装配整体式混凝土建筑灌浆料充盈度的超声检测

， ，，卓琳

(1.上海同济检测技术有限公司，上海 200092； 2.上海市建设工程检测行业协会，上海 200032； 3.上海市建筑科学研究院 上海市工程结构安全重点实验室，上海 200032)

装配整体式混凝土建筑是以预制混凝土构件为主要构件，经装配、连接并进行部分现浇形成的混凝土建筑。成品混凝土构件是由构件生产单位工厂化制作而成的。装配整体式混凝土建筑具有效率高、质量好、经济合理等特点；满足标准化、规模化的技术要求；满足节能减排、清洁生产、绿色施工等环保要求。随着我国城市化进程的不断加快，大力发展装配整体式混凝土建筑，推进建筑体系工业化进程，是实现建筑业可持续发展的必然选择。装配整体式混凝土建筑基本具有现浇混凝土结构的所有优点，但装配整体式混凝土建筑的质量控制与检测技术相对滞后。在现有的检测技术中，比较有效的是北京智博联科技股份有限公司发明的采用传感器检测套筒灌浆料充盈度的新方法，但在实际应用时，由于考虑成本，不可能在每个套筒中都预先埋置传感器，因此只能采用抽查的方式进行检测。另外，X射线工业CT法虽然成像清晰，但只限于在实验室内检测平行试件[1]；冲击回波法具有一定的可行性，但适用范围有限[2]。因此，目前还没有一种成本相对较低且能够全面检测灌浆料充盈度的方法。文章采用的方法适用于装配式混凝土构件浆锚连接施工节点，以及构件水平黏结缝中灌浆料充盈度的超声波检测，研究成果可为装配整体式混凝土建筑的质量控制及其检测技术体系的建立提供有效手段。

1 超声波检测灌浆料充盈度的方法

现有的装配式混凝土构件的浆锚装配方式为：上构件的下端具有钢筋容纳孔，下构件的上端伸出钢筋，在上构件与下构件拼接时钢筋伸入到钢筋容纳孔中。同时，上构件设置有与钢筋容纳孔连通的灌浆口和出浆口，将砂浆通过灌浆口持续注入，当充满上、下构件水平黏结缝和上构件中的钢筋容纳孔后，多余的砂浆通过出浆口流出，即视为完成灌浆步骤。然而，在实际操作过程中，因为工艺技术以及人员素质、设备等原因，并不能保证灌浆料全部填充满缝隙。灌浆完成后，需要检测灌浆料注入钢筋容纳孔内的填充程度，以及上构件和下构件的水平黏结缝中是否填满了灌浆料，该类检测项目称为灌浆料充盈度的检测。

灌浆料充盈度检测参照混凝土超声检测技术的原理[3]，即采用超声波斜对测或者对测的方法，测量浆锚节点处的灌浆料或水平黏结缝中灌浆料的声速、波幅等声学参数，并根据这些参数及其相对变化分析判断灌浆料的充盈度，达到灌浆施工质量控制的目的。

1.1 浆锚施工节点灌浆料充盈度检测

浆锚施工节点充盈度检测选用发射频率为500 kHz，接收频率为250 kHz，端面辐射直径为10 mm的超声换能器。图1为超声波同心圆等距斜对测方法检测原理示意。在圆心位置发射，8个超声波接收点在发射点相对的构件反面的同心圆圆周上呈米字形分布，如图1(a)所示。在实际应用中，可以专门制作一个模具，模具的形状类似于图1(a)所示的图形，这样操作者在确定圆心的位置后，直接套用该模具即可方便完成8个所述超声波接收点的布置。

