裝配整體式混凝土建筑灌漿料充盈度的超聲檢測

， ，，卓琳

(1.上海同濟檢測技術(shù)有限公司，上海 200092； 2.上海市建設(shè)工程檢測行業(yè)協(xié)會，上海 200032； 3.上海市建筑科學(xué)研究院 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點實驗室，上海 200032)

裝配整體式混凝土建筑是以預(yù)制混凝土構(gòu)件為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接并進行部分現(xiàn)澆形成的混凝土建筑。成品混凝土構(gòu)件是由構(gòu)件生產(chǎn)單位工廠化制作而成的。裝配整體式混凝土建筑具有效率高、質(zhì)量好、經(jīng)濟合理等特點；滿足標(biāo)準化、規(guī)?；募夹g(shù)要求；滿足節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、綠色施工等環(huán)保要求。隨著我國城市化進程的不斷加快，大力發(fā)展裝配整體式混凝土建筑，推進建筑體系工業(yè)化進程，是實現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。裝配整體式混凝土建筑基本具有現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點，但裝配整體式混凝土建筑的質(zhì)量控制與檢測技術(shù)相對滯后。在現(xiàn)有的檢測技術(shù)中，比較有效的是北京智博聯(lián)科技股份有限公司發(fā)明的采用傳感器檢測套筒灌漿料充盈度的新方法，但在實際應(yīng)用時，由于考慮成本，不可能在每個套筒中都預(yù)先埋置傳感器，因此只能采用抽查的方式進行檢測。另外，X射線工業(yè)CT法雖然成像清晰，但只限于在實驗室內(nèi)檢測平行試件[1]；沖擊回波法具有一定的可行性，但適用范圍有限[2]。因此，目前還沒有一種成本相對較低且能夠全面檢測灌漿料充盈度的方法。文章采用的方法適用于裝配式混凝土構(gòu)件漿錨連接施工節(jié)點，以及構(gòu)件水平黏結(jié)縫中灌漿料充盈度的超聲波檢測，研究成果可為裝配整體式混凝土建筑的質(zhì)量控制及其檢測技術(shù)體系的建立提供有效手段。

1 超聲波檢測灌漿料充盈度的方法

現(xiàn)有的裝配式混凝土構(gòu)件的漿錨裝配方式為：上構(gòu)件的下端具有鋼筋容納孔，下構(gòu)件的上端伸出鋼筋，在上構(gòu)件與下構(gòu)件拼接時鋼筋伸入到鋼筋容納孔中。同時，上構(gòu)件設(shè)置有與鋼筋容納孔連通的灌漿口和出漿口，將砂漿通過灌漿口持續(xù)注入，當(dāng)充滿上、下構(gòu)件水平黏結(jié)縫和上構(gòu)件中的鋼筋容納孔后，多余的砂漿通過出漿口流出，即視為完成灌漿步驟。然而，在實際操作過程中，因為工藝技術(shù)以及人員素質(zhì)、設(shè)備等原因，并不能保證灌漿料全部填充滿縫隙。灌漿完成后，需要檢測灌漿料注入鋼筋容納孔內(nèi)的填充程度，以及上構(gòu)件和下構(gòu)件的水平黏結(jié)縫中是否填滿了灌漿料，該類檢測項目稱為灌漿料充盈度的檢測。

灌漿料充盈度檢測參照混凝土超聲檢測技術(shù)的原理[3]，即采用超聲波斜對測或者對測的方法，測量漿錨節(jié)點處的灌漿料或水平黏結(jié)縫中灌漿料的聲速、波幅等聲學(xué)參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)及其相對變化分析判斷灌漿料的充盈度，達到灌漿施工質(zhì)量控制的目的。

1.1 漿錨施工節(jié)點灌漿料充盈度檢測

漿錨施工節(jié)點充盈度檢測選用發(fā)射頻率為500 kHz，接收頻率為250 kHz，端面輻射直徑為10 mm的超聲換能器。圖1為超聲波同心圓等距斜對測方法檢測原理示意。在圓心位置發(fā)射，8個超聲波接收點在發(fā)射點相對的構(gòu)件反面的同心圓圓周上呈米字形分布，如圖1(a)所示。在實際應(yīng)用中，可以專門制作一個模具，模具的形狀類似于圖1(a)所示的圖形，這樣操作者在確定圓心的位置后，直接套用該模具即可方便完成8個所述超聲波接收點的布置。

