灌浆套筒饱满度检测与施工质量控制技术_刘远霖.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 4 期 2023 年 2 月Vol.54 No.4 Feb.2023440灌浆套筒饱满度检测与施工质量控制技术刘远霖，苗吉军，刘才玮，刘延春，彭婷婷（青岛理工大学土木工程学院，266520，山东青岛）摘要：灌浆套筒连接方式作为装配式建筑的主要连接方式之一，在实际工程中得到了广泛推广与应用，但当下灌浆套筒连接方式尚未形成完整的应用体系。受限于自身构造及现场施工等原因，常处于带缺陷工作状态，总结当下灌浆套筒常见缺陷状况，针对其灌浆饱满度检测问题，概括现有各类检测方式并对其优缺点进行总结点评，并提出了提高灌浆套筒质量的施工控制要点，为装配式建筑进一步推广奠定基础。关键词：灌浆套筒；缺陷；饱满度；检测；质量控制中图分类号：TU 741 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)04-0440-07TEcHNoloGy oF GrouTiNG slEEvE FullNEss DETEcTioN AND coNsTrucTioN QuAliTy coNTrolLIU Yuan-lin,MIAO Ji-jun,LIU Cai-wei,LIU Yan-chun,PEnG Ting-ting(School of Civil Engineering,Qingdao University of Technology,266520,QingDao,Shandong,China)Abstract:As one of the main connection modes of prefabricated buildings,the grouting sleeve connection mode has been widely promoted and applied in actual engineering but not yet formed a complete application system currently.The grouting sleeve is often in a working state with defects due to the reasons such as the limitations of its own structure and on-site construction,thus the common defects of grouting sleeves at present is summarized;in the terms of the detection of grouting fullness,the existing various detection methods and their advantages and disadvantages are also summarized and commented,and the key points of construction control to improve the quality of grouting sleeve are put forward,laying the foundation for the further promotion of prefabricated buildings.Keywords:grouting sleeve;defect;fullness;inspection;quality control1 灌浆套筒连接存在的质量问题近年来，灌浆套筒湿连接技术在装配式建筑中得到了广泛应用，但其发展时间较短，普及速度较快，且灌浆套筒属于隐蔽工程，施工过程缺少有效监测，因此尚存许多施工质量问题亟待解决1。在实际工程建设中，灌浆套筒接头因试件制作精度、钢筋锚固长度、现场施工人员技术水平及现场施工环境等因素通常会产生各种缺陷2。查阅相关文献3整理了当下灌浆套筒施工过程中存在的缺陷问题，总结如下。（1）灌浆料性能不符合标准要求。使用劣质或过期灌浆料、将初凝的灌浆料回收再利用、误用坐浆料或水泥砂浆等。