灌漿套筒飽滿度檢測方法及新型無損電阻法研究

謝焱南， 曲秀姝

(北京建筑大學 土木與交通工程學院， 北京 100044)

工業(yè)革命人口流動促使裝配式建筑體系迅速發(fā)展，1931—1981年共有28種裝配式建筑體系產生。1976年，美國出臺《國家工業(yè)化建筑建造標準》以解決裝配式建筑的設計、施工、防火等問題；1965年日本啟動2個階段裝配式建筑建設計劃，1971年將裝配式建筑占有率提升至42%[1]；2001年，新加坡建設局(BCA)推行建筑工業(yè)化，后由新加坡建屋局(HDB)繼續(xù)推行[2]。1950年，我國提出裝配式建筑預想，但受控于生產技術、工人素質落后未能實現(xiàn)。2016年，我國大力發(fā)展裝配式建筑，預計10年內30%新建建筑將采用裝配式建筑形式施工。由此看來，裝配式建筑將會成為我國未來主流的建筑形式，具有良好的發(fā)展前景。

裝配式構件節(jié)點強度是結構抗力的保證，鋼筋連接是節(jié)點的核心。當前主要的鋼筋連接有灌漿套筒連接、鋼筋漿錨搭接及機械連接，且關鍵節(jié)點處鋼筋均用灌漿套筒連接。

灌漿套筒于1968年發(fā)明，在夏威夷的阿拉莫酒店首次應用并取得極大成效[3]。灌漿套筒應用廣泛，可連接12～40 mm直徑螺紋鋼筋。接頭強度較高且抗拉強度不小于連接鋼筋的1.15倍。我國已將灌漿套筒納入GB/T 51231—2016《裝配式混凝土建筑技術標準》、JGJ 1—2014《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》等規(guī)范中。JG/T 398—2019《鋼筋連接用灌漿套筒》對灌漿套筒構造尺寸、檢驗作出規(guī)定，JG/T 408—2019《鋼筋連接用灌漿套筒料》對灌漿料配合比、強度及流動度作出要求。

灌漿套筒屬于隱蔽工程，對漿料飽滿度檢測極為困難。當前歐美等國通過提高工人素質、規(guī)范施工步序來提升灌漿合格率[4]。我國JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規(guī)程》要求對注漿后的套筒采用人眼觀察出漿情況及檢查灌漿施工記錄。上述方法均依靠出漿孔出漿情況判斷漿液飽滿度，無法判斷套筒內部漿料狀態(tài)。

綜上所述，灌漿套筒雖應用廣泛，但缺少規(guī)范的檢測方法。下文將分析灌漿套筒缺陷原因，并歸納十余種漿料飽滿度檢測方法優(yōu)缺點及適用范圍。最后提出一種基于漿料導電性的無損電阻檢測法，并針對其原理、關鍵技術做介紹。

1 套筒灌漿缺陷研究

灌漿套筒分為全灌漿套筒和半灌漿套筒2種形式，2種連接示意如圖1所示。其中全灌漿套筒是指套筒兩端插入錨固鋼筋后注漿；半灌漿套筒是指套筒預制端采用機械連接，注漿端插入鋼筋后注漿。

圖1 灌漿套筒示意Fig.1 Schematic diagram of grouting sleeve

全灌漿套筒適用于預制梁、柱外伸鋼筋間連接，施工現(xiàn)場常將全灌漿套筒與混凝土后澆帶共同施作，水平連接示意如圖2所示。半灌漿套筒適用于剪力墻間及柱間鋼筋連接，常采用連通腔連接多個套筒并使用壓漿法施工，壓漿法連接示意如圖3所示。

圖2 水平連接示意Fig.2 Horizontal connection diagram

圖3 壓漿法連接示意Fig.3 Schematic diagram of grouting connection

灌漿套筒注漿過程中，常會出現(xiàn)4種漿料飽滿度不足的形式。

漿料水平缺陷：該缺陷常出現(xiàn)在連接水平鋼筋的套筒上。漿料水平缺陷會導致局部漿料與筒壁黏結強度降低，鋼筋偏心拉出破壞。

套筒端部缺陷：該缺陷常出現(xiàn)在連通腔連接的半灌漿套筒中，主要缺陷原因是坐漿層泄露或停止注漿時間過早。

套筒中部缺陷：該缺陷出現(xiàn)原因是灌漿料質量不達標或用水泥砂漿代替灌漿料施作。套筒中漿料收縮或骨料擁堵造成中部缺陷。鄭清林等[5]通過試驗證明用水泥砂漿注漿時，鋼筋受軸向力時拔出會引發(fā)水泥砂漿的脆性破壞。

