內(nèi)窺鏡法在鋼筋套筒灌漿飽滿度檢測中的應(yīng)用研究

孫碩科，郝雨杭，付素娟，劉夢瑤

（1.河北省建筑科學(xué)研究院有限公司，河北 石家莊 050000；2.河北省綠色建筑產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 石家莊 050000；3.河北省既有建筑綜合改造技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050000）

0 引言

裝配式建筑具有建造速度快、綠色環(huán)保、節(jié)約勞動力的特點(diǎn)，符合國家供給側(cè)改革和建筑業(yè)改革的發(fā)展方向。近年來，國家也出臺了一系列發(fā)展裝配式建筑的政策，促進(jìn)裝配式建筑的發(fā)展，力爭 2026 年左右，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到 30 %，這也標(biāo)志著我國今后新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，以裝配式混凝土建筑為代表的工業(yè)化建筑將進(jìn)入快速、規(guī)模化發(fā)展階段［1］。

目前，套筒灌漿技術(shù)被廣泛應(yīng)用于裝配式建筑工程中，對建筑中的鋼筋連接有著重要的作用。鋼筋套筒灌漿技術(shù)的使用保證了建筑物鋼筋連接的穩(wěn)固性，通常情況下用于裝配式高層建筑工程項(xiàng)目中的預(yù)制構(gòu)件豎向連接，由拌合物硬化形成整體進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳力鋼筋的對接［2］。鋼筋套筒灌漿連接質(zhì)量主要取決于套筒內(nèi)部鋼筋錨固長度是否滿足規(guī)范要求，實(shí)際施工過程中，可能由于漏漿、堵塞等情況的發(fā)生，從而出現(xiàn)灌漿不飽滿的問題，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全［3］。

人們對于裝配式建筑的印象是由一塊塊的預(yù)制構(gòu)件拼接而成，其連接處是否安全可靠是人們所關(guān)心的重點(diǎn)問題。套筒內(nèi)部灌漿質(zhì)量的好壞直接決定了裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)安全性能的好壞［4，5］。

相比于其他鋼筋套筒灌漿檢測方法，內(nèi)窺鏡法用于檢測套筒灌漿飽滿度，由于操作簡單、攜帶方便、觀測結(jié)果直觀［6］，已在實(shí)際工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。目前，對于應(yīng)用內(nèi)窺鏡法檢測鋼筋套筒灌漿飽滿度誤差方面的研究較少，基于此，本文采用內(nèi)窺鏡法對鋼筋套筒灌漿進(jìn)行飽滿度檢測，并對將其應(yīng)用于檢測套筒灌漿飽滿度的誤差進(jìn)行分析。

1 工業(yè)內(nèi)窺鏡構(gòu)造原理

工業(yè)內(nèi)窺鏡是光、機(jī)、電一體的 NDT 儀器［7］，依據(jù)構(gòu)造原理的不同可分為硬性內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡和電子視頻內(nèi)窺鏡。

1.1 硬性內(nèi)窺鏡構(gòu)造原理

硬性內(nèi)窺鏡構(gòu)造組成如圖1 所示。它由導(dǎo)光束、目鏡、轉(zhuǎn)像透鏡、不銹鋼管和物鏡組成。導(dǎo)光纖維的作用是提供傳光照明，提高呈現(xiàn)圖像亮度；轉(zhuǎn)向透鏡的作用是應(yīng)用光學(xué)技術(shù)傳輸圖像。在不銹鋼管與轉(zhuǎn)像透鏡重疊部分設(shè)置了若干光學(xué)元件，共同構(gòu)成了內(nèi)窺鏡的轉(zhuǎn)像透鏡系統(tǒng)，內(nèi)置的光纖可以將冷光源直接傳輸至工作位置。

