基于顯像管法的套筒灌漿飽滿度檢測試驗研究

楊 健，肖生玉，顧 盛，唐柏鑒

（1.蘇州科技大學 土木工程學院，江蘇 蘇州 215011；2.同濟大學 航空航天與力學學院，上海 200092；3.昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 昆山 215337）

0 引言

套筒灌漿連接是由專門加工的套筒、配套灌漿料和鋼筋組裝的組合體，在連接鋼筋時通過注入快硬無收縮灌漿料，依靠材料之間的黏結(jié)咬合作用連接鋼筋與套筒［1］組合而成。根據(jù)標準 JGJ 355-2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中第 6.3.5 條第二款：每個區(qū)域除預(yù)留灌漿孔、出漿孔與排氣孔外，應(yīng)形成密閉空腔，不應(yīng)漏漿。在實際施工過程中，由于工人操作不當或者套筒本身存在缺陷，時常發(fā)生套筒內(nèi)部漏漿、少灌、堵塞的情況，導致灌漿套筒連接質(zhì)量不符合要求，使構(gòu)件之間的連接性能下降，對結(jié)構(gòu)安全造成不利影響。因此，對結(jié)構(gòu)中的套筒灌漿連接進行灌漿飽滿度檢測尤為重要。

目前，檢測套筒灌漿飽滿度的方法主要包括預(yù)埋傳感器法［2］、預(yù)埋鋼絲拉拔法［3］、X 射線法［4］、內(nèi)窺鏡法［5］及超聲法［6］等。上述方法中除了預(yù)埋傳感器法可以在灌漿施工階段進行灌漿飽滿度檢測外，其余方法均是在質(zhì)量驗收階段進行檢測，此時灌漿料已凝結(jié)硬化，即便檢測結(jié)果不理想也很難采取補漿等補救措施。預(yù)埋傳感器法雖然可以在灌漿過程中檢測套筒灌漿連接的飽滿度，但傳感器需預(yù)埋在套筒內(nèi)，難以回收利用，檢測成本較高。

課題組根據(jù)套筒灌漿連接的構(gòu)造特點和施工工藝，提出了顯像管法檢測套筒灌漿飽滿度的裝置（發(fā)明專利號：ZL201910372961.8）［7］，用于解決在灌漿施工階段無法快速、有效且低成本地檢測套筒內(nèi)灌漿飽滿度的問題，能提早發(fā)現(xiàn)套筒灌漿不飽滿的缺陷，及時對灌漿不飽滿的套筒進行補漿，保證了套筒灌漿連接的質(zhì)量，降低后期修復(fù)成本［8］。

1 裝置構(gòu)造及檢測方法

在未灌滿或者漏漿情況下，由于重力作用，流動灌漿料的液面會低于套筒出漿孔。根據(jù)這一特征，本裝置在套筒出漿孔處抽取灌漿料，通過觀察顯像段內(nèi)灌漿料的充實程度來判斷套筒灌漿是否飽滿。

1.1 裝置構(gòu)造

圖 1 為基于顯像管法的套筒灌漿飽滿度檢測裝置的構(gòu)造圖，其由穿孔橡膠塞、透明塑料管、活動橡膠塞和推拉桿等部件組成。透明塑料管前段為伸入段，在檢測時伸入套筒出漿管，抽取套筒內(nèi)部出漿孔高度處的灌漿料；末段為顯像段，檢測時，通過觀察顯像段來判斷套筒灌漿飽滿度；穿孔橡膠塞套在透明塑料管外部，待透明塑料管插入出漿管后將該裝置的位置進行固定并封堵出漿孔；觸碰部位于透明塑料管前端部，防止套筒內(nèi)鋼筋與透明塑料管端口直接接觸；活動橡膠塞和推拉桿構(gòu)成推拉塞，與透明塑料管內(nèi)壁緊密接觸，可在透明塑料管內(nèi)來回移動且氣密性良好；推拉桿上設(shè)有止擋部，用于限制推拉桿的伸入長度，避免將活動橡膠塞推出透明塑料管。

