， ，，卓琳

(1.上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司，上海 200092； 2.上海市建設(shè)工程檢測(cè)行業(yè)協(xié)會(huì)，上海 200032； 3.上海市建筑科學(xué)研究院 上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200032)

裝配整體式混凝土建筑是以預(yù)制混凝土構(gòu)件為主要構(gòu)件，經(jīng)裝配、連接并進(jìn)行部分現(xiàn)澆形成的混凝土建筑。成品混凝土構(gòu)件是由構(gòu)件生產(chǎn)單位工廠化制作而成的。裝配整體式混凝土建筑具有效率高、質(zhì)量好、經(jīng)濟(jì)合理等特點(diǎn)；滿足標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；募夹g(shù)要求；滿足節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、綠色施工等環(huán)保要求。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷加快，大力發(fā)展裝配整體式混凝土建筑，推進(jìn)建筑體系工業(yè)化進(jìn)程，是實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。裝配整體式混凝土建筑基本具有現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點(diǎn)，但裝配整體式混凝土建筑的質(zhì)量控制與檢測(cè)技術(shù)相對(duì)滯后。在現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)中，比較有效的是北京智博聯(lián)科技股份有限公司發(fā)明的采用傳感器檢測(cè)套筒灌漿料充盈度的新方法，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于考慮成本，不可能在每個(gè)套筒中都預(yù)先埋置傳感器，因此只能采用抽查的方式進(jìn)行檢測(cè)。另外，X射線工業(yè)CT法雖然成像清晰，但只限于在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)平行試件[1]；沖擊回波法具有一定的可行性，但適用范圍有限[2]。因此，目前還沒有一種成本相對(duì)較低且能夠全面檢測(cè)灌漿料充盈度的方法。文章采用的方法適用于裝配式混凝土構(gòu)件漿錨連接施工節(jié)點(diǎn)，以及構(gòu)件水平黏結(jié)縫中灌漿料充盈度的超聲波檢測(cè)，研究成果可為裝配整體式混凝土建筑的質(zhì)量控制及其檢測(cè)技術(shù)體系的建立提供有效手段。

1 超聲波檢測(cè)灌漿料充盈度的方法

現(xiàn)有的裝配式混凝土構(gòu)件的漿錨裝配方式為：上構(gòu)件的下端具有鋼筋容納孔，下構(gòu)件的上端伸出鋼筋，在上構(gòu)件與下構(gòu)件拼接時(shí)鋼筋伸入到鋼筋容納孔中。同時(shí)，上構(gòu)件設(shè)置有與鋼筋容納孔連通的灌漿口和出漿口，將砂漿通過灌漿口持續(xù)注入，當(dāng)充滿上、下構(gòu)件水平黏結(jié)縫和上構(gòu)件中的鋼筋容納孔后，多余的砂漿通過出漿口流出，即視為完成灌漿步驟。然而，在實(shí)際操作過程中，因?yàn)楣に嚰夹g(shù)以及人員素質(zhì)、設(shè)備等原因，并不能保證灌漿料全部填充滿縫隙。灌漿完成后，需要檢測(cè)灌漿料注入鋼筋容納孔內(nèi)的填充程度，以及上構(gòu)件和下構(gòu)件的水平黏結(jié)縫中是否填滿了灌漿料，該類檢測(cè)項(xiàng)目稱為灌漿料充盈度的檢測(cè)。

灌漿料充盈度檢測(cè)參照混凝土超聲檢測(cè)技術(shù)的原理[3]，即采用超聲波斜對(duì)測(cè)或者對(duì)測(cè)的方法，測(cè)量漿錨節(jié)點(diǎn)處的灌漿料或水平黏結(jié)縫中灌漿料的聲速、波幅等聲學(xué)參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)及其相對(duì)變化分析判斷灌漿料的充盈度，達(dá)到灌漿施工質(zhì)量控制的目的。

1.1 漿錨施工節(jié)點(diǎn)灌漿料充盈度檢測(cè)

