装配式混凝土预制构件灌浆连接质量检测技术综述

罗 昆 祝 雯,3 刘碧燕 张艳丽 易骏斌 唐孟雄

（1 广州建设工程质量安全检测中心有限公司)

(2 广州市建筑集团有限公司)

(3 广州市建筑科学研究院集团有限公司）

0 引言

装配式混凝土结构具有低碳环保、建造快、施工便捷、便于统一控制生产质量等特点，在国内得到了大力发展和推广。套筒灌浆连接和浆锚连接是目前装配式混凝土结构预制构件之间的主要连接方式。波纹管浆锚连接质量主要取决于灌浆料对钢筋的锚固力，其不仅与灌浆料和钢筋的握裹力有关，还与波纹管和灌浆料之间的粘结性有关[1]；钢筋套筒灌浆连接质量主要取决于钢筋在套筒内的有效锚固长度，但在实际施工过程中由于灌浆不畅、漏浆、套筒内异物堵塞等情况，出现套筒灌浆不饱满、不密实，导致钢筋的实际有效锚固长度达不到规范要求，从而影响构件连接质量和结构可靠性[1]。因此，套筒灌浆连接和浆锚连接的质量控制对于保证装配式混凝土结构的安全性和可靠性显得尤为重要，而灌浆饱满度则直接影响到构件节点的连接质量[2]。本文对我国装配式混凝土预制构件灌浆连接质量检测技术进行了系统地介绍和分析，为装配式混凝土预制构件灌浆连接质量检测技术的推广应用及后续发展提供参考。

1 预制构件灌浆连接质量检测技术

当前我国对于预制构件灌浆连接质量的检测主要侧重于灌浆饱满度和密实性的检测，相关检测技术主要有机械波法、X 射线法、预埋元件法、成孔内窥镜法、毛细管注水法、直接冲击振动法和红外线热成像法等。

1.1 机械波法

机械波法是一类依据机械波的传播规律而开发的无损检测方法[3]，主要有冲击回波法和超声波法。

1.1.1 冲击回波法

冲击回波法是一种检测混凝土内部结构是否存在缺陷的无损检测方法[3]，属于单面反射测试方法，测试方便、快速、直观。蒋俣等[4]利用冲击回波法在实验室内分别对大直径和小直径的波纹管浆锚连接试件、剪力墙钢筋束浆锚连接接头进行灌浆饱满度测试研究，结果表明冲击回波法可定性判断浆锚连接试件的灌浆饱满度，对大直径波纹管的灌浆饱满度检测结果比对小直径波纹管更准确可靠，且平行双排波纹管灌浆饱满度的检测结果受混凝土保护层厚度及灌浆高度的影响较大，作者通过工程测试应用实例验证了上述研究结果[5]。易家胜[6]基于冲击回波法开发出一套套筒灌浆缺陷检测系统，依据试验检测数据量化分析该套检测系统的检测效果，并通过有限元软件模拟实际缺陷工况对检测结果影响。研究表明，单排套筒布置形式或梅花形套筒布置的检测结果与实际情况基本符合，而检测双排布置的套筒存在一定局限性；横向布置套筒且灌浆饱满度低于75%时，侧面和底面检测结果与实际结果均有一定偏差。冲击回波法属于事后检测，可定性判断套筒内灌浆缺陷，但无法具体分析灌浆缺陷的尺寸及深度。目前冲击回波法仅适用于初步定性判断灌浆连接质量，后续可结合其他定量分析方法综合判断灌浆连接质量。

