装配式混凝土建筑套筒灌浆质量检测方法应用现状

装配式混凝土建筑套筒灌浆质量检测

*

方法应用现状

施佳君1, 胡国锋2, 章雪峰3, 4, 张洪杰2, 陈文豪1, 杨 博1, 3

（1 浙江理工大学土木工程系, 杭州 310018; 2 慈溪市诚正建设工程检测有限公司, 慈溪 315300;

3 浙江省装配式混凝土工业化建筑工程技术研究中心, 杭州 310018;

4 浙江工业大学工程设计集团有限公司, 杭州 310014）

[摘要] 总结了目前我国装配整体式建筑中套筒灌浆质量的检测方法。介绍了这些检测方法的原理和优缺点，这些检测方法包括超声波检测法、工业CT检测法、预埋传感器法、冲击回波检测法、工业内窥镜检测法和坐标定位检测法等。最后预测了套筒灌浆质量检测方法在今后一段时期内的发展趋势。 [关键词] 装配式混凝土建筑；套筒灌浆；检测方法

中图分类号：TU756 文献标识码：A 文章编号：1002-848X(2019)S2-0545-05

Application status of rebar splicing by grout-filled coupling sleeve of precast concrete building

Shi Jiajun1, Hu Guofeng2, Zhang Xuefeng3, 4, Zhang Hongjie2, Chen Wenhao1, Yang Bo1,3

(1 Zhejiang Sci-Tech University, Hangzhou 310018, China; 2 Cixi Chengzheng Construction Engineering Testing Limited Company, Cixi 315300, China; 3 Zhejiang Precast Concrete Industrial Construction Technology Research Center, Hangzhou 310018, China; 4 Zhejiang University of Technology Engineering Design Group Co., Ltd., Hangzhou 310014, China) Abstract: The method of rebar splicing by grout-filled coupling sleeve of precast concrete building used in China are summarized. The principles, advantages and disadvantages of inspection methods for grouting quality are introduced, which include ultrasonic wave method, industrial CT method, embedded sensor method, impact-echo method, industrial endoscope method, coordinate system setting method and so on. Finally, the development trend of inspection methods for grouting quality is predicted.

Keywords: Precast concrete building; Grout-filled coupling sleeve; Inspection method

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引言

2016年3月16日发布的《国民经济和社会发

展第十三个五年规划纲要》和2016年2月6日国务院《进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》提出了“推广装配式建筑，力争用10年左右时间，完成装配式建筑占新建建筑的比例达到30%”的发展目标和要求[1]。

作为装配整体式混凝土建筑中的重要施工工艺，目前钢筋套筒灌浆连接技术普遍用于施工现场竖向构件和水平构件中的钢筋连接。套筒灌浆连接具有适用范围广、锚固长度短、可靠性高的优点，同时也存在定位精度要求高、灌浆难度大及质量不易检测的缺点。以下就目前我国套筒灌浆连接质量检测技术的要点、现状及发展趋势等分别进行阐述。 1

套筒灌浆检测技术要点

钢筋套管灌浆的连接原理是通过带肋钢筋插入套筒后，再向套筒内注入高强、早强、可微膨胀的水泥基灌浆料，使之充满内部间隙，待灌浆料硬化后与

[2]

钢筋的横肋和套筒内壁凹槽或凸肋实现紧密啮合，实

现应力传递的连接方法。通常分为全灌浆套筒接头连接和半灌浆套筒接头连接[2-3]，如图1和图2所示。1

图1 全灌浆套筒[3] 图2 半灌浆套筒[3]

*浙江省重点研发计划项目（2018C03033-2）, 住房城乡建设部科技计划项目（2017-K9-015）, 国家级大学生创新创业训练计划项目（201810338030）。

作者简介：施佳君，本科，Email: jjshi98@foxmail.com。 通讯作者：杨博，博士，教授，硕士生导师，Email: youngbo@zstu.edu.cn。

