裝配式建筑套筒灌漿飽滿(mǎn)度和密實(shí)度檢測(cè)方法研究

摘 要：目前裝配式建筑的技術(shù)難點(diǎn)是利用套筒灌漿連接構(gòu)件。因此本文針對(duì)套筒灌漿密實(shí)度進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，基于阻尼振動(dòng)的方法，提出了一種基于密實(shí)度指數(shù)的灌漿質(zhì)量評(píng)價(jià)方法。在阻尼振動(dòng)檢測(cè)方法中，振動(dòng)波形通過(guò)套筒灌漿會(huì)出現(xiàn)衰減，不同介質(zhì)的衰減程度不同，由此可以檢測(cè)灌漿質(zhì)量問(wèn)題。由于所在區(qū)間的不同，因此密實(shí)度指數(shù)可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)套筒灌漿的密實(shí)度，若大于0.5，則表現(xiàn)均勻密實(shí)。在測(cè)試試驗(yàn)中，本文采用14點(diǎn)位綜合測(cè)量的方法，對(duì)5個(gè)工程的灌漿套筒進(jìn)行檢測(cè)，證實(shí)了本文所提出的檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)方法的有效性。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；套筒；灌漿；飽滿(mǎn)度；密實(shí)度

中圖分類(lèi)號(hào)：TU 75" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在城鎮(zhèn)化建設(shè)的過(guò)程中，民用住宅需求持續(xù)增加，這為建筑行業(yè)提供了一個(gè)非常好的發(fā)展契機(jī)。在這樣的情況下，各種新的技術(shù)開(kāi)始涌現(xiàn)，更具實(shí)用性和穩(wěn)定性的方法逐漸成熟，并獲得廣泛應(yīng)用[1]。在民用住宅施工的過(guò)程中，裝配式建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為一種很常用的方式。這種方法不僅施工質(zhì)量好，而且施工效率也比較高，可以在保證質(zhì)量的前提下加快施工進(jìn)度。在裝配式建筑施工的過(guò)程中，套筒灌漿技術(shù)是影響建筑質(zhì)量的最重要因素之一[2]。在裝配式建筑的構(gòu)件連接處，一般以套筒為連接件，內(nèi)部為鋼筋，在套筒和鋼筋之間灌入高強(qiáng)度砂漿，從而對(duì)構(gòu)件間進(jìn)行連接。在這種處理方式下，裝配式建筑連接處的強(qiáng)度取決于套筒和高強(qiáng)度砂漿之間的連接強(qiáng)度、高強(qiáng)度砂漿和鋼筋之間的連接強(qiáng)度[3]。由此可見(jiàn)，如果套筒內(nèi)高強(qiáng)度砂漿灌注飽滿(mǎn)并且密實(shí)，就可以獲得更好的連接強(qiáng)度，從而保障裝配式建筑整體的安全性。因此，在這種情況下，對(duì)套筒灌漿后的飽滿(mǎn)度和密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，就成為判定灌漿質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)的重要依據(jù)。本文主要采用不破壞建筑外觀的無(wú)損檢測(cè)方法進(jìn)行研究工作。

1 基于阻尼振動(dòng)的無(wú)損檢測(cè)方法

在裝配式建筑的構(gòu)件連接過(guò)程中，套筒灌漿后，內(nèi)部質(zhì)量形成一個(gè)隱蔽的工程。因?yàn)樘淄矠榻饘?、灌漿為非金屬、鋼筋為金屬，所以灌漿后就形成了多層的金屬和非金屬交錯(cuò)的一種結(jié)構(gòu)形態(tài)。而從實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，套筒內(nèi)砂漿的厚度并不大，受內(nèi)部鋼筋所占體積制約，砂漿層厚度僅為5mm～6mm。

比較薄的砂漿層一旦出現(xiàn)灌注不均的情況，就會(huì)大大降低套筒連接的強(qiáng)度，導(dǎo)致極大的安全隱患。如果采用鉆孔法進(jìn)行灌漿質(zhì)量檢測(cè)，就會(huì)破壞建筑結(jié)構(gòu)。因此，建立套筒灌漿質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方法勢(shì)在必行。

本文采用基于阻尼振動(dòng)的方法對(duì)灌漿飽滿(mǎn)度和密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，以明確套筒內(nèi)的灌漿質(zhì)量?jī)?yōu)劣。振動(dòng)波形產(chǎn)生后，在介質(zhì)傳播過(guò)程中，會(huì)逐漸衰減和削弱。但是，不同介質(zhì)對(duì)振動(dòng)波形的衰減能力是不同的。如果灌漿足夠飽滿(mǎn)和密實(shí)，那么振動(dòng)波形主要受到砂漿介質(zhì)的衰減作用影響。如果灌漿不夠飽滿(mǎn)和密實(shí)，就會(huì)有空氣夾雜于其中，振動(dòng)波形會(huì)同時(shí)受到砂漿和空氣或者是只受到空氣介質(zhì)的衰減影響。