1.1.2 超声波法

由于超声波在不同介质下传播速度不同，可利用这一特点探测某一物体内部情况[7]，目前许多学者将超声波应用于灌浆缺陷检测。聂东来等[7]研究发现超声波在钢筋灌浆套筒内部传播的路径不同，可利用首波声时法探测钢筋灌浆套筒内部灌浆料的填充情况，依据超声波的幅值可定性判断内部灌浆缺陷情况，该方法仅限于单排布置的钢筋灌浆套筒，对于双排布置的钢筋灌浆套筒存在较大检测结果偏差。徐立斌等[8-9]采用钢管外包混凝土、内插钢筋，且钢管内注入不同高度水泥基灌浆料的形式模拟实际工程中钢筋套筒灌浆缺陷的工况，运用超声波法检测套筒中灌浆料的填充情况。结果表明超声波法可快速判断出套筒内部灌浆缺陷，调整超声的声速、频率等参数可具体定性分析灌浆缺陷情况，而对于实际工程中可能存在的灌浆缺陷等问题，可结合内窥镜进行综合定性定量判断。郝雨杭等[10]采用超声断面成像法对内置钢筋灌浆套筒的混凝土剪力墙进行检测分析，结果表明超声断面成像法依据超声传播时间可快速判断钢筋套筒内部是否存在灌浆缺陷，但可能存在误判，需结合其他方法做进一步的验证，而对于内插钢筋直径小于20mm 的套筒则无法准确识别出其内部是否存在灌浆缺陷。李峰[11]依据超声反射波在钢板-空气、钢板-混凝土两种界面上的衰减系数存在明显差异，利用2.5MHz 和5MHz 双晶探头测量钢筋灌浆套筒表面超声反射波的衰减系数来判断套筒内部灌浆情况，但该方法的双晶探头耦合受钢筋套筒外侧混凝土开凿情况、套筒外侧表面特征等因素影响大，实际工程的检测可能与实验室检测结果存在较大偏差。马川峰等[12]运用超声法检测不同灌浆饱满度的浆锚灌浆孔道，依据超声波在套筒不同位置的传播速度差异引入波速比评价浆锚搭接连接接头的灌浆饱满度。超声波法同样属于事后检测，可快速定性检测灌浆饱满度，操作简便、可靠性高，实验室阶段运用比较成熟，但仅适用于单排布置的套筒灌浆质量检测，较难适用于目前实际工程中采用的双排布置钢筋套筒灌浆质量检测。

冲击回波法属于单面反射检测方法，实际检测时只需在试样一侧放置检测设备即可完成检测，一般适用于大厚度混凝土结构构件的节点灌浆连接质量检测；超声波法属于双面反射检测方法，实际检测时需在试样两侧放置超声发射器和接收器，对现场检测条件要求高，实际工程中较少采用。

1.2 X 射线法

X 射线法是基于X 射线能够穿透物质且具有同物质特性相关的衰减规律这一特点开发的一种无损检测方法[3]，目前在灌浆饱满度检测方面已大规模使用。赵广志等[13]利用X 射线数字成像技术对预制柱内钢筋套筒灌浆情况进行现场检测，经过研究对比、实例验证，X射线数字成像技术能较为准确检测预制柱内部套筒的钢筋锚固长度及具体灌浆情况，实际工程检测中为保证检测结果与实际情况相符应相应增加厚度补偿。李向民等[14]分别对预制剪力墙内钢筋套筒试件和预制夹心保温剪力墙内钢筋套筒试件采用X 射线数字成像技术（DR）、X 射线胶片成像技术、X 射线计算机成像技术（CR）检测方法进行试验研究，结果表明DR 的检测效果比胶片成像法和CR 更清晰，检测结果更为准确可靠，具有广阔的应用前景。DR 检测技术目前广泛应用于单排居中布置或梅花形布置的钢筋套筒灌浆饱满度检测，但双排对称布置的钢筋套筒灌浆饱满度检测需结合内窥镜等方法综合分析判断其灌浆质量。许国东等[15]设计制作内埋不同灌浆饱满度的钢筋套筒试件的混凝土剪力墙，采用X 射线数字成像技术（DR）检测套筒的具体灌浆情况，研究表明DR 检测技术可快速准确判断套筒的灌浆饱满度情况和钢筋锚固长度，但DR 检测技术受限于实际工程中混凝土厚度等因素，对于厚度超过270mm 的钢筋混凝土结构不适用。孙正华等[16]采用便携式X 射线技术检测大直径和小直径波纹管的浆锚搭接连接试件，结果表明便携式X 射线技术可快速定性识别波纹管内部灌浆缺陷具体情况和内部钢筋的位置及锚固长度，从而定量判断套筒内部灌浆饱满度，有效评价浆锚搭接连接的灌浆质量；但X 射线技术检测双排布置的浆锚搭接连接试件效果不明显，判断准确性较差，需进行进一步测试和研究。目前实际工程中X 射线技术操作简易、可靠性高、应用广泛、应用前景广阔，但对于双排布置的灌浆连接试件或较厚的钢筋混凝土结构试件的检测存在一定的局限性，一般需要结合其他有效的检测手段综合分析判断内部灌浆质量。此外，该方法具有辐射性，在现场实际检测时需做好安全措施。