鋼筋偏心或錨固長度不足：該缺陷出現(xiàn)原因是墻底套筒與梁上預留鋼筋不完全對應。施工過程中需將鋼筋截斷或彎折插入導致錨固長度不足[6]。

綜上所述，灌漿套筒漿料飽滿度不足的主要原因是套筒使用不當。李向民等[7]通過試驗確定相同情況下，端部缺陷長度大于單側錨固長度30%或中部缺陷15%時接頭會發(fā)生脆性破壞。由此看來套筒中部漿料不飽滿對接頭強度影響最為嚴重。

2 灌漿套筒缺陷檢測研究

灌漿套筒漿料飽滿度檢測可從缺陷轉換信號形式、直接觀測缺陷形式及端部缺陷檢測形式考慮。其中缺陷轉換信號形式是通過儀器將灌漿套筒內部缺陷轉化為可觀測的光、聲、電信號形式，由檢測者采集信號并分析缺陷位置及大小，包括X射線檢測技術、超聲波檢測技術、阻尼振動法等。直接觀測缺陷形式是通過設備使人眼直接觀測到套筒內部漿料缺陷情況，包括鉆孔內窺鏡法、成孔內窺鏡法等。端部缺陷檢測形式是通過出漿孔檢測套筒內部漿料是否達到指定高度，包括預埋鋼絲法、電阻法、顯像管法等。

2.1 缺陷轉換信號形式

2.1.1 X射線檢測技術

X射線檢測技術是利用穿透性極強的X射線穿透混凝土墻體和鋼套筒，并將其內部缺陷投射至底片上，根據(jù)墻體厚度、材質呈現(xiàn)的灰度情況來顯示套筒漿料飽滿度情況[8]，X射線檢測示意如圖4所示。

圖4 X射線檢測示意Fig.4 X-ray inspection diagram

X射線檢測技術分為工業(yè)CT技術、X射線數(shù)字成像技術(DR)、X射線計算機成像技術(CR)和X射線膠片成像技術，X射線成像效果如圖5所示。工業(yè)CT技術設備體積龐大，設備運行所需管電流、管電壓較高，不具備施工現(xiàn)場檢測能力，但該設備清晰度較高，檢測效果較好，可以用于試驗室檢測灌漿套筒試件[9]。DR技術、CR技術以及X射線膠片成像技術在體積上均有縮減，不同點在于DR技術用平板探測器直接接收圖像；CR技術用IP成像板接收信號后經二次掃描轉化為圖像；膠片成像技術則用感光膠片接收信號。

圖5 X射線圖像效果Fig.5 X-ray image rendering

X射線檢測精確度與射線強度、被測物材質、厚度有關。X射線強度與設備中的管電流及管電壓的平方成正比[10]，因此便攜式X射線檢測設備不具有高強電流電壓，通常只能穿透200 mm內的混凝土墻。用X射線穿透厚度較大的預制柱，施作時可將X射線從柱一側斜射入，用與柱身相同混凝土制作補償塊減小厚度差來解決曝光及圖像質量差的問題[11]，補償塊示意如圖6所示。

圖6 補償塊示意Fig.6 Compensation block diagram

2.1.2 超聲波檢測技術

超聲波在不同介質中傳播、衰減速度不同，因此可將超聲波運用到灌漿套筒飽滿度檢測中。當前超聲波法包括：首波聲時法、超聲斷面成像法、超聲導波法、反射波衰減法等。

首波聲時法是通過超聲波發(fā)射器發(fā)射聲波并在套筒另一端接收，根據(jù)首波聲時所處區(qū)間判斷套筒內缺陷狀況。為驗證該方法可行性，姜紹飛等[12]提出了超聲波傳播模型。推斷出當漿料密實時，聲波沿筒壁、漿料直線傳播；出現(xiàn)缺陷時，漿料繞過缺陷后直射入接收器，超聲波傳播模型如圖7所示。

