),該法可適用于施工、驗(yàn)收階段以及使用階段。Q