1.3 预埋元件法

预埋元件法是指接头连接试件灌浆成型前预先放置检测元件，通过检测设备及检测元件对接头连接试件内部灌浆质量进行检测的一种检测方法[3]。目前常用的有预埋阻尼传感器法和预埋钢丝拉拔法。

1.3.1 预埋阻尼传感器法

阻尼传感器周围的物质不同时，其阻尼系数和振幅衰减速率有明显差异，可根据这一特性来判断阻尼传感器周围是否被灌浆料包围，再据此定性评价灌浆质量[17]。此外，由于预埋阻尼传感器法一般应用于实际灌浆过程中，因此当现场检测出灌浆质量不合格时，可立即进行二次灌浆修补，有效保证了接头连接质量。祝雯等[17]研究钢筋灌浆套筒中不同介质对阻尼振动能量值的影响，并据此确定灌浆质量评价指标的具体范围。结果表明阻尼振动能量值＜100 作为套筒内部灌浆料拌合物饱满的判定条件，阻尼振动能量值＜50 作为套筒内部硬化灌浆料饱满的判定条件。李向民等[18]采用预埋阻尼传感器法检测实际工程实际中钢筋套筒的灌浆饱满度，并对灌浆不合格的试件进行二次灌浆修补。结果表明，预埋传感器法准确率高、结果可靠、实际工程中可快速识别钢筋套筒内部具体灌浆情况，同时对灌浆质量不合格的连接节点立即进行补灌，实现灌浆质量检测与管控一体化。赵军等[19]采用阻尼传感器检测不同灌浆工艺的钢筋套筒内部灌浆质量，根据阻尼传感器获得的振幅信号来判断传感器周围的物质是否为灌浆料，再据此分析套筒内部灌浆情况，检测过程中发现灌浆不饱满，可及时进行补灌。预埋阻尼传感器法属于事中检测，具有易于判别、准确率高、可靠性强、可快速识别钢筋套筒内部具体灌浆情况并及时补灌等优点，目前已纳入相关技术标准，正处于大规模推广实行阶段。但预埋阻尼传感器法也存在一些局限性，如灌浆成型前需预埋阻尼传感器，工作量大，耗费时间和经济成本；预埋的阻尼传感器无法回收利用，不具备经济性；只能依据预埋传感器的位置来判断接头连接试件的灌浆质量，无法检测出其他位置的灌浆缺陷。因此还需进一步研究探讨并完善预埋阻尼传感器法。

1.3.2 预埋钢丝拉拔法

预埋钢丝拉拔法是指灌浆前在套筒出浆口预埋高强钢丝，待灌浆料养护一定时间后，对预埋钢丝进行拉拔，根据拉拔荷载值判断灌浆饱满程度[3]。高润东等[20]采用预埋钢丝拉拔法分别对实验室和工程现场的套筒灌浆饱满度进行检测，通过对比实验得出预埋钢丝拉拔法可快速准确检测套筒灌浆饱满度，检测结果与实际工程结果基本吻合，具有简易实用、经济高效等优点。同时基于上述研究改进预埋钢丝拉拔法[21]，采用透明塑料管将预埋钢丝与灌浆料隔离，实现手动拉拔钢丝，操作简单易行。此外，还可结合内窥镜观察钢丝拉拔后套筒内部灌浆具体情况，对内部灌浆缺陷进行成像分析并测量灌浆缺陷具体尺寸实现对灌浆质量的定量判断。史岩民等[22]采用预埋钢丝拉拔法检测实际工程中装配式混凝土剪力墙结构的套筒灌浆连接接头的灌浆饱满度，并采用内窥镜进行核验。结果表明基于拉拔荷载值的预埋钢丝拉拔法进行灌浆饱满度的初步判定，再采用内窥镜核验初步判定结果以进一步提高判定结果的准确性，检测效果显著，结果可靠稳定，且可采取扩孔注射等方式对灌浆不饱满的套筒灌浆连接接头进行修补，确保其质量安全可靠。基于拉拔荷载值的预埋钢丝拉拔法具备操作简单实用、经济高效、效果显著、结果可靠等优点，结合内窥镜等检测手段对内部灌浆质量进行快速、准确定量判断，但预埋的钢丝易受现场施工影响或破坏，且检测结果滞后，无法指导补灌作业。