圖7 超聲波傳播模型Fig.7 Ultrasonic propagation model

超聲斷面成像法依靠超聲波斷層掃描儀掃查試件并將圖像傳輸?shù)接嬎銠C。超聲波斷層掃描儀由多個探頭提供脈沖激勵，探頭既可發(fā)射聲波又可接收聲波，實際工作中既可單點信號掃描又可多點信號掃描[13]，超聲斷面成像模型如圖8所示。

圖8 斷面超聲成像模型Fig.8 Cross-sectional ultrasound imaging model

超聲導波法利用超聲波在介質中反射傳導原理設計而成，該方法在鋼筋任意位置持續(xù)提供超聲波脈沖激勵，由計算機分析波形后判斷套筒內缺陷情況，導波法示意如圖9所示。超聲導波法重點是對波形的選取，經李冬生等[14]的試驗研究，最終確定8周期4 kHz作為激勵信號時，首波信號清晰且無明顯疊加現(xiàn)象。

圖9 導波法示意Fig.9 Guided wave method

反射波衰減法以超聲波在不同介質中的衰減速度不同為原理[15]，但該方法需要對剪力墻剔鑿處理來設置接收反射波的耦合層，衰減法施工示意如圖10所示。

圖10 衰減法施工示意Fig.10 Schematic diagram of attenuation method construction

綜上所述，超聲波檢測技術對環(huán)境要求較高，噪聲較大的現(xiàn)場檢測效果不明顯。對于首波聲時法而言，發(fā)射器與接收器必須處于同一直線，且該方法對剪力墻中的套筒檢測效果不好，施工較為復雜。斷面成像法對體積較小的缺陷檢測效果不明顯，僅驗證對鋼筋直徑在25 mm以上灌漿套筒連接有作用，該方法需從離套筒較遠一側墻體施作，且套筒不可雙排布置。超聲導波法不適用剪力墻中的套筒檢測。反射波衰減法對剪力墻破壞明顯。超聲波檢測法推廣難度較大，精確度還需提高。

2.1.3 沖擊回波法

沖擊回波法是20世紀80年代美國康奈爾大學和美國國家標準與技術研究院共同推出的無損檢測方法[16]。該方法利用激蕩錘敲擊試件表面產成能量和穿透能力較強的沖擊彈性波，根據(jù)沖擊彈性波波形來確定試件中缺陷情況，彈性波傳播路徑如圖11所示。

圖11 彈性波傳播路徑Fig.11 Elastic wave propagation path

沖擊回波法和超聲波斷面成像法原理相似，但其優(yōu)點是沖擊彈性波不會受到金屬對信號衰減和雜波影響，因此沖擊回波法檢測效果較超聲斷面成像法好。劉輝等[17]通過試驗說明沖擊回波法在檢測剪力墻中單排居中套筒效果良好，但檢測雙排套筒時不能區(qū)分漿料飽滿區(qū)和非飽滿區(qū)，對于直徑在2 mm以下的缺陷檢測效果不好。

2.1.4 阻尼振動法

阻尼振動法通過預埋傳感器或傳力棒振動產生振動波，通過振動波波形來判斷套筒內部漿料飽滿度情況。根據(jù)振動方式不同可分為預埋傳感器振動法和直接沖擊振動法。其中預埋傳感器振動法預先在套筒中埋入振動傳感器，并在套筒外部接收振動波傳導信號，通過分析振動波頻率振幅曲線判斷套筒內部缺陷狀況。直接沖擊振動法是在漿料凝固的套筒上鉆孔，插入裝有全橋應變片的傳力棒，如圖12所示。傳力棒對鋼筋施加預壓力，鋼筋通過傳力棒的激勵產生振動，并由應變片接收振動，通過分析振動信號的峰頻率和峰寬比來確定漿料飽滿度情況，直接沖擊振動法如圖13所示[18]。

圖12 傳力棒Fig.12 Induction force transfer bar

圖13 直接沖擊振動法示意Fig.13 Schematic diagram of direct shock vibration method

預埋傳感器法檢測時，為減少注漿時漿料附著應注意傳感器正面朝向套筒側壁，傳感器位置如圖14所示。為確定漿料飽滿時的置信區(qū)間，祝雯等[19]通過試驗確定當漿料處于拌合狀態(tài)時振動能量值讀數(shù)應小于100，漿料凝固時振動能量值讀數(shù)應小于50。