超聲測試時，換能器輻射面應(yīng)通過耦合劑與構(gòu)件上的測試面良好耦合。同心圓圓心位于構(gòu)件上出漿口的相對反面，圓心必須嚴格定位，并可以由工廠預(yù)制時在底模上標(biāo)注形成，或者做一個U形的平底量具，U形量具平行的兩邊有尺寸刻度，量具的底邊比構(gòu)件板厚略寬，把量具套在構(gòu)件下端鋼筋容納孔的中間時，在構(gòu)件的兩個側(cè)面上可同時對稱標(biāo)出發(fā)射點和同心圓的圓心位置。同心圓半徑為30 mm，在每個漿錨節(jié)點布置8對測點，即出漿口的水平方向上有2對，水平線上、下各有3對測點[見圖1(b)中右側(cè)示出的同心圓R0上的3個R1、2個R2以及3個R3]，對比這8對測點超聲檢測的聲學(xué)參數(shù)，可判斷該漿錨施工節(jié)點的充盈度。在工程檢測中，也可以將N個漿錨節(jié)點的水平線上、中、下各R1、R2、R3測點相應(yīng)的超聲檢測聲學(xué)參數(shù)進行統(tǒng)計和對比，得到判斷結(jié)果。

圖1 超聲波同心圓等距斜對測法檢測原理示意

同心圓的直徑取60 mm，其設(shè)計的思路是：當(dāng)漿錨節(jié)點位于板厚的中間時，板厚二分之一處的超聲輻射的同心圓直徑約30 mm，通常漿錨孔徑為40 mm左右，超聲波的主聲束正好在漿錨孔徑中。曾考慮在同心圓的上下左右簡單布置超聲測點4對，也可以將檢測數(shù)據(jù)進行比對，但按圖1(a)所示換能器的8點布置，可以增加一倍的檢測信息量。此外，采用在構(gòu)件一側(cè)的同心圓圓心發(fā)射，在構(gòu)件另一側(cè)同心圓的圓周上接收的斜對測法超聲檢測，是為了增加超聲波聲束在灌漿料中通過的路程。直徑為40 mm同心圓的檢測結(jié)果不如直徑為60 mm同心圓的。文中同心圓的直徑取60 mm是針對板厚為200 mm的構(gòu)件，板厚不同時，可根據(jù)檢測構(gòu)件尺寸設(shè)計相應(yīng)直徑的同心圓。

1.2 水平黏結(jié)縫中灌漿料的充盈度檢測

水平黏結(jié)縫中灌漿料的充盈度檢測也是選用發(fā)射頻率為500 kHz、接收頻率為250 kHz、輻射端面直徑為10 mm的換能器。通常，超聲波發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波頻率越高，波長越短，其檢測靈敏度越高，但傳播距離越小[4]。對于裝配整體式混凝土建筑構(gòu)件水平黏結(jié)縫寬度為200 mm的情況，選擇發(fā)射頻率為500 kHz、接收頻率為250 kHz的超聲波頻率的檢測結(jié)果最好。接收頻率為250 kHz的換能器比通?；炷翙z測用的50 kHz換能器的工作頻率高，波長縮短了4/5。

上、下2個構(gòu)件連接處水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度的檢測步驟如下：首先,在構(gòu)件水平黏結(jié)縫的正反兩側(cè)先確定一個對稱的起點，并沿水平黏結(jié)縫在構(gòu)件的正反兩側(cè)同向以100～200 mm等間距(間距按需而定)布置任意對超聲測點，即在規(guī)定了水平黏結(jié)縫的正反兩側(cè)起點后，依次按確定的等間距間隔，用1，2，3，4，…，X編號；然后，將發(fā)射、接收換能器分別置于水平黏結(jié)縫的正反兩側(cè)對稱的起點編號1處進行檢測后，依次按2，3，4，…，X編號同向移動換能器進行檢測。檢測結(jié)束后對檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，評定上、下構(gòu)件水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度是否飽滿或存在局部空腔。如存在空腔，可以通過移動換能器判斷缺陷的位置和大小。在工程檢測中，還可以用于檢測批量水平黏結(jié)縫的灌漿料充盈度。每條水平黏結(jié)縫為一個檢測單元，M條水平黏結(jié)縫構(gòu)成一個檢測單元體系，依次檢測每條水平黏結(jié)縫上X個“發(fā)射～接收”一一成對的超聲測點，獲取檢測部位的聲學(xué)參數(shù)?；趯條所述檢測單元體系對應(yīng)的全部超聲波測點的超聲檢測聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計分析，來判斷水平黏結(jié)縫內(nèi)灌漿料的充盈度。

