裝配式套筒連接件灌漿密實(shí)度檢測(cè)方法探討

席江峰，孫艷秋，管啟明

（中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200112）

0 引言

套筒連接件是裝配式建筑中的重要組成部分，其作為隱蔽式工程，在實(shí)際施工過程中具有密實(shí)度檢測(cè)難度大、難以用肉眼進(jìn)行直接判斷等特點(diǎn)。在實(shí)際施工中，為提高套筒連接件的質(zhì)量檢測(cè)效果，常采用沖擊回波法、超聲CT法等無(wú)損密實(shí)度檢測(cè)技術(shù)。這些檢測(cè)技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)在不破壞原有構(gòu)件的情況下，對(duì)套筒連接件的密實(shí)度進(jìn)行全方面檢測(cè)，而且具有檢測(cè)效率快、檢測(cè)精度高等特點(diǎn)。為方便業(yè)內(nèi)工作者更直觀地了解相關(guān)檢測(cè)方法，本文對(duì)沖擊回波法、首波聲時(shí)法、超聲CT法以及阻尼振動(dòng)法等裝配式套筒連接件灌漿密實(shí)度檢測(cè)方法進(jìn)行分析闡述。

1 沖擊回波法

沖擊回波法具有頻帶寬、穿透力強(qiáng)、無(wú)損檢測(cè)、便于使用等優(yōu)點(diǎn)，目前在裝配式套筒連接件灌漿密實(shí)度檢測(cè)過程中得到廣泛運(yùn)用，并取得了較好的效果。

沖擊回波法是一種以應(yīng)力波為基礎(chǔ)的檢測(cè)結(jié)構(gòu)缺陷及厚度的無(wú)損檢測(cè)方法。在實(shí)際應(yīng)用過程中，沖擊回波法不僅可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測(cè)，還可以在檢測(cè)過程中結(jié)合三維成像技術(shù)，對(duì)物體的結(jié)構(gòu)厚度及缺陷進(jìn)行三維成像，有助于檢修過程中可以更加直觀立體地確定被測(cè)物體的缺陷情況，對(duì)其進(jìn)行分析及解決。

沖擊回波法的基本原理是通過小鋼球或者小鋼錘輕輕敲擊物體表面，向物體釋放一個(gè)短時(shí)間的機(jī)械沖擊，其機(jī)械沖擊所產(chǎn)生的應(yīng)力波會(huì)以物體為介質(zhì)進(jìn)行傳遞，在觸碰到物體中存在的缺陷或者物體底面后，應(yīng)力波將會(huì)產(chǎn)生反射效應(yīng)，專業(yè)檢測(cè)儀器在接收到反射后的應(yīng)力波后，將會(huì)對(duì)應(yīng)力波中的反射時(shí)間差異進(jìn)行幅值譜分析，并根據(jù)譜圖中的明顯峰確定物體中存在的實(shí)際缺陷以及缺陷的具體位置。

通過沖擊回波法進(jìn)行套筒連接件灌漿密實(shí)度檢測(cè)時(shí)，人為施加的應(yīng)力波在經(jīng)過套筒密實(shí)區(qū)域后會(huì)直接反射回彈，反射時(shí)間最短，而在經(jīng)過缺陷位置時(shí)，應(yīng)力波將會(huì)產(chǎn)生繞射情況，并經(jīng)過多次反射后才會(huì)回彈到儀器表面，其所需要的反射時(shí)間較長(zhǎng)。儀器在應(yīng)力波反射過程中進(jìn)行分析處理，并將直接呈現(xiàn)出相應(yīng)的幅值譜，工作人員可以通過幅值譜來(lái)判斷套筒連接件灌漿密實(shí)度情況。

從實(shí)際應(yīng)用情況看，沖擊回波法雖然可以有效確定套筒連接件灌漿是否存在密實(shí)度問題，但在精確度上還存在一定的問題，即沖擊回波法僅能夠確定套筒連接件灌漿是否存在密實(shí)度問題，但對(duì)具體存在問題的區(qū)域以及相關(guān)問題存在量的多少卻無(wú)法有效確定。另外，沖擊回波法雖然在實(shí)際使用過程中操作較為簡(jiǎn)便，但套筒連接件灌漿施工過程中所使用的套筒數(shù)量會(huì)對(duì)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果造成一定的影響。例如在施工過程中若采用雙套筒，使用沖擊回波法檢測(cè)將難以對(duì)連接件內(nèi)部的密實(shí)區(qū)和非密實(shí)區(qū)進(jìn)行精準(zhǔn)定位。

