近年来, 党中央、国务院高度重视装配式建筑的发展, 中共城市工作会议以来, 我国装配式建筑进入全面发展期。2016年9月27日, 国务院办公厅印发了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》, 明确了指导思想、基本原则、发展目标、重点任务和保障措施。相应的, 各地也相继出台加大装配式建筑发展的指导意见和相关配套措施, 政策红利不断释放。

随着顶层制度设计的初步形成, 各地的装配式建筑蓬勃发展, 但也应清楚看到, 现阶段装配式建筑仍存在许多问题。钢筋套筒灌浆连接作为装配式混凝土结构构件的主要连接方式, 其工作原理是基于套筒内灌浆料的较高抗压强度以及微膨胀特性, 当受到套筒约束作用时, 灌浆料和套筒间产生较大正应力, 钢筋借此正应力产生摩擦力, 以此传递钢筋轴向应力。因此当灌浆料存在不密实情况, 钢筋轴向力传递将收到影响, 进而极大影响到结构的安全性。但在实际工程中, 钢筋套筒灌浆作为一项隐蔽工程, 其密实度常存在不饱满的问题。如何保证钢筋套筒连接的灌浆密实度是装配式混凝土结构施工质量控制的关键问题之一, 对确保装配式混凝土结构连接质量和提升结构安全性能, 具有重要作用, 同时也是装配式混凝土结构构件的批量化生产和装配化施工的前提。目前, 国内外缺乏针对装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆连接接头灌浆料密实度无损检测的实用技术方法。对包括超声波、红外成像、探地雷达等多种在工程界应用的无损检测方法进行深入研究以期实现钢筋套筒灌浆密实度的高质量检测^[1]。

放射线 (X光、伽马射线、中子、铱192等) 具有较强的穿透性和直线性, 可根据其在传播过程中的衰减、吸收和再生散射定律, 将受到不同程度吸收的射线投射到X射线胶片上, 经显影后获得与材料结构或缺陷相对应的不同图像, 借以确定缺陷的种类、大小、数量和分布情况, 从而判定缺陷的危害性和质量等级。由于放射线检测技术具有图像化的显示效果和检测高精度等优点, 在混凝土缺陷检测领域很早就被尝试应用。

目前, 大功率X射线技术在实验室内可以对各种布置形式的钢筋套筒实现无损检测。但由于检测设备过于庞大, 且放射性非常高, 对人体危害极大, 现阶段无法实现工程现场的检测^[2]。而小功率的便携式X射线机虽然具备质量较小、放射性小、可应用于现场等优点, 但受制于设备管电压、管电流及曝光时间等因素, 对套筒居中或梅花形布置的200mm厚预制剪力墙套筒能够看到套筒外形、钢筋形态、接头部位及灌浆密实与非密实区;但对双排对称布置套筒、内叶墙布置的预制夹心保温剪力墙套筒则不能有效成像。大规模地在现场推广还需解决设备放射性、设备受管电压、管电流等因素的影响程度等^[3]。

超声波检测技术是目前最常用的混凝土缺陷无损检测技术, 目前超声波法已广泛应用于混凝土结构无损检测, CECS21:2000标准中记录了超声法检测混凝土缺陷的检测程序和测试判定办法。采用对测的方法, 将发射与接收2个探头分别置于试件的2个相对面, 利用超声脉冲波在混凝土中传播的声时 (或声速) 、波幅和频率等声学参数的相对变化来分析判断缺陷情况。

在钢筋连接套筒检测中, 当超声波通过灌浆料具有脱空缺陷的钢筋套筒时, 超声波会沿钢筋套筒外壁传播;当超声波通过灌浆料密实的钢筋套筒, 其传播路径为套筒内部径向传播。因此通过超声波在钢筋套筒内的传播声时可对钢筋套筒内灌浆料的密实度进行检测。利用超声波法, 可以在装配式节点处浇筑混凝土之前, 对与横向钢筋连接的钢筋套筒灌浆料的密实度进行检测。通过测得的超声波声速并借助于幅值, 可以判断预埋在混凝土中与竖向钢筋连接的钢筋套筒密实性^[4]。

由于该方法需要从试件的2个相对面对测, 对发射和接收探头的相对位置及接触面的要求严格, 测试费时, 且不适用于接收探头难以进入的构件, 还受到传感器耦合状态、混凝土含水量和铁皮波纹管及钢筋等因素的干扰影响, 使得该方法检测效率显著降低、作业性差, 难以实用。

近年来, 国内外关于超声波检测技术的研究主要体现在两方面:一方面是关于接收波的频谱分析, 即建立频谱与缺陷的关系;另一方面是关于检取接收波形中相频与幅频的突变点, 分析发射振源所产生的一次波与在一次振源作用下在缺陷界面所产生的二次振源所产生的二次波对一次波的干扰作用。

冲击回波法是采用相比超声波具有更大能量、穿透力更强、卓越频率分布更广、更适合频谱分析的冲击波进行检测。在《混凝土结构现场检测技术标准》GB/T 50784-2013中是作为混凝土构件内部缺陷的一种检测办法, 当注浆存在缺陷时, 激振的弹性波在缺陷处会产生提前反射, 同时弹性波绕过缺陷反射回来也会产生滞后反射, 弹性波的滞后反射所用时间比注浆密实处长^[5]。接收器接收到反射的冲击回波后, 利用频谱分析技术将时域数据转化为频域数据, 然后确定回波的频率峰值^[6]。