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套筒灌浆质量包括套筒内灌浆料的饱满性和密实性等质量问题，在检验时需要注意以下几个方面：

（1）灌浆连接接头质量。钢筋套筒灌浆连接接头容易出现饱满度问题。在预制和施工过程中，内部可能存在间隙、杂质、水泥基灌浆质量差等问题，进而导致饱满度不达标，因此需要利用切割、传感器、超声波等检测方法对灌浆密实性进行检测。其中，传感器的布置方法、灌浆饱满性的检测方法按《装配式混凝土结构现场检测技术标准》（DB37/T 5106-2018）要求进行[4]；

（2）水泥基灌浆料产品质量。实际工程中，会存在使用不合格灌浆料或误用灌浆料等情况[5]。水泥基灌浆的质量与灌浆材料要求、材料配合比、现场灌浆条件、养护条件等多方面有关[6]。套筒灌浆料的使用和性能应符合现行行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》（JGJ 355-2015）和《钢筋连接用套筒灌浆料》（JG/T 408-2013）的规定；

（3）钢筋和套筒的定位精度。不精准的定位可能导致施工时发生钢筋被截断或弯折等状况，会对结构安全造成严重的隐患，可以采用坐标定位方法进行精准定位[7]；

（4）钢筋套筒整体结构性能。考虑到现浇结构中存在施工不规范的情况，且浇筑完成后具有很强的不可见性[8]，见图3和图4所示。所以要求检测形式要直观有效，同时综合考虑计算受力最不利、施工质量较差等因素，应保证钢筋套筒灌浆连接接头的抗拉强度不应小于连接钢筋抗拉强度标准值，保证破坏时应断于钢筋处，保证接头型式和露钢筋的位置、长度符合要求[9]。

图3 工程中灌浆套筒钢筋接头[8]

图4 灌浆套筒的取样位置[8]

2

套筒灌浆检测技术应用现状

针对实际工程中存在的套筒灌浆质量问题，目前已研发的套筒灌浆饱满度检测方法主要有超声波检测法、工业CT检测法和预埋传感器法等[10]。以下针对几种常用到的检测方法分别进行阐述。 2.1 超声波检测法

超声波检测法在钢筋套筒灌料的密实性检测中已经具有广泛的应用。超声波检测方法的主要原理是通过超声波在不同介质中传播速度不同的特征，通过超声波发射器和接收器，当超声波在传播的过程中遇到缺陷时，声波会发生反射、折射及绕射等情况，使得接收参数会发生改变，利用参数的变化规律对钢筋套筒内部情况进行探测[11-12]，如图5所示，该检测法是一种无损检测方法。

图5 超声波在钢筋套筒内灌浆料密实区的传播[11]

现行超声波检测的优点在于超声波具有较好的定向性、穿透性、高敏感性、快捷性、无损害性及无污染性等特点。但是，在实际应用过程中发现，超声波对所测得缺陷的尺寸大小和分布情况并不能做出准确的定量分析。同时，对钢筋的偏移缺陷也不能做出判断，也无法准确确定并列钢筋中存在的脱空缺陷等问题[11-13]。此外，超声波检测效果会受到管壁厚度的影响，管壁越厚越不易检测[11]。

超声层析成像法是一种采用换能器阵列技术，使每个传感器一次发射超声波信号，通过接收到的声学参数，建立出混凝土内部的3D影像和2D断面影像的技术。通过传感器反馈的振动信号幅值变化情况，可以真实有效地反映预制构件套筒内部灌浆的饱满程度[14]。

2.2 工业CT检测法

工业CT检测法是利用试件三维重建图像，从而实现检测复杂对象缺陷的技术。该方法在装配式建筑工程中可以用于套筒内部的缺陷位置、尺寸和分布的有效检测。其主要原理是利用辐射在被检测

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物体中的减弱和吸收特性，通过其衰减和分布的变化规律反映出物体内部的损失情况，也是一种无损检测方法。

