预制装配式混凝土结构是当前我国住宅产业化进程中重点发展的结构形式之一, 具有高效率、低耗能和环保等特点。装配式混凝土结构的关键在于它的连接技术, 其中钢筋套筒灌浆连接具有施工方便、性能可靠、经济耐久等优势, 能够较好地解决装配式混凝土结构的关键技术, 是目前工程中纵向受力钢筋连接普遍采用的方式^[1,2,3,4]。钢筋套筒灌浆连接的质量直接影响着结构的安全性, 研究表明灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接试件的承载力和变形性能有较大影响^[5]。实际工程中由于技术、管理和工人责任心等问题, 钢筋套筒灌浆不可避免地会存在缺陷, 但目前还没有有效的质量检测方法。工程中套筒灌浆连接不可进行破坏性质量检测, 必须采用无损检测方法进行质量检测, 而相关的研究较少。聂东来等^[6]利用超声波首波声时法检测装配式混凝土结构中的钢筋套筒灌浆料密实性, 并借助于超声波幅值对其脱空缺陷进行定性判断;刘辉等^[7]采用冲击回波法对不同类型和不同灌浆密实度的钢筋套筒试件进行了检测试验, 结果具有一定的可行性, 但还需在测试方式和分析方法等方面开展进一步的工作。

目前无损检测设备和方法较多, 其中混凝土超声断层检测扫描仪 (A1040MIRA) 是用于检测混凝土和钢筋混凝土中的空洞、管道、钢筋、分层、裂缝、外来杂质等的无损检测仪器。A1040MIRA测量单元包括一个带有耐磨的干性声波接触传感器的低频宽带橫波天线阵列, 其工作原理是利用探头阵列发射和接受超声波信号, 通过相关公式计算出空洞等的深度。另一方面空洞等的物理性质与素混凝土的物理性质不同, 超声波在其中传播速度也不同, 同一深度处所测到的波速等也就不同, 将所测到的不同声波信号以图形展示出来。对目标物体进行测量时, 对整个目标进行分步扫描和数据统一, 而后对整个物体被测区域进行重建, 专门的软件从巨大的三维数据中重建断面影像, 产生物体内部结构的3D影像。

本文尝试采用A1040MIRA对钢筋套筒灌浆密实度的检测进行了试验研究, 以便为实际工程应用提供技术依据。

试件形式如图1所示, 共设计制作了4个试件, 尺寸为150 mm×150 mm×550 mm, 将钢筋套筒灌浆连接后浇筑混凝土, 试验所用连接钢筋为HRB400, 直径20 mm, 钢筋套筒为北京思达建贸科技发展有限公司研发的GT20L型钢筋灌浆连接套筒, 长370 mm, 外径52 mm, 灌浆口孔径40 mm, 灌浆料为CGMJM-VI高强灌浆料, 混凝土强度为C50。

钢筋套筒灌浆密实程度设计为4种工况, 分别为将钢筋与套筒完全密实、完全脱空、1/2脱空、1/4脱空, 如表1所示。

试件制作分两步完成。首先进行钢筋套筒灌浆连接, 将连接钢筋插入套筒中, 从灌浆孔灌注高性能灌浆料, 如图2所示。对于完全密实情况用压力枪直接将钢筋套筒灌满;1/2脱空和1/4脱空的试件灌注时将尺子插入灌浆孔, 按照灌浆高度确定套筒脱空情况。待灌浆料达到一定强度后, 将钢筋套筒置入150 mm×150 mm×550 mm的钢模板中, 浇筑C50混凝土, 共浇筑了4个试件, 养护7 d后进行试验。

所使用的仪器为A1040MIRA混凝土断层缺陷超声波检测仪, 如图3所示。试验时首先根据仪器底部阵列传感器的间距在试件表面划分间距为100 mm的网格, 然后采用测试仪器布置与钢筋套筒平行、垂直等不同方法进行测试, 如图4所示。将混凝土断层缺陷超声波检测仪的成像结果与灌浆密实度相对应, 通过分析比较, 确定了最终的测试方案为测试仪器与钢筋套筒方向垂直。然后对完全密实、完全脱空、1/2脱空、1/4脱空这四种不同工况的混凝土构件分别进行了检测。

混凝土试件见图4。

超声扫描检测结果如下:

1) 钢筋套筒完全密实情况检测仪显示状态见图5。

2) 1/4钢筋套筒脱空情况检测仪显示状态见图6。

3) 1/2脱空情况检测仪显示状态见图7。

4) 完全脱空情况检测仪显示状态见图8。

对比检测结果与套筒灌浆的实际密实度, 可以看出, 钢筋套筒完全密实情况下, 检测结果的俯视图中间部分为比较明显的一条绿色带状, 表明这部分为钢筋套筒且没有缺陷, 说明灌浆效果好, 密实度高;对钢筋套筒1/4脱空的情况下, 检测结果的俯视图中间绿色条带状部分为钢筋套筒, 但在这条绿色条带中有一条浅黄色条带, 说明套筒中存在一定脱空和缺陷, 但脱空和缺陷的空间比较小;对钢筋套筒1/2脱空情况, 检测结果的俯视图中间绿色条带状部分为钢筋套筒, 但在这条绿色条带中有几块不连续的红色区域, 表明套筒中脱空和缺陷较大, 灌浆密实性差;对完全脱空的钢筋套筒, 俯视图中央出现一条明显的带状深红色区域, 表明此处钢筋套筒内部已经完全脱空。

检测结果虽然能够在一定程度上反映灌浆密实程度, 但并能确定密实度的大小, 还需通过更多试验对测试分析方法进行研究, 另外本次试验在测试方法上也需进行改进。

本文采用A1040MIRA混凝土超声断层检测扫描仪对不同工况的钢筋套筒灌浆密实程度进行了检测试验, 检测结果能对灌浆密实度进行定性判断, 用该方法测试套筒灌浆密实度具有一定的可行性, 但还需在测试方法和测试分析等方面进一步研究, 以期能够较为精确地测试套筒灌浆的不同缺陷, 提高测试可靠性。