圖14 傳感器位置示意Fig.14 Sensor location diagram

套筒內預埋傳感器，不僅對套筒造成損傷，且傳感器不可回收，造價過高。而直接沖擊振動法需在套筒開洞施作，損傷套筒。綜上所述，阻尼振動法若推廣到施工現(xiàn)場還需優(yōu)化傳感器的體積及造價，做好開洞的修復處理。

2.1.5 壓電阻抗法

壓電阻抗法所用的壓電材料變形生成電荷進而形成可檢測的電壓，向該材料通電，材料自身也會產生形變。將壓電材料粘貼在套筒上，對壓電材料施加交流電流，通過壓電材料的變形引發(fā)套筒的振動，漿料飽滿度不同的位置振動頻率不同，致使檢測到的電壓頻率也不同，由此判斷灌漿套筒漿料飽滿度，其檢測原理如圖15所示，檢測儀器如圖16所示。

圖15 壓電阻抗法檢測原理Fig.15 Principle of piezoelectric impedance method

圖16 阻抗分析儀Fig.16 Impedance analyzer

李俊華等[20]驗證感應片布置在套筒上部時，檢測信號最為穩(wěn)定，檢測準確率最高。電導信號頻譜曲線波峰處諧振頻率變化和均方根偏差指標的變化能夠有效識別套筒內部灌漿飽滿度。

壓電阻抗法需在外層混凝土開洞施作，因此檢測完成后需二次施工。當前感應片規(guī)格和指標并不統(tǒng)一，檢測樣本容量較小，因此實際檢測中存在誤判現(xiàn)象。

2.2 直接觀測缺陷形式

2.2.1 鉆孔內窺鏡法

鉆孔內窺鏡法常用以檢測漿料已凝固的灌漿套筒。施作時需在套筒鉆孔后伸入內窺鏡，通過內窺鏡掃描圖像、測量缺陷高度，經計算機對上述掃描信號處理后確定缺陷具體位置及后續(xù)補漿工作。

鉆孔位置由漿料檢測位置確定。李剛等[21]從出漿孔鉆孔并伸入內窺鏡用以檢測端部缺陷，直視目鏡向下掃描檢測漿料飽滿程度，側視目鏡掃描缺陷長度。李向民等[22]在注漿孔與出漿孔連線開孔，伸入目鏡掃描四周以檢測內部缺陷，2種施作方法如圖17所示。

圖17 鉆孔內窺鏡法示意Fig.17 Schematic diagram of drilling endoscopy

2.2.2 預成孔內窺鏡法

預成孔內窺鏡法是指出漿孔出漿后用橡膠塞與熱縮組件封閉出漿孔，待施作完成后拔出橡膠塞，伸入三維成像測量內窺鏡以獲取缺陷三維圖像，出漿孔直徑可通過加熱熱縮組件控制。孫彬等[23]確定4.0 mm直徑的三維立體雙物鏡測量鏡頭內窺鏡對灌漿飽滿度檢測效果更好。

綜上所述，內窺鏡法最顯著優(yōu)點是利用孔洞二次注漿。該方法操作簡單，使用數(shù)字化處理圖像結果較為準確。但在施作過程中，成孔會對套筒造成損傷，還需修復已損傷套筒。

2.3 端部缺陷檢測形式

2.3.1 預埋鋼絲法

預埋鋼絲法[24]是提前將高強鋼絲、透明塑料管安裝在橡膠塞上，待套筒注漿完成后用處理過的橡膠塞塞住出漿孔，預埋鋼絲法如圖18所示。待漿料養(yǎng)護至指定強度后，使用拉拔設備將鋼絲拔出，根據(jù)鋼絲拔出所需荷載來確定端頭漿料飽滿情況。其拉拔設備如圖19所示。

圖18 預埋鋼絲法示意Fig.18 Schematic diagram of embedded steel wire method

圖19 鋼筋張拉設備Fig.19 Rebar tensioning equipment

高潤東等[25]結合內窺鏡法提出一種改進預埋鋼絲法。用塑料管包裹鋼絲，用透明膠封閉端頭。待漿料凝結后，手動拔出鋼絲，在鋼絲孔洞插入內窺鏡檢測套筒漿料飽滿度。

預埋鋼絲法操作簡單，檢測精度較高，可用于現(xiàn)場檢測。鋼絲拔出后會留孔洞，可用內窺鏡進一步檢測和二次注漿。當前預埋鋼絲法未曾廣泛應用，對荷載的合理區(qū)間樣本容量不多，還需要進一步確定。