漿錨施工節(jié)點(diǎn)充盈度檢測(cè)選用發(fā)射頻率為500 kHz，接收頻率為250 kHz，端面輻射直徑為10 mm的超聲換能器。圖1為超聲波同心圓等距斜對(duì)測(cè)方法檢測(cè)原理示意。在圓心位置發(fā)射，8個(gè)超聲波接收點(diǎn)在發(fā)射點(diǎn)相對(duì)的構(gòu)件反面的同心圓圓周上呈米字形分布，如圖1(a)所示。在實(shí)際應(yīng)用中，可以專門制作一個(gè)模具，模具的形狀類似于圖1(a)所示的圖形，這樣操作者在確定圓心的位置后，直接套用該模具即可方便完成8個(gè)所述超聲波接收點(diǎn)的布置。

超聲測(cè)試時(shí)，換能器輻射面應(yīng)通過耦合劑與構(gòu)件上的測(cè)試面良好耦合。同心圓圓心位于構(gòu)件上出漿口的相對(duì)反面，圓心必須嚴(yán)格定位，并可以由工廠預(yù)制時(shí)在底模上標(biāo)注形成，或者做一個(gè)U形的平底量具，U形量具平行的兩邊有尺寸刻度，量具的底邊比構(gòu)件板厚略寬，把量具套在構(gòu)件下端鋼筋容納孔的中間時(shí)，在構(gòu)件的兩個(gè)側(cè)面上可同時(shí)對(duì)稱標(biāo)出發(fā)射點(diǎn)和同心圓的圓心位置。同心圓半徑為30 mm，在每個(gè)漿錨節(jié)點(diǎn)布置8對(duì)測(cè)點(diǎn)，即出漿口的水平方向上有2對(duì)，水平線上、下各有3對(duì)測(cè)點(diǎn)[見圖1(b)中右側(cè)示出的同心圓R0上的3個(gè)R1、2個(gè)R2以及3個(gè)R3]，對(duì)比這8對(duì)測(cè)點(diǎn)超聲檢測(cè)的聲學(xué)參數(shù)，可判斷該漿錨施工節(jié)點(diǎn)的充盈度。在工程檢測(cè)中，也可以將N個(gè)漿錨節(jié)點(diǎn)的水平線上、中、下各R1、R2、R3測(cè)點(diǎn)相應(yīng)的超聲檢測(cè)聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和對(duì)比，得到判斷結(jié)果。

圖1 超聲波同心圓等距斜對(duì)測(cè)法檢測(cè)原理示意

同心圓的直徑取60 mm，其設(shè)計(jì)的思路是：當(dāng)漿錨節(jié)點(diǎn)位于板厚的中間時(shí)，板厚二分之一處的超聲輻射的同心圓直徑約30 mm，通常漿錨孔徑為40 mm左右，超聲波的主聲束正好在漿錨孔徑中。曾考慮在同心圓的上下左右簡(jiǎn)單布置超聲測(cè)點(diǎn)4對(duì)，也可以將檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，但按圖1(a)所示換能器的8點(diǎn)布置，可以增加一倍的檢測(cè)信息量。此外，采用在構(gòu)件一側(cè)的同心圓圓心發(fā)射，在構(gòu)件另一側(cè)同心圓的圓周上接收的斜對(duì)測(cè)法超聲檢測(cè)，是為了增加超聲波聲束在灌漿料中通過的路程。直徑為40 mm同心圓的檢測(cè)結(jié)果不如直徑為60 mm同心圓的。文中同心圓的直徑取60 mm是針對(duì)板厚為200 mm的構(gòu)件，板厚不同時(shí)，可根據(jù)檢測(cè)構(gòu)件尺寸設(shè)計(jì)相應(yīng)直徑的同心圓。

1.2 水平黏結(jié)縫中灌漿料的充盈度檢測(cè)