圖1 硬性內(nèi)窺鏡構(gòu)造

通常硬性內(nèi)窺鏡的直徑為 1～20 mm，其長度為 50 ～1 000 mm，在儀器內(nèi)部檢查方面應(yīng)用較為廣泛，可用于航天機(jī)體架構(gòu)、渦輪葉片、燃燒室的檢查等，也可應(yīng)用于制造行業(yè)的 NDT 工作。

1.2 纖維內(nèi)窺鏡構(gòu)造原理

纖維內(nèi)窺鏡的構(gòu)造組成如圖2 所示。它是由先端部、彎曲部、導(dǎo)向束、操作部、目鏡以及柔軟部導(dǎo)光束等組成。目鏡可直接觀測到通過傳像纖維傳輸?shù)膱D像，纖維內(nèi)窺鏡中纖維束、調(diào)校前端擺頭角度及光纖中的鋼絲均需要全部內(nèi)置，通常會配置專用冷光源進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。

圖2 纖維內(nèi)窺鏡構(gòu)造

纖維內(nèi)窺鏡的物鏡可通過彎曲部進(jìn)行彎曲，即可以改變觀測物鏡的運(yùn)行軌跡，而硬性內(nèi)窺鏡由于主體結(jié)構(gòu)為不銹鋼管，不能改變視線方向。

傳像纖維束是由數(shù)萬根玻璃纖維單絲集成于一體的單根傳像束，直徑相同的條件下，一根傳像束中所包含的單絲越多，所傳輸?shù)漠嬞|(zhì)就會越清楚。纖維內(nèi)窺鏡在使用時，不能硬折，否則可能會損壞傳像纖維束，縮短其使用壽命。

1.3 電子視頻內(nèi)窺鏡構(gòu)造原理

電子視頻內(nèi)窺鏡的內(nèi)部構(gòu)造如圖3 所示。

圖3 電子視頻內(nèi)窺鏡構(gòu)造

電子視頻內(nèi)窺鏡由先端部、CCD 靶面、光導(dǎo)管、柔軟部、控制部、連接器及監(jiān)測器等組成。CCD 靶面可以接受來自物鏡的成像信息，并將圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂平M可識別的電子信號，控制組在接受到電子信號后將圖像傳送至顯示器上進(jìn)行顯示。

通常電子視頻內(nèi)窺鏡的直徑為 6～20 mm，長度為 2～100 m。

2 試驗(yàn)概況

2.1 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共制作了 16 個直徑及灌漿飽滿度不同的鋼筋套筒，套筒中鋼筋居中布置，本次試驗(yàn)針對灌漿飽滿度為 50 %、60 %、70 % 和 80 %的鋼筋套筒進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢測；試件示意圖如圖4 所示。

圖4 試件示意圖

試件的基本信息如表1 所示。

表1 試件列表

2.2 試件的制作

制作試件時，為了更加貼近實(shí)際工程，本次試驗(yàn)所涉及到的灌漿飽滿度指的是鋼筋套筒灌漿腔總長度的百分比，例如 50 % 的飽滿度，灌漿的高度為鋼筋套筒灌漿腔的長度 50 %。為了保證試件灌漿后不發(fā)生擾動，制作木架放置套筒，使之灌漿后保持豎直靜置狀態(tài)，養(yǎng)護(hù) 28 d 后進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢測。澆筑完成后的試件如圖5 所示。

圖5 試驗(yàn)試件照片

2.3 試驗(yàn)裝置及測試方法

2.3.1 試驗(yàn)裝置

本次檢測采用工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡，試驗(yàn)設(shè)備如圖6 所示，該內(nèi)窺鏡具有視頻拍攝保留和比較測量的功能，可以滿足灌漿套筒飽滿度檢測的要求。

圖6 檢測用內(nèi)窺鏡

2.3.2 測試方法

實(shí)際檢測過程如圖7 所示。需要結(jié)合鉆孔方法進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢測。本試驗(yàn)為方便檢測，沒有將養(yǎng)護(hù)好的灌漿套筒試件預(yù)埋至預(yù)制構(gòu)件中，因此，可直接從套筒出漿口進(jìn)行檢測，檢測過程中，保持灌漿套筒豎直放置。