1.4 成孔内窥镜法

成孔内窥镜法是指在套筒壁上灌浆硬化前预先成孔或灌浆硬化后钻孔，再采用内窥镜等检查设备对套筒内部具体灌浆情况进行检测的一种检测方法[3]。目前常用的有预成孔内窥镜法和钻孔内窥镜法。

孙彬等[23]研发出一种预成孔装置，灌浆结束后将该装置放入套筒出浆孔，待灌浆料硬化后取出即可形成检测孔道，再结合内窥镜观察套筒内部具体灌浆情况。由于漏浆等问题造成的灌浆缺陷一般位于套筒顶部，因此在套筒出浆孔采用预成孔内窥镜法能够有效检测套筒内部灌浆饱满度情况，利用内窥镜三维成像数字扫描技术可准确测量灌浆缺陷具体参数，定量分析套筒内部灌浆质量。肖顺等[24]采用钻孔内窥镜法检测实际工程的套筒灌浆连接接头的灌浆情况，结果表明钻孔内窥镜法的检测结果高效直观、可靠稳定，可依据实际现场检测结果对灌浆不饱满套筒进行补灌，确保灌浆质量达到设计要求。高峰等[25]研发出装配式建筑灌浆饱满度检测成套关键技术，将出浆口超声法和内窥镜法有机融合起来。实际工程检测过程中，先采用出浆口超声法对大量装配式构件的连接接头试件进行快速定性检测，筛选出存在灌浆缺陷、检测效果不明显或结果存疑等连接接头试件，再采用内窥镜法对上述连接接头试件的内部灌浆饱满度情况进行准确定量检测。这一技术可实现套筒灌浆饱满度的快速高效、准确可靠检测，有利于在工程实际中大规模推广使用。成孔内窥镜法用于检测装配式构件连接接头试件的内部灌浆饱满度情况是切实可行的，具备检测结果直观、可靠有效等优点，在工程实际中往往基于其他定性检测手段的检测结果再采用内窥镜等检测设备进行进一步的分析判断，大幅提高检测技术的效率、准确度和可靠性。

1.5 毛细管注水法

熊远亮等[26-27]提出了一种操作简单、成本低、效果明显的毛细管注水法用于检测套筒灌浆饱满度，并依据该方法进行了实验室与工程实际现场对比试验研究，验证其可行性。毛细管注水法的检测原理是将毛细管出水口预埋在套筒内部某一位置，若灌浆料灌浆至毛细管出水口预埋位置则会堵塞毛细管导致其注水量明显减少，因此可根据注水量变化来判断毛细管是否被堵塞，进而确定灌浆料是否灌浆至毛细管出水口预埋的位置，即套筒内部灌浆饱满度情况。毛细管注水法选用内径为0.6mm 的毛细管，通过压力注水仪将水注入毛细管，若毛细管的注水量大于2 毫升后仍能够持续注水，则判定毛细管未被堵塞，即套筒内部灌浆饱满度不合格；若毛细管的注水量小于2 毫升，则判定毛细管被堵塞，即套筒内部灌浆饱满度合格。此外，作者还提出一系列措施提高毛细管注水法检测套筒内部灌浆饱满度的准确率，降低误判率，如灌浆前注水口封堵、出水口刷油可预防灌浆料回浆时堵塞毛细管；灌浆前高黏泡棉预固定、灌浆后橡胶塞固定可防止灌浆时毛细管被冲偏等。毛细管注水法属于事中检测，具有操作简便易行、经济合理、检测效果显著、可指导补灌作业等优点，目前尚处于实验室试用阶段，其应用前景广阔。