2.3.2 電阻法

灌漿料主要由骨料、膠凝材料及添加劑構成。漿液中含有可自由移動的正負離子。電阻法原理如圖20所示，操作時首先在套筒頂部預埋入金屬探針，待注漿完成后，用電阻表連通金屬探針，通過電阻表示數(shù)確定漿料是否達到指定高度。

圖20 電阻法原理Fig.20 Schematic diagram of resistance method

為確定電阻法的最佳檢測時間以及漿料飽滿度與電阻關系，郭輝等[26]通過試驗得出如下結論：最佳檢測時間在注漿后2 h，若電阻值為0時，可視為漿料較為飽滿；若電阻為0.03～0.30 MΩ，則漿料出現(xiàn)回落現(xiàn)象；若電阻值為無限大時，可視為漿料未達到指定高度。

對于半灌漿套筒而言，上部鋼筋與套筒采用螺紋連接以致無法插入金屬探針，伸出導線需以破壞墻體為代價，因此電阻法無法適用于上述情況。

2.3.3 顯像管法

顯像管法是將透明塑料管固定在橡膠塞上，如圖21所示。注漿后用橡膠塞塞住出漿孔，推動拉桿抽取套筒漿料，觀測塑料管中漿料體積，判斷套筒中漿料飽滿度，顯像管法原理如圖22所示。

圖21 顯像管裝置Fig.21 Picture tube device

圖22 顯像管法原理Fig.22 Schematic diagram of display tube method

為探究顯像管法最佳檢測時間及顯像管中漿料與套筒缺陷關系。楊健等[27]通過多組顯像管法檢測套筒得到結論：顯像管法最佳檢測時間為注漿后10～15 min，當顯像管中充滿漿料或含有少量空氣時，可視為漿料已達到指定高度；當顯像管中漿料過少且含有大量空氣時，可視為漿料缺陷。

顯像管法檢測操作較簡單，檢測成本較低。由于在漿料未凝固時檢測，方便二次注漿，更有助于提升漿料整體性。但該方法試驗樣本容量少，檢測準確度還不能把握。

3 檢測方法匯總

X射線檢測技術設備體積過大，適合試驗室對樣品精確檢測。便攜式檢測方法在現(xiàn)場施作時對環(huán)境存在污染。預埋傳感器法中傳感器造價過高。超聲波檢測技術通常將發(fā)生器與接收器直接固定在套筒上并用導線連接，考慮到導線伸出不破壞外部混凝土，因此較適合檢測全灌漿套筒。壓電阻抗法及電阻法因導線問題適合檢測全灌漿套筒。沖擊回波法、直接沖擊振動法、內窺鏡法、預埋鋼絲法以及顯像管法對于檢測條件要求較低，可以適用于各種形式的灌漿套筒檢測，并且除沖擊回波法外的其他方法在施作過程中均需要對套筒開洞，在檢測完成后還可針對套筒缺陷部分二次補漿。每種檢測方法對應條件見表1。

表1 檢測方法匯總

4 新型無損電阻法的提出

通過總結上述十余種灌漿套筒漿料密實度檢測方法，可發(fā)現(xiàn)多數(shù)方法可用于檢測套筒端頭注漿能否達到指定高度，而對于影響更大的中部缺陷暫無有效檢測方法。目前，上海市已將灌漿套筒漿料密實度檢測納入T/CECS 683—2020《裝配式混凝土結構套筒灌漿質量檢測技術規(guī)程》。伴隨著國家政策導向，裝配式混凝土建筑在國內已呈現(xiàn)出快速發(fā)展趨勢，作為施工質量控制的關鍵環(huán)節(jié)，漿料密實度檢測被納入更多的地方規(guī)程及國家標準已經勢在必行。因此，尋找一種便捷、準確、無損的套筒漿料內部及端部密實度檢測方法是推動裝配式混凝土建筑高質量發(fā)展的有力保障。