阻尼振動(dòng)是指振動(dòng)波形在介質(zhì)傳輸?shù)倪^(guò)程中，會(huì)受到介質(zhì)所帶來(lái)的阻尼效應(yīng)而逐漸衰減。在衰減的過(guò)程中，振動(dòng)波形的幅度會(huì)逐漸變小。介質(zhì)給振動(dòng)波形施加的摩擦阻力的計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

fr=-γv " " " " " " " " " " " " " " " "（1）

式中：fr為振動(dòng)波形在介質(zhì)中傳播時(shí)受到的摩擦阻力；γ為介質(zhì)施加給振動(dòng)波形的阻力系數(shù)；v為振動(dòng)波形在某一種介質(zhì)中傳播的速度。

根據(jù)牛頓第二定律，可以將振動(dòng)波形傳遞的過(guò)程描述為一個(gè)二階常值系數(shù)方程，計(jì)算過(guò)程如公式（2）所示。

（2）

式中：x為振動(dòng)波形的幅度，也稱(chēng)位移參量；t為振動(dòng)波形傳遞的時(shí)間；β為介質(zhì)的阻尼系數(shù)，因介質(zhì)不同而不同；ω0為振動(dòng)波形的固有角頻率。

阻尼系數(shù)的計(jì)算方法如公式（3）所示。

（3）

式中：β為介質(zhì)的阻尼系數(shù)；γ為介質(zhì)施加給振動(dòng)波形的阻力系數(shù)；m為介質(zhì)質(zhì)量。

固有角頻率的計(jì)算方法如公式（4）所示。

（4）

式中：ω0為振動(dòng)波形的固有角頻率；k為介質(zhì)給振動(dòng)波形提供的彈性模量；m為介質(zhì)質(zhì)量。

振動(dòng)波形及其在介質(zhì)中的衰減狀態(tài)，如圖1所示。

套筒、砂漿、鋼筋形成連接形態(tài)后，如圖2所示。

圖2中，振動(dòng)波形通過(guò)套筒灌漿連接件后，就會(huì)逐步衰減，通過(guò)這個(gè)衰減程度就可以判斷內(nèi)部砂漿的介質(zhì)均勻性。

2 灌漿飽滿(mǎn)度和密實(shí)度的質(zhì)量評(píng)價(jià)

利用阻尼振動(dòng)法對(duì)套筒灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，要根據(jù)特定的評(píng)價(jià)參數(shù)來(lái)判斷灌漿質(zhì)量。這時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)灌漿密實(shí)、不密實(shí)和沒(méi)有灌漿等情況，如圖3所示。

對(duì)套筒內(nèi)灌漿的飽滿(mǎn)度和密實(shí)度來(lái)說(shuō)，領(lǐng)域內(nèi)有最具針對(duì)性的密實(shí)度指數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)如公式（5）所示。

β=1-Sv-Sp " " " " " " " " " " " " " " " （5）

式中：β為灌漿密實(shí)度；Sv為振動(dòng)波形被板底反射后速度受到的影響；Sp為振動(dòng)波形被界面反射后速度受到的影響。

灌漿密實(shí)度指數(shù)表示了密實(shí)度的程度。當(dāng)灌漿密實(shí)度指數(shù)大于0.5，小于1.0時(shí)，表明灌漿密實(shí)。當(dāng)灌漿密實(shí)度指數(shù)位于大于0，小于0.5時(shí)，表明灌漿不密實(shí)，這時(shí)可能存在小規(guī)模的空洞甚至是半空。當(dāng)灌漿密實(shí)度指數(shù)小于0時(shí)，表明灌漿有大規(guī)模的空洞甚至是全空。

速度受到的影響的計(jì)算過(guò)程如公式（6）所示。

（6）

式中：Vsd為灌漿密實(shí)區(qū)域?qū)τ谡駝?dòng)波形的反射波速；Vr為測(cè)試點(diǎn)位對(duì)于振動(dòng)波形的反射波速；ηv為兩種反射波速的比值。

在實(shí)際工作狀態(tài)下，Vr受到的影響是多方面的，不僅是灌注的砂漿，鋼筋混凝土的材質(zhì)、套筒的壁厚、鋼筋的埋藏深度、振動(dòng)波形的波長(zhǎng)、灌注砂漿可能存在的缺陷，也都會(huì)對(duì)Vr產(chǎn)生影響。因此，僅利用Vr進(jìn)行判斷可能不夠準(zhǔn)確。可以利用Si反映套筒的厚度對(duì)測(cè)速點(diǎn)間距等變化的影響，如公式（7）所示。