1.6 直接冲击振动法

王奎华等[28]和郑茗旺等[29]基于传统冲击回波法检测原理及相关技术手段提出了直接冲击振动法用于检测套筒内部灌浆密实度，并依据该方法进行了不同灌浆密实度的室内原型试验，探究定量判断套筒内部灌浆密实度的分析方法。直接冲击振动法的检测原理是套筒内灌浆密实度与内插钢筋的水平刚度之间有某种相关关系，而水平激振后的钢筋的振动信号特征参数与其水平刚度存在一定函数关系，因此可对经水平激振后的钢筋的振动信号特征参数进行采集分析，建立各特征参数与套筒内部灌浆密实度之间的变化关系式，从而定性及定量判断钢筋套筒内部灌浆密实程度。通过铁锤敲击传力棒获得一个施加给钢筋的短脉冲水平激振，利用全桥应变片采集钢筋振动信号特征参数，根据套筒内部灌浆密实度与振动信号的特征参数之间的数据统计关系建立变化关系式，从而实现对大批量钢筋套筒内部灌浆密实度情况进行定性和定量判断。直接冲击振动法与冲击回波法类似，可快速准确判断钢筋套筒内部是否存在灌浆缺陷，适合大批量钢筋套筒灌浆质量检测，但其建立的灌浆密实度与振动信号特征参数之间的变化关系式在实际工程运用过程中容易受现场环境等因素制约而存在一定局限性。

1.7 红外线热成像法

雒加岩等[30]在传热学和热辐射理论的基础上，利用红外线热成像法对纯钢筋灌浆套筒和具有一定混凝土保护层厚度的钢筋灌浆套筒的灌浆饱满度情况进行检测分析研究。红外线热成像法的检测原理是导热系数作为热量传递的重要参数，套筒、灌浆料以及空气的导热系数存在明显差异，对钢筋灌浆套筒进行主动热源激励时，套筒内部灌浆缺陷处的空气会阻碍热量传递，导致灌浆缺陷处的温度相比于灌浆饱满处的温度较高，根据红外线热成像中套筒内部温度的异常情况来定性判断套筒内部是否存在灌浆缺陷。结果表明，套筒与灌浆料的导热系数相差越大，红外线热成像技术识别灌浆缺陷的效果越明显，且对于预埋在一定混凝土保护层厚度的钢筋灌浆套筒采用红外线热成像技术检测也具有良好的检测效果。目前来看，在实验室阶段红外线热成像技术可快速识别出钢筋灌浆套筒试件内部灌浆缺陷位置及相应尺寸参数，但容易受现场环境、技术水平等因素制约，在实际工程中较难大规模采用该技术检测装配式构件中套筒灌浆连接接头的灌浆质量。

2 结论与展望

⑴常用的预制构件灌浆连接质量检测技术中，X 射线数字成像法、预埋阻尼传感器法和成孔内窥镜法具有操作简便易行、研究充分、检测结果准确可靠等优点，目前实际工程中大部分均采用上述三种技术。

⑵对于灌浆事中检测及质量控制，可采用预埋阻尼传感器法及相应补灌措施；对于灌浆事后检测，可采用X 射线数字成像法大批量检测与成孔内窥镜法校核相结合的方法。

⑶目前研发出的新型灌浆饱满度检测技术大部分正处于实验室检测或实际工程现场比对研究阶段，后续还需针对具体检测方案、评定指标等进行相应的工程实际试行研究，同时提出配套检测方案及检测标准或规范，逐步在实际工程中推广应用。

⑷检测技术的后续发展可结合人工智能、大数据等技术建立相应的灌浆饱满度和密实性的检测数据库，对现有检测技术手段进行升级优化，提高检测效率和精度；提出一系列灌浆质量检测、评价和补灌等技术方案，为保障我国装配式混凝土结构安全性和可靠性提供有力技术支持。