4.1 新型無損電阻法原理

本文提出一種基于漿料中金屬離子具有導電性的新型無損電阻法，新型無損電阻法由漿料連接裝置和電阻測量裝置兩部分組成，其概念設計如圖23所示。漿料連接裝置由金屬探針、限位器、橡膠塞及導線構成，主要用于連接套筒中漿料與電阻表，電阻檢測裝置選用0.1 MΩ、500 V直流電阻測試儀。

由于可流動的自由離子在導體中通過的難易程度受導體的橫截面積及縱向長度影響。如式(1)所示，導體的電阻阻值與導體截面面積成反比，與導體縱向長度成正比。

(1)

式中：R為電阻阻值，Ω；p為電阻率，Ω·m；l阻為電阻長度，m；s為與電流垂直的橫截面積，m2。

圖23 新型無損電阻法概念Fig.23 Concept diagram of new lossless resistance method

漿料中含有大量的金屬離子，通電后離子從陽極向陰極流動，離子在漿料缺陷處受阻不能通過，只能被迫從非缺陷位置通過，進而形成電阻增大區(qū)域，離子流動示意如圖24所示。其缺陷位置和尺寸對電阻的影響，分別為漿料無缺陷：金屬離子可順利通過漿料，電阻表顯示漿料整體電阻阻值，漿料中不存在電阻增大區(qū)域；漿料端部存有缺陷：漿料與陰陽極無法形成閉合回路，金屬離子無法從陽極流向陰極，電路中電阻正無窮；漿料中部存有缺陷：漿料中部缺陷可分為漿料內部缺陷和漿料筒壁界面處缺陷，其共同點是漿料與陰陽極可形成閉合回路，漿料中存在電阻增大區(qū)域。此時電阻表顯示示數(shù)應比無缺陷時電阻表顯示示數(shù)大。

圖24 離子流動示意Fig.24 Ion flow diagram

4.2 新型無損電阻法標準區(qū)間確定

考慮施工現(xiàn)場存在影響灌漿缺陷因素，JGJ 398—2019《鋼筋連接用灌漿套筒》要求灌漿套筒錨固長度為8 d(d為鋼筋直徑)，該錨固長度為保證破壞不發(fā)生在連接區(qū)域的保守長度。按照規(guī)范的錨固長度，進行大量缺陷灌漿套筒抗拉強度試驗得到以下結論：套筒中單側存在30%錨固缺陷時，接頭缺陷對鋼筋破壞形式無明顯影響；缺陷50%時部分試驗鋼筋為拉斷破壞，部分鋼筋由拉斷破壞轉為拉出破壞，可將缺陷50%視為破壞形式轉變臨界值；缺陷70%時試驗試件鋼筋均為拉出破壞。

因此，同批次灌漿套筒施作前應選取部分套筒，并在單側漿料中設置30%、50%和70%的體積缺陷，之后測試注漿后電阻阻值，對數(shù)據(jù)進行處理后得到電阻標準區(qū)間。

現(xiàn)場操作時，將現(xiàn)場檢測結果與標準電阻區(qū)間對比定量分析套筒內缺陷類型，其檢測結果可分為5種情況：第1種，實測電阻值小于30%缺陷所測電阻時，認為該套筒漿料飽滿或存在不影響接頭強度的小型缺陷；第2種，實測電阻值處于30%～50%缺陷所測電阻區(qū)間，認為該套筒中存在不影響套筒強度的中型缺陷；第3種，實測電阻值處于50%～70%缺陷所測電阻區(qū)間，認為該套筒中存在影響套筒強度的大型缺陷；第4種，實測電阻值大于70%缺陷所測電阻時，認為該套筒注漿不合格；第5種，實測電阻值達電阻表最大示數(shù)，認為端部漿料未達到指定高度，出漿孔金屬探針未接觸漿料。

根據(jù)上述情況可以分為3種結果：第1種情況可認為灌漿合格，第2種、第3種、第5種情況可認為灌漿缺陷，第4種情況可認為灌漿不合格。灌漿合格的套筒將不做處理，存在灌漿缺陷的套筒應鉆開其出漿孔并做補漿處理，補漿后應再次檢測判斷是否灌漿合格，對于灌漿不合格的套筒，應檢查套筒和坐漿層是否漏漿，排除問題后重新灌注漿料。