超声测试时，换能器辐射面应通过耦合剂与构件上的测试面良好耦合。同心圆圆心位于构件上出浆口的相对反面，圆心必须严格定位，并可以由工厂预制时在底模上标注形成，或者做一个U形的平底量具，U形量具平行的两边有尺寸刻度，量具的底边比构件板厚略宽，把量具套在构件下端钢筋容纳孔的中间时，在构件的两个侧面上可同时对称标出发射点和同心圆的圆心位置。同心圆半径为30 mm，在每个浆锚节点布置8对测点，即出浆口的水平方向上有2对，水平线上、下各有3对测点[见图1(b)中右侧示出的同心圆R0上的3个R1、2个R2以及3个R3]，对比这8对测点超声检测的声学参数，可判断该浆锚施工节点的充盈度。在工程检测中，也可以将N个浆锚节点的水平线上、中、下各R1、R2、R3测点相应的超声检测声学参数进行统计和对比，得到判断结果。

图1 超声波同心圆等距斜对测法检测原理示意

同心圆的直径取60 mm，其设计的思路是：当浆锚节点位于板厚的中间时，板厚二分之一处的超声辐射的同心圆直径约30 mm，通常浆锚孔径为40 mm左右，超声波的主声束正好在浆锚孔径中。曾考虑在同心圆的上下左右简单布置超声测点4对，也可以将检测数据进行比对，但按图1(a)所示换能器的8点布置，可以增加一倍的检测信息量。此外，采用在构件一侧的同心圆圆心发射，在构件另一侧同心圆的圆周上接收的斜对测法超声检测，是为了增加超声波声束在灌浆料中通过的路程。直径为40 mm同心圆的检测结果不如直径为60 mm同心圆的。文中同心圆的直径取60 mm是针对板厚为200 mm的构件，板厚不同时，可根据检测构件尺寸设计相应直径的同心圆。

1.2 水平黏结缝中灌浆料的充盈度检测

水平黏结缝中灌浆料的充盈度检测也是选用发射频率为500 kHz、接收频率为250 kHz、辐射端面直径为10 mm的换能器。通常，超声波发射换能器发出的超声波频率越高，波长越短，其检测灵敏度越高，但传播距离越小[4]。对于装配整体式混凝土建筑构件水平黏结缝宽度为200 mm的情况，选择发射频率为500 kHz、接收频率为250 kHz的超声波频率的检测结果最好。接收频率为250 kHz的换能器比通常混凝土检测用的50 kHz换能器的工作频率高，波长缩短了4/5。

上、下2个构件连接处水平黏结缝灌浆料充盈度的检测步骤如下：首先,在构件水平黏结缝的正反两侧先确定一个对称的起点，并沿水平黏结缝在构件的正反两侧同向以100～200 mm等间距(间距按需而定)布置任意对超声测点，即在规定了水平黏结缝的正反两侧起点后，依次按确定的等间距间隔，用1，2，3，4，…，X编号；然后，将发射、接收换能器分别置于水平黏结缝的正反两侧对称的起点编号1处进行检测后，依次按2，3，4，…，X编号同向移动换能器进行检测。检测结束后对检测数据进行统计分析，评定上、下构件水平黏结缝灌浆料充盈度是否饱满或存在局部空腔。如存在空腔，可以通过移动换能器判断缺陷的位置和大小。在工程检测中，还可以用于检测批量水平黏结缝的灌浆料充盈度。每条水平黏结缝为一个检测单元，M条水平黏结缝构成一个检测单元体系，依次检测每条水平黏结缝上X个“发射～接收”一一成对的超声测点，获取检测部位的声学参数。基于对M条所述检测单元体系对应的全部超声波测点的超声检测声学参数的统计分析，来判断水平黏结缝内灌浆料的充盈度。

