裝配式混凝土新舊結(jié)合面質(zhì)量檢測技術(shù)分析與研究

王大永，劉釗，謝麗霞，時閔生，劉思國，許藝騰

（中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

近年來，國內(nèi)地鐵工程建設(shè)正處于高速發(fā)展期，地鐵車站施工期長，混凝土澆筑施工工藝復(fù)雜[1]。相對于現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件（由工人在工地現(xiàn)場綁鋼筋，現(xiàn)場澆筑混凝土），裝配式構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，采用流水線施工，工人分工明確，工藝穩(wěn)定，溫濕度環(huán)境容易控制，有利于提高混凝土的質(zhì)量。為了適應(yīng)新時期建筑行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，裝配式建筑成為建筑業(yè)熱點。而對于裝配式施工過程中的新舊混凝土結(jié)合面的質(zhì)量，屬于隱蔽工程，在預(yù)制好的混凝土構(gòu)件后澆混凝土，在舊混凝土上澆筑新混凝土?xí)r，舊混凝土的收縮已基本完成，收縮量比較小，而新混凝土的收縮則剛剛開始，收縮量比較大，新舊混凝土收縮不同步，新舊混凝土在結(jié)合面處產(chǎn)生相對移動，極易產(chǎn)生不密實。而在構(gòu)件長期使用過程中，腐蝕介質(zhì)進(jìn)入將影響整個結(jié)構(gòu)的安全性等[2-4]。因此需要在不影響工程整體質(zhì)量等的前提下開展新舊混凝土結(jié)合面無損檢測研究。

研究者對裝配式結(jié)構(gòu)新舊結(jié)合面質(zhì)量的研究也取得了一定成果。趙軍等[5]利用超聲波法檢測裝配式結(jié)構(gòu)接縫處的密實性，分析了缺陷數(shù)據(jù)的規(guī)律性，建立了空洞缺陷的計算模型，并有效預(yù)測了空洞尺寸。張菊輝等[6]從新舊混凝土界面的粗糙程度，采用的修補材料與界面劑的選擇以及界面植筋等方面進(jìn)行了綜述，得出可在新混凝土摻加特殊材料，提高性能。然而，目前對裝配式結(jié)構(gòu)的新舊混凝土界面的綜合性指標(biāo)如密實度、強度、完整性研究較少，缺少各項檢測手段的相互驗證，因此開展對施工過程中裝配式結(jié)構(gòu)綜合檢測技術(shù)研究意義重大。

本文針對哈爾濱地鐵3 號線的實際施工問題，一方面進(jìn)行了超聲波檢測法分析新舊結(jié)合面的質(zhì)量密實度試驗研究，另一方面采用地質(zhì)雷達(dá)法對超聲分析檢測的點位進(jìn)行復(fù)檢復(fù)測，同時在模擬塊上進(jìn)行鉆芯取樣驗證，最后鉆取芯樣對結(jié)合面處的完整性和強度進(jìn)行檢測評價。本項研究為現(xiàn)場施工提供了技術(shù)參考，取得一定的成果效益。

1 工程概況

哈爾濱位于東北嚴(yán)寒地區(qū)，每年的有效地鐵施工建設(shè)時間短，集中在3 月份到11 月份，因此對于地鐵施工的質(zhì)量和速度要求較高，同時為響應(yīng)國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見，地鐵3 號線的西北半環(huán)丁香公園站將首先采用裝配式結(jié)構(gòu)。汲取全裝配和傳統(tǒng)現(xiàn)澆的優(yōu)勢，基于疊合構(gòu)件、鋼筋籠節(jié)點預(yù)制、裝配式建筑理論，超前策劃，工作前置，精準(zhǔn)預(yù)制，精準(zhǔn)拼裝，精細(xì)化管理，依靠一體化技術(shù)、管理，統(tǒng)籌組織，融合工藝，可實現(xiàn)在狹小、局促的場地條件下，有效縮短施工工期，安全可靠的完成工程建設(shè)。

本次研究主要針對車站裝配式結(jié)構(gòu)側(cè)墻新舊混凝土的結(jié)合面質(zhì)量開展的研究。首先，參照CECS 21：2000《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》[7]、JTS 239—2015《水運工程混凝土結(jié)構(gòu)實體檢測技術(shù)規(guī)程》[8]。利用混凝土超聲波檢測儀檢測模擬塊混凝土質(zhì)量，通過計算混凝土聲學(xué)參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，來判斷混凝土的缺陷；其次利用地質(zhì)雷達(dá)掃描側(cè)墻混凝土質(zhì)量，通過圖形分析，觀察新舊混凝土結(jié)合面處是否存在明顯的分界面或者脫空現(xiàn)象；在模擬塊上鉆芯取樣，檢測新舊結(jié)合面混凝土的完整性和強度。

2 試驗過程及結(jié)果分析

2.1 超聲波法檢測混凝土新舊結(jié)合面質(zhì)量

按設(shè)計要求（配筋尺寸），由預(yù)制廠預(yù)制施工等比例澆筑預(yù)制板。安裝固定預(yù)制板，預(yù)制板混凝土標(biāo)號為C35，架設(shè)模板，澆筑補償收縮微膨脹自密實混凝土，混凝土標(biāo)號均為C35。澆筑完成，灑水養(yǎng)護(hù)14 d 后，開展進(jìn)一步檢測研究。預(yù)制模板及后澆帶混凝土、結(jié)合面示意圖如圖1 所示，模擬塊尺寸為4 m×2 m×0.7 m，其中預(yù)制混凝土0.2 m，后澆混凝土0.5 m。

圖1 裝配式混凝土新舊結(jié)合面模擬塊Fig.1 The simulation block of new and old concrete joints of prefabricated concrete