水平黏結(jié)縫中灌漿料的充盈度檢測(cè)也是選用發(fā)射頻率為500 kHz、接收頻率為250 kHz、輻射端面直徑為10 mm的換能器。通常，超聲波發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波頻率越高，波長(zhǎng)越短，其檢測(cè)靈敏度越高，但傳播距離越小[4]。對(duì)于裝配整體式混凝土建筑構(gòu)件水平黏結(jié)縫寬度為200 mm的情況，選擇發(fā)射頻率為500 kHz、接收頻率為250 kHz的超聲波頻率的檢測(cè)結(jié)果最好。接收頻率為250 kHz的換能器比通常混凝土檢測(cè)用的50 kHz換能器的工作頻率高，波長(zhǎng)縮短了4/5。

上、下2個(gè)構(gòu)件連接處水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度的檢測(cè)步驟如下：首先,在構(gòu)件水平黏結(jié)縫的正反兩側(cè)先確定一個(gè)對(duì)稱的起點(diǎn)，并沿水平黏結(jié)縫在構(gòu)件的正反兩側(cè)同向以100～200 mm等間距(間距按需而定)布置任意對(duì)超聲測(cè)點(diǎn)，即在規(guī)定了水平黏結(jié)縫的正反兩側(cè)起點(diǎn)后，依次按確定的等間距間隔，用1，2，3，4，…，X編號(hào)；然后，將發(fā)射、接收換能器分別置于水平黏結(jié)縫的正反兩側(cè)對(duì)稱的起點(diǎn)編號(hào)1處進(jìn)行檢測(cè)后，依次按2，3，4，…，X編號(hào)同向移動(dòng)換能器進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)束后對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)定上、下構(gòu)件水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度是否飽滿或存在局部空腔。如存在空腔，可以通過移動(dòng)換能器判斷缺陷的位置和大小。在工程檢測(cè)中，還可以用于檢測(cè)批量水平黏結(jié)縫的灌漿料充盈度。每條水平黏結(jié)縫為一個(gè)檢測(cè)單元，M條水平黏結(jié)縫構(gòu)成一個(gè)檢測(cè)單元體系，依次檢測(cè)每條水平黏結(jié)縫上X個(gè)“發(fā)射～接收”一一成對(duì)的超聲測(cè)點(diǎn)，獲取檢測(cè)部位的聲學(xué)參數(shù)。基于對(duì)M條所述檢測(cè)單元體系對(duì)應(yīng)的全部超聲波測(cè)點(diǎn)的超聲檢測(cè)聲學(xué)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，來判斷水平黏結(jié)縫內(nèi)灌漿料的充盈度。

2 試驗(yàn)及工程檢測(cè)實(shí)例

2.1 漿錨施工節(jié)點(diǎn)灌漿料充盈度的檢測(cè)

試件成型尺寸(長(zhǎng)×寬×高)為200 mm×200 mm×350 mm。試件制作時(shí)，先在模具的中央放置直徑為35 mm的波紋管，混凝土澆注后將波紋管抽出，再插入長(zhǎng)度為16 mm的鋼筋，澆注灌漿料，固定鋼筋至試件高度的一半左右。超聲檢測(cè)時(shí)，先在試件側(cè)面標(biāo)出灌漿料的高度，并且作為同心圓的圓心水平面。表1，2，3分別為3個(gè)試件A4，A2，A9(A2和A9試件的鋼筋布置方式與A4不同，見表4)的檢測(cè)數(shù)據(jù)，表中測(cè)點(diǎn)序號(hào)04，05為同心圓水平線上的2對(duì)測(cè)點(diǎn)，同心圓水平線位于灌漿面，01，02，03以及06，07，08分別是同心圓水平線上、下部的各3對(duì)測(cè)點(diǎn)。表4匯總的檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，同心圓水平線上未灌漿3點(diǎn)的檢測(cè)聲學(xué)參數(shù)明顯比中2點(diǎn)、下3點(diǎn)差，未灌漿部位的01，02，03測(cè)點(diǎn)聲速的平均值要比灌漿部位的06，07，08測(cè)點(diǎn)聲速的平均值低0.1 km·s-1以上。

表1 A4試件同心圓法檢測(cè)數(shù)據(jù)

表2 A2試件同心圓法檢測(cè)數(shù)據(jù)

表3 A9試件同心圓法檢測(cè)數(shù)據(jù)