4.3 新型無損電阻法關鍵技術

新型無損電阻法的裝置如圖25所示。本檢測方法將套筒中注漿、出漿孔用于電阻檢測，使用如圖26所示的三角限位器及快拆裝置優(yōu)化檢測效果及操作過程。其關鍵技術如下：

圖25 新型無損電阻法裝置Fig.25 Diagram of new lossless resistance method device

圖26 三角限位器及快拆裝置示意Fig.26 Schematic diagram of triangle limiter and quick disassembly device

第一，預埋探針橡膠塞的應用。為確保不損傷套筒，發(fā)揮套筒性能，解決傳統(tǒng)電阻法無法檢測套筒內部缺陷大小問題，將金屬導電探針安裝至注漿孔及出漿孔封堵橡膠塞中，直接對整體漿料電阻測定，根據(jù)電阻表示數(shù)確定缺陷形式(圖27)。其金屬探針長度d為：

d=d1+d壁+d孔+d2

(2)

圖27 注漿孔或出漿孔尺寸標注Fig.27 Dimension marking of grouting hole or outlet hole

(3)

(4)

式中：d1為探針伸入長度，mm；d內為鋼筋與筒內壁間距，mm；d2為探針外露長度，mm；d為金屬探針長度，mm；d孔為出漿孔或注漿孔徑向長度，mm；d壁為套筒壁厚，mm；d塞為橡膠塞厚度，mm；l為限位器徑向長度，mm；d夾為探針夾持長度，通常取10 mm。

第二，三角限位器的應用。為確定金屬探針徑向長度并限制法向位移，檢測裝置引入了三角限位器。限位器安裝在距離金屬探針尾端10 mm處。安裝后將限位釘釘入橡膠塞上。三角限位器和橡膠塞共同作用能夠保證金屬探針不與套筒及鋼筋接觸。

第三，快拆裝置的應用。為提高全面檢測灌漿套筒效率，引入快拆裝置?？觳鹧b置主要由金屬探針尾部導電圓片及電阻表金屬接觸夾組成。注漿完畢后應將金屬接觸夾分別夾持上下導電圓片，并快速記錄電阻值。取下金屬接觸夾夾持其他套筒金屬圓片，重復此過程可高效完成多組灌漿套筒電阻檢測。

使用新型無損電阻法對若干端部和中部缺陷的全灌漿套筒進行檢測，試驗表明該檢測方法能夠準確區(qū)分端部缺陷的灌漿套筒，補漿后檢測示數(shù)回歸正常區(qū)間；同時能夠較好區(qū)分中部缺陷套筒，其檢測精度與電阻表量程及靈敏度有關。因此新型無損電阻法能夠較好檢測多種灌漿套筒缺陷，且檢測準確度較高。檢測過程并未對套筒造成破壞，并且檢測后可快速對缺陷套筒補漿，使缺陷套筒強度進一步提升，因此該方法便捷、準確、無損的優(yōu)點較為明顯，可推廣至施工現(xiàn)場。

5 結論

1) 本文匯總了當前已研究的灌漿套筒檢測方法并針對其原理、適用范圍和優(yōu)缺點作出分析。在此基礎上本文基于流動漿料中自由離子在電極作用下可導電的特性，提出了一種新型無損電阻法。

2) X射線法對實驗室構件檢測效果顯著，顯像管法可適用于漿料流動時飽滿度檢測，內窺鏡法、預埋鋼絲法可適用于漿料凝固后飽滿度檢測。對于預埋傳感器法，可將傳感器連接更換為無線遙控，以減少套筒損傷重復使用。對于電阻法、預埋鋼絲法、壓電阻抗法和沖擊回波法等還需在實際工程中考查其實用性，通過大樣本容量確定檢測效果并提出改進措施。

3) 新型無損電阻法中以自由離子在電極作用下可導電為原理，以電阻阻值變化反應套筒中漿液缺陷，可適用于檢測多種缺陷形式，具有創(chuàng)新理論價值。應用了預埋探針橡膠塞和三角限位器以提升檢測精度，降低作業(yè)難度；應用快拆裝置以提升施工效率。經初步研究驗證本檢測方法具有較高準確度，且可根據(jù)檢測結果及時補漿、無損修復，具有較高的實際應用價值。可適用于全灌漿套筒和半灌漿套筒，針對端部、中部及側向缺陷形式均能夠有良好的檢測效果，具有較強的適用范圍。