2 试验及工程检测实例

2.1 浆锚施工节点灌浆料充盈度的检测

试件成型尺寸(长×宽×高)为200 mm×200 mm×350 mm。试件制作时，先在模具的中央放置直径为35 mm的波纹管，混凝土浇注后将波纹管抽出，再插入长度为16 mm的钢筋，浇注灌浆料，固定钢筋至试件高度的一半左右。超声检测时，先在试件侧面标出灌浆料的高度，并且作为同心圆的圆心水平面。表1，2，3分别为3个试件A4，A2，A9(A2和A9试件的钢筋布置方式与A4不同，见表4)的检测数据，表中测点序号04，05为同心圆水平线上的2对测点，同心圆水平线位于灌浆面，01，02，03以及06，07，08分别是同心圆水平线上、下部的各3对测点。表4汇总的检测数据表明，同心圆水平线上未灌浆3点的检测声学参数明显比中2点、下3点差，未灌浆部位的01，02，03测点声速的平均值要比灌浆部位的06，07，08测点声速的平均值低0.1 km·s-1以上。

表1 A4试件同心圆法检测数据

表2 A2试件同心圆法检测数据

表3 A9试件同心圆法检测数据

表4 A4,A2,A9试件检测数据对比

表4中对比试件的浆锚孔径均为35 mm。当浆锚孔径增大时，同心圆水平线上、中、下测点的对比效果更好。在采用外径48 mm脚手架钢管模拟浆锚孔径的试件上，分别采用不同频率的换能器检测，应用500 kHz～250 kHz(发射频率～接收频率)、250 kHz～250 kHz、100 kHz～100 kHz各组合换能器检测的声速、波幅如表5所示。

表5 48 mm浆锚孔径试件的超声检测数据

经过对比发现：发射频率500 kHz、接收频率250 kHz的组合检测效果最佳，下3点、中2点与上3点的声速与波幅的区别比较大；发射与接收为250 kHz的组合次之；发射与接收频率均为100 kHz的组合检测结果相对较差。

2.2 水平黏结缝灌浆料充盈度的检测

表6为某工地上、下构件间水平黏结缝灌浆料充盈度的检测数据。检测出灌浆料中的严重缺陷为：测点002-05，002-06，002-08,003-01的超声声速比平均声速小了近1.0 km·s-1，查知这些部位是机电PVC(聚氯乙烯)管道穿过的地方，其周围相邻测点声学数据也偏低，表明这些测点的内部的灌浆料充盈也不饱满。

图2 各类高频、小直径辐射端面的换能器外观

上、下构件间水平黏结缝灌浆料充盈度的检测位置通常都位于楼面与墙体转角处。浆锚节点灌浆料充盈度检测采用的是高频、小直径辐射端面的换能器(见图2)，目的是为了使换能器能在转角位置检测时操作方便。

3 结语

(1) 装配整体式混凝土建筑质量检测方法是针对灌浆料充盈度评判而创新设计的，其简单实用、操作方便，可为装配整体式混凝土建筑的质量控制及其检测技术体系的建立提供有效手段。

(2) 提出了适用于装配式混凝土构件浆锚施工节点以及水平黏结缝中灌浆料充盈度的超声波检测方法，其中超声波同心圆等距检测方法是在传统超声检测技术上的创新，高频、小直径辐射端面的换能器是对传统换能器的优化。

表6 某工地上、下构件间水平黏结缝灌浆料充盈度检测数据

(3) 采用高频、小直径辐射端面的换能器，依据“声速、波幅”检测灌浆料充盈度的判别原则，通过相同测位检测数据的比对或者与全部检测数据平均值的比对，能有效判定装配整体式混凝土建筑灌浆施工的缺陷位置和大小。

[1] 高润东,李向民, 张富文, 等. 基于X射线工业CT技术的套筒灌浆密实度检测试验[J]. 无损检测, 2017, 39(4): 6-11, 37.

[2] 刘辉,李向民, 许清风. 冲击回波法在套筒灌浆密实度检测中的试验[J]. 无损检测, 2017, 39(4): 12-16.

[3] 林维正. 土木工程质量无损检测技术[M]. 北京：中国电力出版社，2008.

[4] 吴慧敏. 结构混凝土现场检测技术[M]. 长沙：湖南大学出版社，1988.