工业CT检测法的三维图像，见图6所示，具有较高的精度，可以较为直观的反馈出缺陷的分布和位置，可以定量分析缺陷的尺寸、面积和近似体积，判断出钢筋的偏位缺陷，同时还可以有效克服超声波检测法受套筒壁厚限制难以精准探伤的问题[13]。但是，工业CT检测法对设备的要求较高，也存在一定的放射性，可能对构件造成污染。

图6 某工况试件的CT三维图像[13]

便携式X射线技术是一种基于X射线的工业CT检测方法，图7为便携式X射线检测装置，其对工业CT检测法的工作条件限制因素进行了优化[15-16]。该技术对套筒的排列形式有一定要求，在套筒居中或梅花形布置的一定厚度范围内的预制剪力墙套筒管的密实度检测是适用的，但是限于便携式X射线技术本身的成像方式相对简易及电压和曝光时间较为有限，在复杂情况下会出现成像模糊的问题，导致其适用对象的范围较小。

图7 便携式X射线检测装置检测装置[16]

2.3 预埋传感器法

预埋传感器法是将传感器在灌浆施工时预先埋置于套筒内部，在灌浆施工结束后，通过传感器数据采集系统获得的波形对灌浆套筒的饱满度进行测试的方法，见图8所示。该技术所用的灌浆传感器是阻尼振动传感器， 利用阻尼振动幅值衰减原理，当传感器在信号下产生振动时，会受到摩擦和介质阻力的影响使得振幅随时间而衰减，根据不

同的振幅衰减情况规律（图9所示），可以推断传感器周围的介质环境，进而判断灌浆套筒的饱满度[5,14,17-18]。

图8 传感器安装[17]

图9 某试件灌浆前、后振幅衰减情况对比[17]

预埋传感器法在实际的应用中，对套筒灌浆的饱满度有较为真实的反映，可以及时提醒灌浆人员对不密实的孔道进行补灌[14]。但由于传感器预埋本身在套筒内部占用一定空间，可能会在预埋位置造成一定的应力缺陷。此外，该方法在使用时必须对每一个测试对象预先埋置传感器，使得检测的成本变高，难以做到大规模普查[18]。

2.4 冲击回波检测法

冲击回波法是利用沿着灌浆孔道上部布置的连续激振弹性应力波，根据饱满度不同试件底部对弹性应力波的反射返回时间不同的原理，进而判断出装配式浆锚连接节点灌浆饱满度情况的检测技术，如图10所示，该方法也是一种无损检测方法[20-21]。

冲击回波法具有高效性，尤其对于单一测试面的装配式结构具有很强的实用性。对大、小直径波纹管灌浆饱满度的检测也有较高的准确性，其中大直径波纹管比小直径波纹管的测试结果更加具有区分度，在实际案例中，发现特定条件下其对大直径波纹管灌浆饱满度测试结果和工程取芯结果基本一致。但是，冲击回波法不适用于小尺寸试件的检测，同时由于实际工程中测试对象的复杂性，该方法的精度和最小量程也存在局限性，判断缺陷的具体大小和具体位置的技术还不够成熟。可见，目前该方法在工程实践中的广泛应用还需要进一步的试验研究和分析，以提高其适用性和准确度[17,20-21]。

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注: A为振幅；t为时间；f1为底面反射的频率；f2为缺陷位置处频率。

图10 扫描式冲击回波法测试系统的测试原理[20]

2.5 工业内窥镜检测法

工业内窥镜检测法是一种利用各类工业内视镜作为检测工具，将内窥镜探头伸入套筒内部，在获得探头探测到的电子图像后对内部情况进行直接性观察，以此检测灌浆套筒饱满度的技术。