圖1 顯像管法檢測裝置

1.2 檢測方法

灌漿施工階段，對于需要進行灌漿飽滿度檢測的套筒，待其出漿孔出漿后，將顯像管法檢測裝置沿出漿管伸入套筒內(nèi)部，使用裝置上的穿孔橡膠塞封堵住出漿孔，到達規(guī)定時間后拉出推拉塞進行檢測。推拉塞被拉出的過程中，透明塑料管內(nèi)氣壓降低，套筒內(nèi)透明塑料管前端部周邊擁有良好流動性的灌漿料被抽至顯像段，通過觀察顯像段內(nèi)的灌漿料充實程度來判斷灌漿飽滿度。如圖 2 所示，若顯像段內(nèi)灌漿料充實，表明灌漿飽滿；若顯像段內(nèi)無灌漿料，表明灌漿不飽滿。為保證工程質(zhì)量，檢測完后將抽出的灌漿料送回套筒內(nèi)部，并對灌漿不飽滿的套筒進行補灌及復(fù)測。

圖2 套筒灌漿飽滿度檢測示意圖

2 試驗研究

在灌漿施工階段進行套筒灌漿飽滿度檢測時，影響因素主要有以下幾個方面：①具備早強性的灌漿料短時間內(nèi)固化，在灌漿完成后流動性逐漸減弱；②套筒分為半灌漿套筒和全灌漿套筒兩種結(jié)構(gòu)，且大多以梅花形方式進行布置，出漿管長度存在差異；③在構(gòu)件生產(chǎn)和安裝過程中出現(xiàn)的誤差可能會導致套筒內(nèi)鋼筋偏位，甚至出現(xiàn)鋼筋緊貼出漿口的情況。綜合考慮以上因素，本文設(shè)計了套筒灌漿飽滿及不飽滿兩個試驗組，探究顯像管法的準確性。

2.1 試驗設(shè)計

套筒灌漿飽滿試驗組研究了從灌漿后到檢測前的間隔時間、套筒的結(jié)構(gòu)形式、出漿管長度和套筒內(nèi)鋼筋偏位對檢測效果的影響。其中，從灌漿后到檢測前的間隔時間分為 10、15、20、25 min 和 30 min 五種情況；套筒的結(jié)構(gòu)形式分為全灌漿套筒和半灌漿套筒兩種情況；根據(jù)套筒梅花形布置中出漿管的尺寸差異，將出漿管長度分為 40 mm 和 140 mm 兩種情況；鋼筋位置分為偏位和不偏位兩種情況。依據(jù)以上試驗參數(shù)，設(shè)計了 15 種工況進行飽滿度的檢測，如表 1 所示，試驗組中的每種工況都設(shè)置了 6 個相同的套筒進行試驗，如圖 3（a）及圖 3（b）所示。

套筒灌漿不飽滿試驗組研究了半灌漿套筒出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象時，本裝置檢測結(jié)果的準確性。套筒漏漿指灌漿結(jié)束后漿料流失，造成套筒灌漿不飽滿的情況，此現(xiàn)象多發(fā)生于灌漿結(jié)束后 10 min 內(nèi)，因此以 5 min 和 10 min 作為漏漿起漏時間。根據(jù)套筒內(nèi)鋼筋偏位及套筒漏漿的特點，為了便于在外部直接觀察套筒內(nèi)部情況，采用亞克力材質(zhì)的透明半灌漿套筒，設(shè)計了 3 種工況進行灌漿飽滿度的檢測，具體如表 2 所示，試驗組中的每種工況都設(shè)置 6 個相同的套筒進行試驗，如圖 3（c）所示。

表1 套筒灌漿飽滿試驗組

圖3 套筒灌漿飽滿度檢測試驗

表2 套筒灌漿不飽滿試驗組

灌漿時，使用灌漿槍進行注漿，首先保證各類工況下的套筒均灌漿飽滿。為了模擬套筒漏漿，在進行套筒漏漿檢測試驗時，需要控制漏漿量，到達指定時間后，打開灌漿孔的橡膠塞使套筒內(nèi)的漿料流出，從套筒頂部觀察灌漿料液面的下降情況，當漿料液面高度低于出漿孔下方時，封堵灌漿孔，停止漏漿。

為驗證灌漿料與顯像管法檢測裝置的適配性，如圖 4 所示，將杯中的灌漿料沒過透明塑料管的下端口，在杯口蓋上濕毛巾分別靜置 10 min、20 min和 30 min 后抽取灌漿料。試驗結(jié)果表明，灌漿料均可抽至透明塑料管上部，30 min 內(nèi)灌漿料與顯像管法檢測裝置的適配性良好。