冲击回波检测技术主要是检测混凝土内部缺陷、厚度, 可克服其他检测技术的所有缺陷, 既可测试混凝土缺陷, 又可测试混凝土厚度, 且信号直观、快速和准确。其最大的特点在于既可以快速定性测试, 也能够实现缺陷定位, 从而达到了测试效率和精度的最优化, 具有其他各种方法无法代替的显著优势。此外, 冲击回波方法是一种单面检测方法, 使用十分便捷, 在混凝土结构物厚度、结构物内部缺陷的检测方面被广泛应用。

现阶段在实验室内, 冲击回波法能对单排钢筋套筒灌浆密实度进行定性判断, 尽管在检测精度上仍然存在误差;对于双排布置的钢筋套筒, 检测结果难以定性判断钢筋套筒灌浆的密实区与非密实区。实现现场检测还需在测试方式、分析方法等方面开展进一步研究以提高精度和可靠性, 后续检测技术体系完善关键技术包括:

(1) 装配式混凝土结构钢筋套筒灌浆连接的套筒材质为铸铁 (或合金钢) , 会出现套筒的反射与缺陷的反射相互抵消的现象, 从而影响到判别效果。因此, 需对现有冲击回波法的检测原理进行改进和完善, 以保证缺陷判别正确率。

(2) 装配式混凝土结构钢筋套筒连接一般为多排套筒, 需提出多排灌浆孔道密实度的检测方法及步骤。

(3) 拟定装配式混凝土结构钢筋套筒连接灌浆料密实度质量评价标准, 并提出相应灌浆密实度缺陷的处理措施。

探地雷达技术是一种用于对介质 (如混凝土) 本身及其内部物体 (如管道, 钢筋, 孔洞) 进行探测的无损检测技术。探地雷达主要是利用不同介质在电磁属性上的差异会造成雷达反射回波在波幅及波形上有相应的变化这一原理, 由雷达的发射天线向被探测介质的内部发射高频脉冲电磁波, 在电磁属性有变化的地方就会使部分雷达波被反射回来, 还有一部分则发生散射, 剩下的向内透射后继续传播。反射回波 (对于用反射法、CMP法或WARR法探测时) 或透射波 (对于用透射法探测时) 由接收天线接收, 接收到的雷达信号经计算机和雷达专用软件处理后形成雷达图像, 据此就可对介质及其内部结构 (如介质厚度、分界面、内部埋藏物或缺陷的埋藏深度、大小、形状、走向等) 进行描述, 从而达到对目标体探测的目的。在灌浆检测过程中, 将雷达天线沿管道轴线移动并发射电磁波脉冲, 通过接受电磁波的反射信号来测定管道内部的状况。探地雷达法可以在一个表面上测试, 较双面测试方法而言测试速度有较大的提高。与其他常规无损检测技术 (超声波) 相比, 探地雷达法具有穿透力强、检测内容全面 (裂缝、分层、脱粘等缺陷) , 属于非接触性检测, 对检测面状况要求不严, 即可检测表面状况较复杂的构件等特点。

未来, 探地雷达仍需在以下方面进行深入研究以应用于钢筋套筒灌浆密实度检测: (1) 在理论研究方面, 雷达波在混凝土中传播的衰减特性、雷达波受钢筋的相互干扰、雷达波受混凝土内部缺陷的影响等有待进一步研究; (2) 在试验仪器、数据处理方面, 为了提高检测精度, 得到更加全面的雷达探测的三维数据, 必须加大对多通道或阵列探地雷达的开发和应用。

其他针对套筒灌浆密实度检测的方法包括:

(1) 电阻率测量探头:其原理是利用空气和流砂、湿砂、干砂电阻率的接近程度确定灌浆饱满度。检测仪器包括电阻探头及测量仪, 优点在于检测速度快、效率高、精度高、稳定性好、成本低;缺点是不能成像、只能定性检测、不能定量检测且检测精度低, 误差大。

(2) 预埋钢丝拉拔法:其原理是在套筒出浆口预埋高强钢丝, 养护一段时间后, 对预埋钢丝进行拉拔, 通过拉拔荷载值判断灌浆饱满程度。检测仪器包括高强钢丝、拉拔设备, 该方法优点在于操作简便, 成本低廉, 但缺点是无法确定缺陷位置、用拉拔法并不能实现无损检测、需要3d左右的养护期以及测量方法的误差大。

(3) 阻尼振动法:其原理是预先在灌浆套筒内埋设微型传感器, 通过比较传感器在空气和灌浆料中振幅衰减的情况, 判断套筒内灌浆料的饱满程度。检测设备包括灌浆饱满度检测仪及振动传感器。该方法优点是测试效率高、可靠性好、对结构无损伤;缺点在于不能定位缺陷位置, 且提前预埋通常采取抽样检测的方式, 无法满足实际工程中所有套筒灌浆结构安全检测的需求。

(1) 通过对国内外钢筋套筒灌浆密实度检测方法的分析, 现阶段暂时没有完美的无损检测方法。

(2) 采用冲击回波法测试套筒灌浆密实度具有一定可行性, 但还需针对多排、带保温层钢筋套筒提高检测精度, 并解决钢筋套筒对冲击波反射作用带来的检测误差。

(3) 采用X射线检测技术具有一定可行性, 但仍需解决施工现场无法提供满足成像要求的管电压、管电流和曝光时间等一系列问题。

(4) 电阻率测量、预埋钢丝拉拔及阻尼振动等方法在检测过程中无法做到定位套筒中缺陷位置, 并且仍存在检测精度差的问题。