内窥镜检测法无需预埋任何元件，具有操作简单、结果直观和可信度高的优势。普通成像内窥镜可以进行定性检查，三维成像测量内窥镜可以获得三维图像，如图11所示，通过数字化处理不饱满范围，计算出具有针对性的钢筋有效锚固长度，为施工和检测提供依据。但是，该技术对内窥镜的成像和活动性要求较高，工程实践中存在因镜头在狭小空间内转动受阻，造成视野范围受限及观察死角增加等情况，最终会导致测试距离较实际情况相差较大的情况[5,18]。

图11 内窥镜法校核结果[5]

预成孔测验方法利用了预成孔装置在连接套筒的出浆口形成便于内窥镜伸入检测的孔道，在检测结束后采用灌浆材料对检测孔道进行封堵。预埋钢丝拉拔法通过灌浆前在套筒的出浆口预埋钢丝，凝固后对钢筋进行拉拔，检测拉拔的荷载值，以判

断灌浆是否存在缺陷。该方法同样可以与内窥镜法组合使用，将内窥镜探头通过拔拉后的孔道伸入内部观察缺陷情况[5,18]。最近，李向民等[19]利用钻孔结合内窥镜法开展了套筒灌浆饱满度试验，并基于套筒内钢筋锚固长度要求、套筒产品构造特征及灌浆缺陷深度，提出了灌浆饱满度计算公式，实现套筒灌浆饱满度检测的量化评估。 2.6 坐标定位检测法

坐标定位检测法是利用检测套管和插筋之间的间距，通过计算各定位点的相对坐标，反映出对应套管和插筋相对偏差情况的检测方法。

坐标定位检测法克服了传统尺量精度差的问题，目前已经开发出测量精度达到0.02mm的检测设备，可以大大提高检测精度[7]。但是，该方法受到检测设备的影响，对检测环境条件有比较高的要求，使得其在实际应用中的便捷性会下降。 3 套筒灌浆检测方法发展趋势 3.1 多元化和高效化

目前，很多国内高校和建筑企业都在开展关于套筒灌浆检测技术的研究，并取得了不少成果。未来的检测技术会在上述检测方法基础上进行优化或衍生出特色检测方法或技术。因此，相信套筒灌浆检测技术会有更多的专业交叉，大范围、高准确性、适用性强、损害性小的检测方法将会成为未来发展的趋势[22]。

3.2 信息化和智能化

近年来，随着大数据、人工智能、物联网、GIS技术（地理信息系统技术 Geographic Information System）、VR技术（虚拟现实技术 Virtual Reality）和AR技术（增强现实技术 Augmented Reality）的不断发展，建筑行业也受到了巨大的冲击，这些信息化施工质量评估体系和智能化的技术将推动包括套筒灌浆检测在内的装配式建筑工程检测技术的新进步[23-24]。

3.3 经济化和绿色化

目前，部分检测技术在实践过程中存在大范围检测技术的单次检测成本较大、小范围检测技术的多点布置累计成本较大的情况，所以在保证检测质量的情况下，大范围、低成本的检测理论和技术将会成为趋势之一。同时，也存在检测过程中造成混凝土和钢筋等资源浪费，造成水污染、声污染及放射性污染等环境污染情况，例如检测设备工作时产生噪声污染、X射线检测时可能产生放射性污染等，所以更加绿色化的检测技术也是未来发展的趋势之一。

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4

结语

装配式混凝土建筑工程是建筑工业化发展的重要发展方向，而装配式混凝土构件节点连接质量又在很大程度上决定了建筑工程的施工质量。本文对目前常用的套筒灌浆检测技术进行了详细的介绍，可以发现基于实际工程的需要，目前开发了很多检测方法或技术，在实际工程中也发挥了一定作用。必须要看到，现有检测方法或技术仍存在各自的局限性。为了保证钢筋套筒灌浆的施工质量，需要在完善现有检测技术的同时，加强技术创新，鼓励学科交叉。未来的套筒灌浆检测技术必将会兼顾无损性、准确性、高效性、经济性和绿色性等因素。

参 考 文 献

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