（7）

式中：Vi為在第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)位測(cè)得的振動(dòng)波形波速，Vi+1為在第i+1個(gè)測(cè)量點(diǎn)位測(cè)得的振動(dòng)波形波速，?s為第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)位和第i+1個(gè)測(cè)量點(diǎn)位之間的距離，H為第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)位和第i+1個(gè)測(cè)量點(diǎn)位之間的間板厚度。

3 裝配式建筑套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)試驗(yàn)

利用基于阻尼振動(dòng)的污損檢測(cè)方法和灌漿質(zhì)量評(píng)價(jià)方法對(duì)裝配式建筑套筒灌漿的密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。

本文采用的是多工程多測(cè)量點(diǎn)位的檢測(cè)方法。選擇5個(gè)裝配式建筑工程，分別是A號(hào)工程、B號(hào)工程、C號(hào)工程、D號(hào)工程、E號(hào)工程，在每個(gè)工程中選擇了14個(gè)測(cè)量點(diǎn)位，如圖4所示。

按照本文提出的灌漿密實(shí)度指數(shù)，可以對(duì)套筒灌漿飽滿(mǎn)度和密實(shí)度進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)，因?yàn)楸疚牟贾昧硕鄠€(gè)測(cè)量點(diǎn)，所以此處再構(gòu)建一個(gè)多測(cè)量點(diǎn)位平均密實(shí)度指數(shù)，結(jié)果如公式（8）所示。

（8）

式中：D為多測(cè)量點(diǎn)位平均密實(shí)度指數(shù)；N為灌漿密實(shí)度測(cè)量的點(diǎn)位總數(shù)；Bi為第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)位上得到的灌漿密實(shí)度指數(shù)。

為了方便量化評(píng)價(jià)結(jié)果，因此給Bi一個(gè)更清晰的賦值，具體操作方法如公式（9）所示。

（9）

式中：當(dāng)βi大于0.5小于1.0時(shí)，表明灌漿密實(shí)；當(dāng)βi大于0小于0.5時(shí)，說(shuō)明灌漿不密實(shí)，這時(shí)可能有小規(guī)?？斩瓷踔潦前肟涨闆r；當(dāng)βi小于0時(shí)，說(shuō)明灌漿有大規(guī)模的空洞甚至是全空。

按照上述方法，對(duì)圖4中5個(gè)工程的套筒灌漿密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，得到的結(jié)果見(jiàn)表1。

在表1中，第一列表示14個(gè)測(cè)量點(diǎn)位和各點(diǎn)位匯總后的總密實(shí)度，第二列為A號(hào)工程、第三列標(biāo)為B號(hào)工程、第四列為C號(hào)工程、第五列為D號(hào)工程、第六列為E號(hào)工程。

5個(gè)工程的多點(diǎn)位測(cè)量匯總結(jié)果，如圖5所示。

從匯總結(jié)果可以看出，B號(hào)工程14個(gè)點(diǎn)位的套筒的灌漿密實(shí)度最好，為0.945。其次是C號(hào)工程14個(gè)點(diǎn)位的套筒灌漿密實(shí)度，為0.933。排在第三位的是D號(hào)工程14個(gè)點(diǎn)位的套筒密實(shí)度，為0.921。第四位的是A號(hào)工程14個(gè)點(diǎn)位的套筒灌漿密實(shí)度，為0.884。灌漿密實(shí)度最差的是E號(hào)工程14個(gè)點(diǎn)位的套筒密實(shí)度，為0.748。根據(jù)這一組測(cè)量結(jié)果可以看出：本次灌漿的總體質(zhì)量很好，只有E號(hào)工程應(yīng)該采取進(jìn)一步的處理措施以提高其密實(shí)度質(zhì)量。

4 結(jié)論

裝配式建筑已經(jīng)成為我國(guó)城市民用建筑的重要形式，該建筑極大地提高了城市建設(shè)的施工質(zhì)量和施工效率。在裝配式建筑的實(shí)踐過(guò)程中，完成裝配件連接是最關(guān)鍵的工藝。套筒連接是最常見(jiàn)的裝配式連接方式。因?yàn)樘淄矠榻饘?、灌漿為非金屬、鋼筋為金屬，所以灌漿后就形成了多層金屬和非金屬交錯(cuò)的一種結(jié)構(gòu)形態(tài)。為了檢驗(yàn)套筒連接后內(nèi)部灌漿的密實(shí)度，本文構(gòu)建了阻尼振動(dòng)模型。利用這種模型可以準(zhǔn)確分析套筒內(nèi)灌漿的密實(shí)程度。結(jié)果表明，對(duì)不同位置的套筒連接進(jìn)行密實(shí)度檢驗(yàn)，阻尼振動(dòng)模型都能有效地檢測(cè)密實(shí)度。

參考文獻(xiàn)

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