圖4 不同時段灌漿料流動性試驗

2.2 試驗結(jié)果

如圖 5 所示，各組試驗均是在到達指定間隔時間后，拉出推拉桿，觀察顯像段并判斷套筒灌漿是否飽滿。

圖5 灌漿飽滿度檢測結(jié)果

在使用本裝置進行套筒灌漿飽滿度檢測時，如圖 6 所示，出現(xiàn)了 4 種不同的試驗現(xiàn)象：顯像段內(nèi)灌漿料充實、顯像段內(nèi)有少量空氣、顯像段內(nèi)無灌漿料和推拉桿拉出后回縮。

顯像段內(nèi)灌漿料充實，表明在透明塑料管端口周邊有充足的灌漿料。在檢測時，將推拉桿向外拉出，前端的活動橡膠塞帶動透明塑料管端口周邊的灌漿料進入透明塑料管內(nèi)部，并沿著透明塑料管抵達顯像段，此時可以判定套筒灌漿飽滿。

圖6 試驗現(xiàn)象

顯像段內(nèi)有少量空氣，表明在透明塑料管端口周邊的灌漿料中含有少量氣泡。在檢測時，透明塑料管端口周邊的灌漿料隨著推拉桿的移動流入顯像段，灌漿料內(nèi)部的微小氣泡也隨之進入顯像段，此時仍可判定套筒灌漿飽滿。

顯像段內(nèi)無灌漿料，表明透明塑料管端口周邊僅有少量灌漿料或無灌漿料。在檢測時，套筒內(nèi)部的空氣被抽入透明塑料管，而流入透明塑料管的少量殘余灌漿料在摩擦力的作用下附著在管壁上，無法抵達顯像段，導致顯像段內(nèi)無灌漿料，此時可以判定該套筒灌漿不飽滿，需要進行補漿。

推拉桿拉出后回縮，表明透明塑料管端口處出現(xiàn)堵塞。在檢測時移動推拉桿，由于透明塑料管前端發(fā)生堵塞，空氣和灌漿料無法流入，內(nèi)部壓強降低，松開推拉桿后，在大氣壓的作用下，推拉桿會回縮至透明塑料管內(nèi)部。由于透明塑料管端口被堵塞，無法抽取套筒內(nèi)部的灌漿料，因此無法判斷套筒是否灌漿飽滿。在灌漿后 10～20 min 進行檢測時，由于灌漿料的流動性下降不多，不會出現(xiàn)此類現(xiàn)象。

套筒灌漿飽滿和不飽滿試驗組的檢測結(jié)果如表 3 所示。

表3 檢測結(jié)果

3 不同因素對檢測效果的影響

3.1 間隔時間對檢測效果的影響

圖 7 為 S 1-1～S 1-5、S 2-1～S 2-3 和 S 3-1～S 3-4 工況中的試件檢測成功率隨間隔時間的變化規(guī)律圖。由圖 7 可知，在 10～20 min 進行檢測，套筒中的灌漿料均能成功抽出至顯像段，但隨著間隔時間的增長，顯像管法檢測裝置檢測出飽滿套筒的成功率逐漸下降。全灌漿套筒在灌漿結(jié)束 25 min 后進行檢測，開始出現(xiàn)套筒灌漿飽滿但顯像段內(nèi)無灌漿料的現(xiàn)象，半灌漿套筒在灌漿結(jié)束 30 min 后進行檢測，也出現(xiàn)類似現(xiàn)象。

圖7 間隔時間對檢測效果的影響

試驗結(jié)果表明，灌漿后至檢測前的間隔時間宜在10～15 min，最遲不超過 20 min。其原因在于隨著間隔時間的增大，灌漿料的流動性逐漸下降，檢測時難以吸入透明塑料管，影響檢測效果。

3.2 套筒的結(jié)構(gòu)形式對檢測效果的影響

如圖 8 所示，對比 S 1-2～S 1-5 工況與 S 3-1～ S 3-4 工況的檢測結(jié)果，當間隔時間為 15 min 和 20 min時，全灌漿套筒和半灌漿套筒均能成功檢測出灌漿飽滿；當間隔時間為 25 min 和 30 min 時，全灌漿套筒和半灌漿套筒的檢測成功率均出現(xiàn)下降，但與全灌漿套筒的檢測成功率相比，半灌漿套筒的檢測成功率下降幅度較小。

