基于 X 射線數(shù)字成像技術(shù)檢測預(yù)制柱內(nèi)套筒灌漿質(zhì)量的研究

趙廣志，孫 堅(jiān)，許國東

（1.江蘇省建筑科學(xué)研究院有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 南京 210046）

0 引言

預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)柱是通過在工廠進(jìn)行鋼筋綁扎和混凝土澆筑，在柱的底部預(yù)埋灌漿套筒，現(xiàn)場安裝時(shí)灌注灌漿料拌合物，待拌合物硬化后，可形成一個(gè)整體，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了傳力，使得上下層主筋對(duì)接連接。

灌漿套筒連接的質(zhì)量直接影響著結(jié)構(gòu)的安全性，研究表明灌漿缺陷對(duì)鋼筋套筒灌漿連接試件的承載力和變形性能有較大的影響［1］。預(yù)制柱間灌漿套筒施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)整體的抗震性能和抗倒塌能力，影響建筑物結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全。因此灌漿套筒的施工質(zhì)量是目前社會(huì)比較關(guān)心的問題。目前灌漿套筒的施工質(zhì)量主要包括以下幾方面：套筒內(nèi)鋼筋的錨固長度、套筒內(nèi)灌漿飽滿度以及套筒的灌漿密實(shí)度。

套筒灌漿質(zhì)量對(duì)整個(gè)構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性具有一定的影響，具備足夠的密實(shí)度，能夠避免結(jié)構(gòu)、構(gòu)件不同程度的破壞。

目前裝配式建筑中主要采用全灌漿套筒和半灌漿套筒進(jìn)行各部分的連接；各部分之間的連接強(qiáng)度主要決定于灌漿套筒灌漿的飽滿程度，然而由于灌漿工人的不當(dāng)操作和構(gòu)件本身設(shè)計(jì)問題造成的漏倉均會(huì)導(dǎo)致灌漿套筒灌漿不飽滿，為結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性埋下了巨大隱患，因此急需一種無損且高效的檢測方法來發(fā)現(xiàn)灌漿不飽滿的套筒。

實(shí)際工程中，套筒灌漿質(zhì)量問題主要有灌漿不飽滿，套筒內(nèi)鋼筋有效錨固長度不足等，直接影響連接節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量和性能?，F(xiàn)有的檢測方法預(yù)埋鋼絲拉拔法、預(yù)埋傳感器法、內(nèi)窺鏡法、沖擊回波法等，還不能有效地檢測灌漿質(zhì)量。如沖擊回波法可用于無損檢測大直徑波紋管漿錨搭接節(jié)點(diǎn)的灌漿飽滿度，但無法有效識(shí)別波紋管內(nèi)的鋼筋錨固長度及雙排布置的小直徑波紋管漿錨搭接節(jié)點(diǎn)灌漿缺陷［2，3］。X射線工業(yè) CT 技術(shù)可有效檢測鋼筋套筒等連接節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的灌漿質(zhì)量，但其龐大的檢測設(shè)備無法適用于現(xiàn)場測試，僅適用于連接節(jié)點(diǎn)平行試件的實(shí)驗(yàn)室檢測［4］。

本文重點(diǎn)研究了 X 射線數(shù)字成像技術(shù)（DR）檢測預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)柱灌漿套筒施工質(zhì)量的可行性和影響因素，并通過工程實(shí)際驗(yàn)證此方法的有效性和可靠性。

1 檢測原理

DR 檢測技術(shù)是一種 X 射線直接轉(zhuǎn)換技術(shù)，X 射線透照被檢構(gòu)件，因構(gòu)件對(duì)射線的吸收和散射使其強(qiáng)度減弱衰減，數(shù)字探測器接收到衰減后的射線光子，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并輸出數(shù)字影像，如圖 1 所示。

圖1 X 射線數(shù)字成像檢測原理示意圖

如果被透照構(gòu)件內(nèi)部的套筒存在缺陷（空洞、孔洞、不密實(shí)等），將會(huì)使得透過射線的強(qiáng)度與周圍區(qū)域產(chǎn)生差異，所成圖像對(duì)應(yīng)區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生灰度差，進(jìn)而可以判斷構(gòu)件內(nèi)有無缺陷及缺陷的形狀、大小和位置等。

2 現(xiàn)場檢測

由于預(yù)制混凝土柱為多位方形柱體，使得柱內(nèi)套筒的混凝土保護(hù)層厚度不均勻，平板探測器接收到的透射射線強(qiáng)度變化很大。射線檢測時(shí)透照厚度的變化，會(huì)導(dǎo)致成像時(shí)的灰度差異也很大：透照厚度較薄的部位產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，而透照厚度較大的部位曝光不足，最終獲得的圖像就會(huì)無法判別套筒內(nèi)部質(zhì)量。為此嘗試?yán)门c套筒內(nèi)部相同的灌漿料做成的補(bǔ)償塊減少透照厚度差，使得平板探測器接收到能量比較均勻的射線，獲得較清晰的灌漿套筒的圖像，才能分析套筒內(nèi)灌漿質(zhì)量和鋼筋錨固長度的情況，如圖 2 所示。