2 試驗及工程檢測實例

2.1 漿錨施工節(jié)點灌漿料充盈度的檢測

試件成型尺寸(長×寬×高)為200 mm×200 mm×350 mm。試件制作時，先在模具的中央放置直徑為35 mm的波紋管，混凝土澆注后將波紋管抽出，再插入長度為16 mm的鋼筋，澆注灌漿料，固定鋼筋至試件高度的一半左右。超聲檢測時，先在試件側(cè)面標(biāo)出灌漿料的高度，并且作為同心圓的圓心水平面。表1，2，3分別為3個試件A4，A2，A9(A2和A9試件的鋼筋布置方式與A4不同，見表4)的檢測數(shù)據(jù)，表中測點序號04，05為同心圓水平線上的2對測點，同心圓水平線位于灌漿面，01，02，03以及06，07，08分別是同心圓水平線上、下部的各3對測點。表4匯總的檢測數(shù)據(jù)表明，同心圓水平線上未灌漿3點的檢測聲學(xué)參數(shù)明顯比中2點、下3點差，未灌漿部位的01，02，03測點聲速的平均值要比灌漿部位的06，07，08測點聲速的平均值低0.1 km·s-1以上。

表1 A4試件同心圓法檢測數(shù)據(jù)

表2 A2試件同心圓法檢測數(shù)據(jù)

表3 A9試件同心圓法檢測數(shù)據(jù)

表4 A4,A2,A9試件檢測數(shù)據(jù)對比

表4中對比試件的漿錨孔徑均為35 mm。當(dāng)漿錨孔徑增大時，同心圓水平線上、中、下測點的對比效果更好。在采用外徑48 mm腳手架鋼管模擬漿錨孔徑的試件上，分別采用不同頻率的換能器檢測，應(yīng)用500 kHz～250 kHz(發(fā)射頻率～接收頻率)、250 kHz～250 kHz、100 kHz～100 kHz各組合換能器檢測的聲速、波幅如表5所示。

表5 48 mm漿錨孔徑試件的超聲檢測數(shù)據(jù)

經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)：發(fā)射頻率500 kHz、接收頻率250 kHz的組合檢測效果最佳，下3點、中2點與上3點的聲速與波幅的區(qū)別比較大；發(fā)射與接收為250 kHz的組合次之；發(fā)射與接收頻率均為100 kHz的組合檢測結(jié)果相對較差。

2.2 水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度的檢測

表6為某工地上、下構(gòu)件間水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度的檢測數(shù)據(jù)。檢測出灌漿料中的嚴重缺陷為：測點002-05，002-06，002-08,003-01的超聲聲速比平均聲速小了近1.0 km·s-1，查知這些部位是機電PVC(聚氯乙烯)管道穿過的地方，其周圍相鄰測點聲學(xué)數(shù)據(jù)也偏低，表明這些測點的內(nèi)部的灌漿料充盈也不飽滿。

圖2 各類高頻、小直徑輻射端面的換能器外觀

上、下構(gòu)件間水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度的檢測位置通常都位于樓面與墻體轉(zhuǎn)角處。漿錨節(jié)點灌漿料充盈度檢測采用的是高頻、小直徑輻射端面的換能器(見圖2)，目的是為了使換能器能在轉(zhuǎn)角位置檢測時操作方便。

3 結(jié)語

(1) 裝配整體式混凝土建筑質(zhì)量檢測方法是針對灌漿料充盈度評判而創(chuàng)新設(shè)計的，其簡單實用、操作方便，可為裝配整體式混凝土建筑的質(zhì)量控制及其檢測技術(shù)體系的建立提供有效手段。

(2) 提出了適用于裝配式混凝土構(gòu)件漿錨施工節(jié)點以及水平黏結(jié)縫中灌漿料充盈度的超聲波檢測方法，其中超聲波同心圓等距檢測方法是在傳統(tǒng)超聲檢測技術(shù)上的創(chuàng)新，高頻、小直徑輻射端面的換能器是對傳統(tǒng)換能器的優(yōu)化。

表6 某工地上、下構(gòu)件間水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度檢測數(shù)據(jù)

(3) 采用高頻、小直徑輻射端面的換能器，依據(jù)“聲速、波幅”檢測灌漿料充盈度的判別原則，通過相同測位檢測數(shù)據(jù)的比對或者與全部檢測數(shù)據(jù)平均值的比對，能有效判定裝配整體式混凝土建筑灌漿施工的缺陷位置和大小。

[1] 高潤東,李向民, 張富文, 等. 基于X射線工業(yè)CT技術(shù)的套筒灌漿密實度檢測試驗[J]. 無損檢測, 2017, 39(4): 6-11, 37.

[2] 劉輝,李向民, 許清風(fēng). 沖擊回波法在套筒灌漿密實度檢測中的試驗[J]. 無損檢測, 2017, 39(4): 12-16.

[3] 林維正. 土木工程質(zhì)量無損檢測技術(shù)[M]. 北京：中國電力出版社，2008.

[4] 吳慧敏. 結(jié)構(gòu)混凝土現(xiàn)場檢測技術(shù)[M]. 長沙：湖南大學(xué)出版社，1988.