圖8 不同結(jié)構(gòu)形式的套筒的檢測效果對比圖

試驗結(jié)果表明，半灌漿套筒檢測效果優(yōu)于全灌漿套筒。其原因在于兩種套筒有不同的結(jié)構(gòu)特征:全灌漿套筒內(nèi)出漿孔高度處存在連接鋼筋，而半灌漿套筒內(nèi)出漿孔高度處通常情況下無連接鋼筋。隨著灌漿料流動性下降，半灌漿套筒內(nèi)透明塑料管端口周邊灌漿料的流動無鋼筋阻礙，仍有部分灌漿料流入透明塑料管內(nèi)；全灌漿套筒內(nèi)透明塑料管端口周邊灌漿料的流動受到鋼筋阻礙，灌漿料難以流入透明塑料管內(nèi)。

3.3 出漿管長度對檢測效果的影響

如圖 9 所示，對比 S 1-3～S 1-5 工況與 S 2-1～S 2-3 工況的檢測結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)從灌漿后到檢測前的間隔時間為 20 min 時，長出漿管和短出漿管均可以檢測出灌漿飽滿；25 min 后，檢測成功率均出現(xiàn)下降趨勢，且下降幅度無顯著區(qū)別。

圖9 不同出漿管長度的檢測效果對比圖

檢測結(jié)果表明，在相同的時間間隔下，出漿管長度的變化對檢測結(jié)果無明顯影響。因透明塑料管直徑為 5 mm，兩種出漿管長度抽取的灌漿料體積僅相差約2 ml，不會對套筒內(nèi)部的灌漿料產(chǎn)生較大影響，同時本裝置主要抽取的是透明塑料管端口周邊的灌漿料，與出漿管長度無關(guān)。

3.4 套筒內(nèi)鋼筋偏位對檢測效果的影響

由表 3 中 S 4-1～S 4-3 工況的檢測結(jié)果可知，當間隔時間為 10～20 min 時，鋼筋出現(xiàn)偏位的套筒中顯像段內(nèi)抽出灌漿料的成功率均為 100 %。

檢測結(jié)果表明，鋼筋偏位不會影響檢測的成功率。當鋼筋偏位嚴重，被鋼筋完全堵塞的出漿孔在灌漿過程中無法出漿，此時需要進行修復(fù)處理。當鋼筋偏位，但出漿孔仍有漿料流出時，使用本裝置對套筒進行灌漿飽滿度檢測，套筒內(nèi)部的灌漿料可以通過鋼筋與出漿孔之間的空隙流入透明塑料管內(nèi)部，不會對檢測結(jié)果產(chǎn)生顯著影響。

3.5 套筒漏漿對檢測效果的影響

A-1、A-2 和 B-1 工況中的試件均為漏漿試件，對漏漿試件進行飽滿度檢測時，根據(jù)表 3 的試驗結(jié)果，所有試件的顯像段均無灌漿料，套筒內(nèi)部灌漿不飽滿。

檢測結(jié)果表明，本裝置檢測套筒漏漿試件的效果良好。如圖 10 所示，當漿料液面低于出漿孔底部時，透明塑料管端口處僅有少量灌漿料殘余，檢測時顯像段內(nèi)無灌漿料。檢測過程中對顯像管檢測裝置的觀察可知，在移動推拉桿時，雖然透明塑料管端口處有少量灌漿料進入，但由于灌漿料與管壁之間的摩擦，被吸入透明塑料管的殘余灌漿料附著在伸入段前端，顯像段內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)灌漿料。

圖10 漏漿試件

4 結(jié)論

1）針對施工過程中難以檢測套筒灌漿飽滿度的問題，提出了顯像管法及其配套檢測裝置，檢測方法在使用時，均為簡單的推拉工序，操作簡便，有利于套筒灌漿施工過程中的質(zhì)量控制，且檢測裝置成本低廉。

2）灌漿料的流動性對顯像管法的影響較大，灌漿后到檢測前的間隔時間宜為 10～15 min，最遲不超過20 min。

3）當灌漿料流動性能下降時，套筒的結(jié)構(gòu)形式對本方法的檢測效果有明顯影響，相比全灌漿套筒，半灌漿套筒的檢測準確率更高；套筒出漿管長度的變化對本方法的檢測準確率無明顯影響。

4）當半灌漿套筒鋼筋偏位，但未完全堵住出漿孔，仍可以使用本裝置進行灌漿飽滿度檢測；對于出現(xiàn)漏漿缺陷的試件，當漿料液面高度低于出漿孔時，顯像管法檢測裝置可以檢測出套筒內(nèi)灌漿不飽滿。