圖2 預(yù)制柱內(nèi)套筒 DR 檢測示意圖

2.1 檢測實(shí)施

X 射線檢測預(yù)制柱時(shí)，很難穿透整個(gè)柱身，所以現(xiàn)場選取柱角上的套筒進(jìn)行檢測。由于預(yù)制柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及柱內(nèi)套筒分布與預(yù)制剪力墻不同，檢測實(shí)施就更加困難。為了保證能夠獲得完整的套筒影像，在沒有補(bǔ)償塊的情況下，選擇合適的曝光參數(shù)直接對(duì)柱角套筒進(jìn)行檢測，所得圖像存在曝光飽和區(qū)，且圖像不清晰，直接影響套筒內(nèi)部灌漿質(zhì)量的分析，如圖 3 所示。避免出現(xiàn)曝光飽和區(qū)的方法是減少曝光量，但是透照厚度較厚的區(qū)域無法得到清晰的套筒影像，使得套筒影像不完整。

圖3 未加補(bǔ)償塊 DR 圖像

圖4 增加補(bǔ)償塊時(shí) DR 圖像

增加補(bǔ)償塊后的檢測結(jié)果如圖 4 所示，同樣的曝光參數(shù)下所得套筒影像清晰，套筒內(nèi)部構(gòu)造清晰可辨，影像灰度整體較均勻，套筒管壁和內(nèi)部漿料也可分辨出來，沒有了曝光飽和區(qū)的干擾，使得套筒內(nèi)部灌漿質(zhì)量更加直觀可見，便于分析。

套筒灌漿密實(shí)度可通過 DR 圖像直接觀察，比較直觀，通過灌漿料密實(shí)區(qū)與不密實(shí)區(qū)的灰度差異，可直接辨別灌漿質(zhì)量的好與差。圖 5 為現(xiàn)場檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)套筒上半部未見灌漿料，灌漿不飽滿。鋼筋沒有灌漿料進(jìn)行錨固，對(duì)整個(gè)柱子的安全性和穩(wěn)定性都有一定的影響。這也是研究 DR 技術(shù)檢測預(yù)制柱內(nèi)套筒灌漿質(zhì)量所要發(fā)現(xiàn)的問題，并進(jìn)一步研究、提供更加準(zhǔn)確可靠的檢測數(shù)據(jù)和解決方案。

2.2 檢測對(duì)比

圖5 灌漿缺陷

預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部套筒灌漿質(zhì)量參數(shù)包括灌漿飽滿度、密實(shí)度和鋼筋錨固長度。為了驗(yàn)證 DR 檢測的準(zhǔn)確性，在增加厚度補(bǔ)償塊的情況下，進(jìn)行預(yù)制柱內(nèi)套筒灌漿質(zhì)量 DR 檢測，DR 檢測后進(jìn)行破損檢測，即取出柱內(nèi)套筒，然后進(jìn)行剖切，觀察內(nèi)部灌漿質(zhì)量和測量鋼筋錨固長度，檢測結(jié)果如圖 6 和圖 7 所示。

圖6 灌漿套筒 DR 圖像

圖7 灌漿套筒剖切后圖像

本次所檢套筒為 GTJQ4 20（HRB400 E）灌漿套筒，外徑 45 mm，長度 370 mm，鋼筋直徑 20 mm，套筒內(nèi)定位銷筋距頂部 190 mm，設(shè)計(jì)錨固長度 160 mm。圖 6 為預(yù)制柱內(nèi)套筒 DR 圖像，套筒內(nèi)部灌漿相對(duì)密實(shí)，上部鋼筋錨固長度185mm，下部鋼筋錨固長度163 mm；圖 7 為在預(yù)制柱內(nèi)取出該套筒進(jìn)行剖切后的切面圖，在剖切面觀察灌漿密實(shí)度并利用鋼直尺進(jìn)行錨固長度的測量，該套筒剖面部位灌漿密實(shí)度飽滿，上部鋼筋錨固長度為 182 mm，下部鋼筋錨固長度為 165 mm。從比對(duì)結(jié)果可以看出，DR 技術(shù)能夠較準(zhǔn)確地測量出套筒內(nèi)部的質(zhì)量缺陷，DR 檢測結(jié)果與剖開測量值間偏差在 3 mm 以內(nèi)。結(jié)果表明，DR 技術(shù)不僅能夠定性發(fā)現(xiàn)套筒內(nèi)部的質(zhì)量缺陷，而且能夠定量檢測。

由上述數(shù)據(jù)可見，在增加補(bǔ)償塊的情況下，套筒內(nèi)部灌漿質(zhì)量和鋼筋錨固長度能夠更加直觀地判斷和測量，檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)論

綜上所述，通過試驗(yàn)研究、比對(duì)和工程實(shí)例的驗(yàn)證，DR 技術(shù)能夠準(zhǔn)確檢測預(yù)制柱內(nèi)部灌漿套筒的灌漿質(zhì)量和鋼筋錨固長度。

1）預(yù)制柱混凝土的厚度會(huì)影響檢測結(jié)果，且檢測時(shí)由于厚度變化較大，需進(jìn)行厚度補(bǔ)償，才能獲得灰度較一致的圖像。

2）在增加厚度補(bǔ)償?shù)那闆r下，檢測結(jié)果與實(shí)際剖切基本一致，說明 DR 技術(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性，對(duì)現(xiàn)場施工質(zhì)量具有一定的監(jiān)督作用。

3）由于混凝土結(jié)構(gòu)及灌漿料材質(zhì)的多樣性、復(fù)雜性，目前灌漿密實(shí)度還未通過灰度值進(jìn)行量化，為此，還需大量的試驗(yàn)和研究尋求兩者之間的關(guān)系，形成更全面、可靠的 DR 技術(shù)檢測灌漿質(zhì)量的方法。