近年来, 我国建筑工业化得到大力推进与发展, 从中央到地方各级政府密集出台了大量鼓励、引导和推广装配式建筑发展的政策和具体措施, 其中装配式混凝土结构是主要的一种实现形式。为实现“等同现浇”的设计要求, 装配式混凝土结构各构件间的钢筋连接可靠性决定着建筑结构整体的稳定性和安全性, 目前国内外多采用钢筋套筒灌浆连接技术进行受力筋连接。如果套筒灌浆不满则会大大削弱受力筋间的有效连接, 造成安全隐患。然而钢筋灌浆套筒连接节点内部结构复杂, 灌浆缺陷检测问题一直无法得到有效解决, 现有的超声波探伤法、红外线缺陷检测法、电磁波法、雷达法、冲击回波法等均无法对其内部是否存在缺陷作出准确判断。

X射线检测技术是一种非常成熟的检测方法, 在钢铸件及钢结构焊缝的质量缺陷检测中应用广泛。将X射线检测技术应用于灌浆套筒密实度的检测并进行研究, 以期为装配式混凝土结构节点的缺陷检测提供参考。

X射线是一种电磁波, 可穿过可见光不能穿过的物体。当射线穿过被检测物体时, 由于缺陷对X射线的吸收量 (X光在缺陷处的衰减系数与没有缺陷处不同) 与不存在缺陷处物质对X射线的吸收量存在差异 (物体密度越大穿透的射线越少) , 从而造成投射量不同, 在感光屏上显现出不同黑度的图像, 射线透射越少底片成像越亮, 透射越多底片成像越黑, 成像原理如图1所示。

目前国内便携式X射线设备按辐射方向分为定向与周向辐射2种, 试验中所用设备为定向辐射型, 国内便携式X射线设备可穿透约65mm厚钢板。试验中由于射线穿过的路径为混凝土、套筒、钢筋、灌浆料所组成的复杂路径, 混凝土和灌浆料的密度比钢铁小得多, 所以射线穿透厚度会适当增加。

由于便携式X射线设备所发出的射线强度最高为300kev, 射穿埋置套筒的混凝土厚度有限。试验中共设计3组试件:第1组试件包括BG1～BG13共13个试件, 试件厚度从120mm开始以10mm为一个阶梯, 逐级递增至240mm, 每个试件内部居中放置单个灌浆套筒, 灌浆饱和度为30%～50%, 主要用于测试便携式X射线可透射的厚度值;第2组试件仅含有BG14, 厚度为300mm, 套筒双排放置, 灌浆饱和度为30%～50%, 主要用于检验便携式X射线是否可穿透300mm厚混凝土墙体以及内部灌浆套筒连接节点;第3类试件仅含有BG15, BG16, 灌浆饱和度为30%左右, 套筒并非居中放置, 主要用于在便携式X射线无法穿透300mm厚连接节点时, 采用微破损的方法对套筒灌浆密实度进行检测及用于模拟射线斜射下对套筒的检测。试验中所用套筒均为内径35mm、外径43mm;所用钢筋均为HRB400级螺纹钢, 公称直径为16mm。所有试件高度均为360mm, 采用C30商品混凝土制作, 所用套筒性能满足JG/T398—2012《钢筋连接用灌浆套筒》, 试件设计如图2所示。

3.1 直接检测法

无损照射用于总厚度≤240mm且单排放置灌浆套筒的连接节点和总厚度为300mm的套筒连接节点, 由于试验中灌浆套筒饱和度仅有30%～50%, 所以照射范围主要集中在试件下部。对试件进行截断处理后对下半部分进行照射试验。采用相对透照的方式, 并对厚度为300mm的试件延长曝光时间 (见表1) 。表1中BG15与BG16为斜向透射, 与BG1～BG14 (垂直透射) 方式不同。采用对射线敏感度较高的粗颗粒底片及铅质增感屏。照射示意如图3所示, 检测结果如图4所示。

由试验结果可知:①对于总厚度≤230mm的灌浆套筒连接节点, 便携式X射线检测设备可以满足检测精度要求;②混凝土厚度越小成像效果越佳, 当厚度接近230mm时成像已趋于模糊;③厚度达到240mm时, 图像清晰度无法满足要求;④当透照厚度达到300mm时, 虽将射线能提高到300kev且延长了曝光时间, 仍无法在底片上得到清晰有效的图像。

3.2 微损检测法

3.1节试验结果表明, 当试件厚度增加到230mm时, 便携式X射线检测设备成像已非常模糊, 300mm厚度无法在底片上得到清晰有效的图像, 对于双排放置灌浆套筒的节点, 即使射线可有效成像但仍难以区分是哪个套筒灌浆不饱满。为解决以上问题, 提出运用便携式X射线设备的微破损检测方法, 通过在套筒后方开凿缝隙后放入成像底片以减少射线透射距离的方法检测套筒灌浆的密实度, 如图5所示。透射路径示意如图6所示, 透射路径c与入射角度α均取决于套筒中心到成像底片的距离a和套筒中心到构件表面的距离b 2个变量, 已知a和b, 可计算投射路径c的最小值。不同情况下, 最小透射路径c及入射角α计算结果如表2所示。

试件BG15依据a=30mm, b=60mm设计, 试件BG16依据a=40mm, b=100mm设计, 依据计算的最小透射路径c及入射角α进行斜向照射, 检测装置如图7所示。

测试结果如图8所示, 由检测结果可知, 对构件厚度较大或双排布置钢筋接头时, 微破损方法可满足检测精度要求。BG16的套筒埋置深度为100mm, 由于透照路径变大, 成像已模糊, 但仍能满足检测需求。

1) 运用便携式X射线设备, 对于厚度≤230mm的混凝土构件, 且单排设置钢筋套筒灌浆接头时, 可以对钢筋套筒灌浆连接的灌浆密实度进行有效检测, 并准确区别密实区和非密实区;对于双排放置套筒的连接节点或>230mm厚度的单排放置套筒连接节点, 无法进行有效检测。

2) 采用微破损方法后, 便携式X射线设备可以很好地解决双排放置套筒连接节点的灌浆密实度检测问题。但套筒埋置深度>100mm时, 由于透照路径变大, 检测难度也比较大。