圖7 現(xiàn)場檢測照片

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

采用內(nèi)窺鏡方法對不同灌漿缺陷的套筒試件進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果以圖像方式進(jìn)行呈現(xiàn)，結(jié)果較為直觀。

3.1 不同直徑灌漿套筒檢測結(jié)果

由于試件數(shù)量較多，為了更具針對性地說明內(nèi)窺鏡法的檢測結(jié)果，本文挑選套筒型號為 JM-GT16、JMGT20 和 JM-GT25、灌漿飽滿度為 50 % 和 80 % 的試件進(jìn)行說明，檢測結(jié)果如表2 所示。

表2 不同直徑灌漿套筒內(nèi)窺鏡檢測結(jié)果

從表2 中檢測結(jié)果可以看出，內(nèi)窺鏡檢測的結(jié)果可以直觀反映套筒內(nèi)部灌漿情況。當(dāng)套筒內(nèi)部灌漿飽滿度為 50 % 時，不同直徑下的檢測照片均可反映灌漿較少，不飽滿；當(dāng)套筒內(nèi)部灌漿飽滿度為 80 % 時，由于探頭距離灌漿料頂面較近，視距不足，對應(yīng)的檢測結(jié)果照片判斷灌漿缺陷不是十分理想，此時可以借助內(nèi)窺鏡的測距功能進(jìn)行輔助判斷。

3.2 內(nèi)窺鏡檢測飽滿度的誤差分析

內(nèi)窺鏡檢測方法需要對灌漿套筒進(jìn)行鉆孔測量，內(nèi)窺鏡測距結(jié)果與實(shí)際值存在誤差，表3 統(tǒng)計(jì)了灌漿飽滿度為 50 %、60 %、70 % 和 80 % 的各個試件理論灌漿長度和實(shí)際檢測的灌漿長度，并計(jì)算各個試件灌漿檢測的誤差。

表3 內(nèi)窺鏡檢測誤差表

從表3 中可以看出，通過內(nèi)窺鏡法檢測的灌漿長度與理論灌漿長度相差較小，最大誤差為 12.27 %，考慮到出漿孔鉆孔位置的偏差以及實(shí)際灌漿缺陷，可以認(rèn)為內(nèi)窺鏡法檢測結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。同時也應(yīng)該注意到，當(dāng)灌漿液面不低于出漿口下端面時，由于灌漿缺陷較小，采用內(nèi)窺鏡法檢測不到，因此，該檢測方法理論上具有一定的局限性。而在實(shí)際工程項(xiàng)目中，超過 90 % 的飽滿度的灌漿套筒對于鋼筋的錨固力已足夠，并具有一定的安全度儲備，因此該方法可以應(yīng)用到實(shí)際工程檢測中去。

4 結(jié)語

通過基于內(nèi)窺鏡法所測得套筒灌漿飽滿度的試驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

1）當(dāng)套筒內(nèi)部灌漿飽滿度為 80 % 時，由于探頭距離灌漿料頂面較近，視距不足，對應(yīng)的檢測結(jié)果照片判斷灌漿缺陷不是十分理想。

2）內(nèi)窺鏡法對套筒灌漿缺陷進(jìn)行定量檢測，檢測灌漿長度結(jié)果的誤差范圍大部分集中在 6 % 以內(nèi)，個別誤差 12.27 %，考慮到出漿孔鉆孔位置的偏差以及實(shí)際灌漿缺陷，內(nèi)窺鏡法定量檢測結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性。

3）內(nèi)窺鏡檢測可以結(jié)合鉆孔方法對裝配式混凝土建筑節(jié)點(diǎn)套筒灌漿缺陷進(jìn)行檢測，該法可適用于施工、驗(yàn)收階段以及使用階段。Q