依據(jù)《超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》、《水運工程混凝土結(jié)構(gòu)實體檢測技術(shù)規(guī)程》，采用超聲波對測法檢測混凝土均勻性。超聲波檢測測區(qū)測點布置方式如圖2 所示，為較全面覆蓋模擬塊整體，測點豎向間隔距離為0.3 m，橫向測點間隔為0.5 m。將非金屬超聲波檢測儀調(diào)零后，對放“發(fā)射”和“接收”兩個換能器于墩臺被測平面上，發(fā)射器和接收器與混凝土接觸面之間采用黃油作為耦合劑。測區(qū)測點布置示意圖如圖3 所示，測得混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件聲時值。當(dāng)同時滿足聲速平均值vm≥3 500 m/s，變異系數(shù)V≤5%時，可判定混凝土均勻性合格，反之判定為不合格。

圖2 測區(qū)測點編號方式示意圖Fig.2 Schematic diagram of measuring point numbering method in the survey area

圖3 測區(qū)測點布置示意圖Fig.3 Schematic diagram of measuring points in the survey area

通過超聲波對測法檢測不同測點位置的超聲波數(shù)據(jù)（聲速、聲時值），修正計算見表1。模擬塊30 個測點混凝土聲速最大值4 636 m/s，最小值4 157 m/s，大于3 500 m/s，變異系數(shù)小于5%，可判定模擬塊所檢測點混凝土均勻性合格。

表1 超聲波檢測結(jié)果Table 1 Ultrasonic test results

2.2 利用地質(zhì)雷達(dá)法檢測模擬塊新舊結(jié)合面質(zhì)量

探地雷達(dá)作為工程物探檢測的一項新技術(shù)，具有連續(xù)、無損、高效和高精度等優(yōu)點。探地雷達(dá)由一體化主機、天線及配套軟件等部分組成，根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播特性，探地雷達(dá)以寬頻帶短脈沖的形式向介質(zhì)內(nèi)發(fā)射高頻電磁波（ MHz ~ GHz），當(dāng)其遇到不均勻體（界面）時會反射部分電磁波，其反射系數(shù)由介質(zhì)的相對介電常數(shù)決定，通過對雷達(dá)主機所接收的反射信號進(jìn)行處理和圖像解譯，達(dá)到識別隱蔽目標(biāo)物的目的（如缺陷等），如圖4 所示。

圖4 地質(zhì)雷達(dá)檢測原理圖Fig.4 Geological radar detection principle

本次研究采用了意大利IDS 公司生產(chǎn)的RISK2 最新型探地雷達(dá)設(shè)備，天線選擇1 600 MHz 屏蔽天線。對模擬塊超聲波檢測區(qū)域進(jìn)行驗證，地質(zhì)雷達(dá)測線布置圖參考圖2，選取有代表性的測線，分橫向測線B、D 及豎向測線2、5。均勻布置于預(yù)制板一側(cè)。地質(zhì)雷達(dá)測線結(jié)果圖如圖5 所示。測線顯示，新舊混凝土界面層為0.2 m，與實際工程澆筑情況相吻合，且未發(fā)現(xiàn)結(jié)合面有不密實信號，與超聲波檢測結(jié)果相互驗證。

圖5 地質(zhì)雷達(dá)測線結(jié)果圖Fig.5 Geological radar line results

2.3 新舊混凝土結(jié)合面完整性及強度驗證研究

為了進(jìn)一步對新舊結(jié)合面的混凝土質(zhì)量進(jìn)行研究，同時驗證2.1 與2.2 節(jié)中檢測結(jié)果，研究組參照超聲波檢測測點和地質(zhì)雷達(dá)測線布置位置對模擬塊的典型部位進(jìn)行鉆芯取樣，鉆芯點位為B1、B3、B5、C1、C3、C5、D1、D3、D5，典型位置如圖2 所示，并截取結(jié)合面處的芯樣與預(yù)制板處的芯樣進(jìn)行抗壓強度檢測對比，直觀反映新舊結(jié)合面的完整性和結(jié)合面的強度。所截取芯樣的完整性和結(jié)合面的外觀如圖6 所示，研究顯示，后澆筑混凝土與預(yù)制板混凝土結(jié)合緊密，完整性較好，未發(fā)現(xiàn)脫空和不密實現(xiàn)象，與2.1、2.2 節(jié)中所測結(jié)果相互驗證，新舊混凝土結(jié)合面質(zhì)量較好，可以滿足施工需要。對新舊混凝土處芯樣與原預(yù)制板處芯樣的抗壓強度對比結(jié)果如表2 所示，研究顯示，結(jié)合面處的強度值與預(yù)制板處的強度值均大于35 MPa，無明顯差異，結(jié)合面的混凝土質(zhì)量較好。

圖6 鉆芯取樣芯樣典型照片F(xiàn)ig.6 Typical photo of core sample

表2 鉆芯抗壓強度對比Table 2 Compressive strength comparison of core sample

3 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場施工實際及室外模擬進(jìn)行試驗研究與總結(jié)分析，得到如下結(jié)論：

本研究采用超聲波檢測法、地質(zhì)雷達(dá)法、鉆芯法等檢測手段對裝配式結(jié)構(gòu)的新舊混凝土結(jié)合面的密實度、強度、完整性等指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析研究。研究顯示預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)的新舊混凝土結(jié)合面質(zhì)量數(shù)據(jù)分析綜合全面，檢測手段可相互驗證。是有關(guān)裝配式結(jié)構(gòu)新舊混凝土結(jié)合面質(zhì)量為數(shù)不多的研究嘗試，并在施工現(xiàn)場實際施工中得到了很好的應(yīng)用。通過采用本研究可以為今后的裝配式結(jié)構(gòu)的推廣研究提供一定的參考。