為避免出現(xiàn)相關(guān)問題，沖擊回波法用于漏檢所導(dǎo)致的套筒中灌漿脫空檢測(cè)過程中，如果實(shí)際施工過程中出現(xiàn)因其他問題所導(dǎo)致的套筒連接件灌漿密實(shí)度問題，使用沖擊回波法則難以滿足密實(shí)度檢測(cè)的實(shí)際要求，所以，通常不會(huì)應(yīng)用沖擊回波法對(duì)該問題進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)判斷，大多是將其作為一種定位參考使用。綜上所述，沖擊回波法具有操作簡(jiǎn)便、穿透能力強(qiáng)、無(wú)損檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)際檢測(cè)過程中存在檢測(cè)精度相對(duì)較低的問題，還需要在后續(xù)研究過程中對(duì)沖擊回波法檢測(cè)精度的提升進(jìn)行更加深入的研究。

2 首波聲時(shí)法

在實(shí)際應(yīng)用過程中，首波聲時(shí)法先向物體發(fā)出超聲波，超聲波會(huì)以物體為介質(zhì)在物體中進(jìn)行傳播，在接觸到缺陷或者物體底面時(shí)產(chǎn)生反射，然后通過探測(cè)探頭實(shí)時(shí)接收最先反射回彈到探頭處的超聲波，進(jìn)而通過聲時(shí)參數(shù)來(lái)判斷物體的質(zhì)量情況。通常來(lái)說(shuō)，物體的密實(shí)度越高，超聲波在物體中的傳播速度越快，反之則超聲波在物體中的傳播速度越小。另外，自然界中可對(duì)超聲波聲時(shí)參數(shù)造成影響的因素相對(duì)較少，因此，以超聲波首波聲時(shí)參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行密實(shí)度檢測(cè)的首波聲時(shí)法的檢測(cè)干擾因素相對(duì)較少，檢測(cè)精度相對(duì)較高，在實(shí)際檢測(cè)過程中通常被作為主要檢測(cè)方法。

在進(jìn)行套筒連接件灌漿密實(shí)度檢測(cè)過程中，超聲波在套筒連接件中可在多個(gè)路徑進(jìn)行傳播，并且通過不同路徑的傳播均會(huì)進(jìn)行反射，最終被探頭所接收。但探頭卻無(wú)法有效區(qū)分出首波到底是灌漿密實(shí)度檢測(cè)中所需要的檢測(cè)信息，還是套筒反射后所產(chǎn)生的信息，如果反射的首波信息為套筒反射的聲波信息，則首波信息中可能沒有攜帶灌漿密實(shí)度信息，以此作為套筒連接件灌漿密實(shí)度結(jié)果，勢(shì)必導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果失真，嚴(yán)重影響最終的檢驗(yàn)效果。綜上所述，首波聲時(shí)法雖然具有較高的檢測(cè)精度，但在套筒連接件灌漿檢測(cè)中卻無(wú)法有效分辨出首波中是否攜帶有灌漿密實(shí)度信息，無(wú)法有效保證檢測(cè)結(jié)果是否為檢測(cè)所需，還需要進(jìn)行針對(duì)性的深入研究。

3 超聲CT法

結(jié)合實(shí)際情況來(lái)看，傳統(tǒng)的超聲波技術(shù)在對(duì)物體進(jìn)行檢測(cè)的過程中存在以下不足。

1）通常是以某些聲波線來(lái)測(cè)得物體異常值，進(jìn)而判斷物體的內(nèi)部缺陷，雖然可以在一定程度上判斷物體中的缺陷位置，但判斷精度相對(duì)較低，并且無(wú)法精準(zhǔn)確定物體缺陷的尺寸大小。

2）由于檢測(cè)過程中所反映的測(cè)線為超聲波穿透物體所產(chǎn)生的異常值，多為平均值，所以難以根據(jù)異常值對(duì)物體內(nèi)部缺陷進(jìn)行精準(zhǔn)量化。

超聲CT法可以實(shí)現(xiàn)在不對(duì)物體造成破壞的前提下，向物體發(fā)射超聲波、電磁波、X射線，然后獲取到物體的一維投影數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)對(duì)一維投影數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，構(gòu)建物體的二維平面圖像和三維立體圖像。由于超聲CT法可使用的檢測(cè)方式相對(duì)較多，且實(shí)際檢測(cè)過程中可以獲取到更為精準(zhǔn)的物體內(nèi)部信息，所以在實(shí)際應(yīng)用過程中，超聲波CT技術(shù)表現(xiàn)出分辨率高、缺陷定位準(zhǔn)確、檢測(cè)結(jié)果直觀、圖像清晰立體等特點(diǎn)。