表4 A4,A2,A9試件檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

表4中對(duì)比試件的漿錨孔徑均為35 mm。當(dāng)漿錨孔徑增大時(shí)，同心圓水平線上、中、下測(cè)點(diǎn)的對(duì)比效果更好。在采用外徑48 mm腳手架鋼管模擬漿錨孔徑的試件上，分別采用不同頻率的換能器檢測(cè)，應(yīng)用500 kHz～250 kHz(發(fā)射頻率～接收頻率)、250 kHz～250 kHz、100 kHz～100 kHz各組合換能器檢測(cè)的聲速、波幅如表5所示。

表5 48 mm漿錨孔徑試件的超聲檢測(cè)數(shù)據(jù)

經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)：發(fā)射頻率500 kHz、接收頻率250 kHz的組合檢測(cè)效果最佳，下3點(diǎn)、中2點(diǎn)與上3點(diǎn)的聲速與波幅的區(qū)別比較大；發(fā)射與接收為250 kHz的組合次之；發(fā)射與接收頻率均為100 kHz的組合檢測(cè)結(jié)果相對(duì)較差。

2.2 水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度的檢測(cè)

表6為某工地上、下構(gòu)件間水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度的檢測(cè)數(shù)據(jù)。檢測(cè)出灌漿料中的嚴(yán)重缺陷為：測(cè)點(diǎn)002-05，002-06，002-08,003-01的超聲聲速比平均聲速小了近1.0 km·s-1，查知這些部位是機(jī)電PVC(聚氯乙烯)管道穿過的地方，其周圍相鄰測(cè)點(diǎn)聲學(xué)數(shù)據(jù)也偏低，表明這些測(cè)點(diǎn)的內(nèi)部的灌漿料充盈也不飽滿。

圖2 各類高頻、小直徑輻射端面的換能器外觀

上、下構(gòu)件間水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度的檢測(cè)位置通常都位于樓面與墻體轉(zhuǎn)角處。漿錨節(jié)點(diǎn)灌漿料充盈度檢測(cè)采用的是高頻、小直徑輻射端面的換能器(見圖2)，目的是為了使換能器能在轉(zhuǎn)角位置檢測(cè)時(shí)操作方便。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 裝配整體式混凝土建筑質(zhì)量檢測(cè)方法是針對(duì)灌漿料充盈度評(píng)判而創(chuàng)新設(shè)計(jì)的，其簡(jiǎn)單實(shí)用、操作方便，可為裝配整體式混凝土建筑的質(zhì)量控制及其檢測(cè)技術(shù)體系的建立提供有效手段。

(2) 提出了適用于裝配式混凝土構(gòu)件漿錨施工節(jié)點(diǎn)以及水平黏結(jié)縫中灌漿料充盈度的超聲波檢測(cè)方法，其中超聲波同心圓等距檢測(cè)方法是在傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)上的創(chuàng)新，高頻、小直徑輻射端面的換能器是對(duì)傳統(tǒng)換能器的優(yōu)化。

表6 某工地上、下構(gòu)件間水平黏結(jié)縫灌漿料充盈度檢測(cè)數(shù)據(jù)

(3) 采用高頻、小直徑輻射端面的換能器，依據(jù)“聲速、波幅”檢測(cè)灌漿料充盈度的判別原則，通過相同測(cè)位檢測(cè)數(shù)據(jù)的比對(duì)或者與全部檢測(cè)數(shù)據(jù)平均值的比對(duì)，能有效判定裝配整體式混凝土建筑灌漿施工的缺陷位置和大小。

[1] 高潤(rùn)東,李向民, 張富文, 等. 基于X射線工業(yè)CT技術(shù)的套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)試驗(yàn)[J]. 無損檢測(cè), 2017, 39(4): 6-11, 37.

[2] 劉輝,李向民, 許清風(fēng). 沖擊回波法在套筒灌漿密實(shí)度檢測(cè)中的試驗(yàn)[J]. 無損檢測(cè), 2017, 39(4): 12-16.

[3] 林維正. 土木工程質(zhì)量無損檢測(cè)技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[4] 吳慧敏. 結(jié)構(gòu)混凝土現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)[M]. 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社，1988.