在套筒連接件灌漿檢測(cè)過程中，超聲CT法雖然表現(xiàn)出諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有諸多缺陷，最主要的缺陷就是超聲CT法在檢測(cè)過程中對(duì)設(shè)備的要求較高，大多數(shù)設(shè)備具有高精密性、高復(fù)雜性，設(shè)備體積也相對(duì)較大，多設(shè)置在實(shí)驗(yàn)室中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)小型便捷化，更無(wú)法實(shí)現(xiàn)便捷化檢測(cè)。因此，超聲CT法多用于對(duì)套筒連接件灌漿試驗(yàn)件的檢測(cè)，無(wú)法運(yùn)用到工程項(xiàng)目施工檢測(cè)中。

綜上所述，雖然超聲CT技術(shù)具有檢測(cè)分辨率高、缺陷定位精確、檢測(cè)結(jié)果直觀、圖像清晰立體等優(yōu)勢(shì)，但由于其對(duì)設(shè)備的要求相對(duì)較高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)小型化、便捷化，也無(wú)法運(yùn)用到實(shí)際的工程施工檢測(cè)，仍需要后續(xù)的導(dǎo)入研究。

4 阻尼振動(dòng)法

所謂阻尼振動(dòng)法，就是指物體在振動(dòng)過程中，受摩擦阻力、介質(zhì)阻力或者其他能耗而出現(xiàn)的隨著時(shí)間的不斷推移，振動(dòng)幅度逐步減弱的一種現(xiàn)象，又稱為減幅振動(dòng)、衰減振動(dòng)等。通常來(lái)說(shuō)，自然界中的任何物質(zhì)都會(huì)存在阻尼振動(dòng)現(xiàn)象，且當(dāng)物體的密實(shí)度越高，其在阻尼振動(dòng)過程中，振動(dòng)減幅越加明顯，而阻振動(dòng)法就是以阻尼振動(dòng)原理為基礎(chǔ)研發(fā)出的一種物體檢測(cè)技術(shù)。在實(shí)際檢測(cè)過程中，阻尼振動(dòng)法會(huì)先向物體發(fā)出初始振動(dòng)激勵(lì)，然后通過傳感器來(lái)檢測(cè)物體所發(fā)生的阻尼振動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而通過物體阻尼振動(dòng)過程中所出現(xiàn)的振動(dòng)減幅情況來(lái)計(jì)算分析出物體內(nèi)部的密度。

阻尼振動(dòng)法在套筒連接件灌漿密實(shí)度檢測(cè)中應(yīng)用時(shí)，需在套筒內(nèi)部設(shè)置振動(dòng)傳感器，然后通過套筒向內(nèi)部的灌漿釋放初始振動(dòng)激勵(lì)，初始灌漿開始進(jìn)行自由振動(dòng)，然后由振動(dòng)傳感器來(lái)收集灌漿的實(shí)時(shí)振動(dòng)信息。結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)微分方程如下：

式中，x為位移大?。籺為振動(dòng)時(shí)間；β為阻尼系數(shù)；ω為結(jié)構(gòu)振動(dòng)的圓頻率。

在滿足特定條件下，上述的自由振動(dòng)微分公式將可以轉(zhuǎn)化為以下表達(dá)式：

式中，A為初始振動(dòng)幅值；φ為初始相位角。

在使用阻尼振動(dòng)法對(duì)套筒連接件灌漿密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如果灌漿的密實(shí)度較大，則灌漿的阻尼系數(shù)也會(huì)相對(duì)較大；反之，如果灌漿的密實(shí)度相對(duì)較低，那么灌漿的阻尼系數(shù)也會(huì)降低。因此，在對(duì)套筒連接件灌漿檢測(cè)時(shí)，工作人員可以通過阻尼振動(dòng)法所得到的灌漿阻尼系數(shù)來(lái)判斷灌漿的密實(shí)度情況。從實(shí)際應(yīng)用情況看，阻尼振動(dòng)法多運(yùn)用于施工中因工作人員操作不當(dāng)而引起的灌漿持壓不充分，或者坐漿難以得到有效封堵而導(dǎo)致漏檢問題的灌漿密實(shí)度檢測(cè)，其可以有效判斷灌漿密實(shí)度情況，但難以精準(zhǔn)判斷出灌漿密實(shí)度缺陷位置。

5 結(jié)語(yǔ)

本文分別對(duì)沖擊回波法、首波聲時(shí)法、超聲CT法以及阻尼振動(dòng)法4種可運(yùn)用于套筒連接件灌漿密實(shí)度檢測(cè)的檢測(cè)方法進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，這些方法雖然可以有效判斷套筒連接件灌漿密實(shí)度情況，但均存在一定的使用局限性，還需要進(jìn)一步深入研究，著重解決各方法在實(shí)際應(yīng)用中存在的局限性，提高套筒連接件灌漿密實(shí)度精度和效果。