（2）未正确使用灌浆套筒。套筒与连接钢筋不匹配，与灌浆料适用度差，钢筋锚固长度与套筒参数不符合。（3）灌浆孔道被异物堵塞。由于构件生产及安装导致异物进入灌浆腔、灌浆口和排浆孔道，堵塞孔道，造成灌浆困难，套筒内部浆体不连续。（4）施工原因造成钢筋缺陷或锚固长度低于设计值。现场施工过程管控不严格，操作人员专业化程度低，对钢筋强制就位，甚至将钢筋割短割断，降低锚固长度。另外，钢筋在施工现场因缺乏保护措施发生锈蚀。浇筑作业砂浆溅到钢筋上在外部形成砂浆层，降低了套筒连接性能。（5）预留钢筋在施工安装过程中因碰撞而偏位。由于构件生产及现场吊装过程中受到外部环境扰动，致使钢筋位置出现偏位，无法与套筒设计位置精确对中插接。（6）连通腔施工灌浆路径长，灌浆料因其流动度有限无法完全充盈各个套筒。（7）浆体因灌浆结束后持压时间不充分回流；坐浆层、接缝封堵不严，灌浆口及出浆口封堵不及 时，造成漏浆甚至空腔。（8）复灌时间过长造成腔内浆料初凝硬化，导致出浆口不出浆，夏季气温高易出现此种现象。综上所述，可将灌浆套筒缺陷问题总结为两大 类：施工安装对中不精确等原因造成钢筋有效锚固长度降低以及各种原因耦合造成套筒灌浆不密实。其中收稿日期：20221210基金项目：山东省自然科学基金资助项目（ZR2021ME228）；中国博士后基金资助项目（2018M632640）；山东省博士后创新项目（2019057）作者简介：刘远霖（1997），男，山东德州人，e-mail:1915 .2023 年 2 月441灌浆饱满度对构件质量影响尤为严重，灌浆不饱满容易造成连接强度不足，发生钢筋拔出破坏、灌浆料劈裂破坏及灌浆料拔出等破坏情况，对结构危害极大。对此整理了各类现有套筒灌浆饱满度检测方法，并对其优缺点进行了总结点评。2 套筒饱满度检测方法及其评价2.1 现有饱满度检测方法2.1.1 预埋钢丝法预埋钢丝法是指试件养护一定龄期后，通过拉拔出浆口预埋的高强钢丝，根据拉拔荷载值判断构件灌浆饱满度。盛能宇4、徐珂5为得出最适合工程现场质量检测的预埋钢丝各项指标，分别对不同钢丝直径、锚固长度及不同养护龄期的灌浆套筒试件进行拉拔试验，建议预埋钢丝选用直径 5 mm，锚固长度30 mm，养护 3 d 时进行检测。高润东等6为提高检测效率基于预埋钢丝法，提出了可手动拉拔检测的预埋非接触钢丝成孔法，利用透明塑料管隔离预埋钢丝取消了钢丝锚固段，现场养护 24 h 后即可进行检测，通过拉拔形成孔道，结合内窥镜技术检测灌浆饱满度。2.1.2 内窥镜法内窥镜法指通过成孔技术，向套筒内伸入带有成像及测距功能的内窥镜，通过可视化图像技术对套筒内部脱空缺陷进行检测。李向民等7利用手电钻配合空心圆柱钻在出浆口及出浆口与灌浆口连线位置进行钻孔，沿钻孔孔道底部伸入带有前视镜头的内窥镜，带侧视镜头及测距功能的内窥镜检测灌浆套筒饱满度。工程实测案例表明，钻孔结合内窥镜法检测套筒灌浆饱满度合理可靠，并利用内窥镜测距功能，推导出定量计算套筒密实度计算公式（1）。灌浆饱满度计算简图如图 1 所示。P=8d（xy）/8d100%（1）式中：P 为灌浆饱满度；d 为钢筋直径；x 为通过内窥镜测得的灌浆缺陷深度；y 为锚固长度最高点相对于钻孔孔道底部位置的深度，若钻孔孔道底部高于锚固长度最高点则 y 为正值，反之为负。为减少施工工序，孙彬等8设计了一种预成孔装置，在出浆口处灌浆完成后代替橡胶塞进行封堵。成孔装置由成孔棒及外侧热缩材料构成，与橡胶塞形成组合体。装置外侧热缩材料隔绝灌浆料与成孔棒粘结，且当孔道直径较小时，可通过加热去除热缩材料从而增大孔径，方便内窥镜进入。带测距功能的探头内窥镜钻孔孔道底部xy8y图 1 灌浆饱满度计算简图2.1.3 冲击回波法冲击回波法是采用比超声波具有更大能量、穿透力更强、卓越频率分布更广、更适合频谱分析的冲击波进行检测9。对有缺陷的构件，激振的弹性波滞后反射所用时间比套筒密实构件时间长。根据接收到的反射波，通过频谱分析技术确定回波频率峰值，以此判断灌浆密实度。刘辉等10通过进行冲击回波试验，验证套筒不同布置形式，以及分布筋的存在对冲击回波法检测结果的影响。研究表明，冲击回波法不受分布筋影响可对单排布置套筒定性区分灌浆不密实区，但当套筒双排对称布置、梅花状布置时，冲击回波法无法检测其缺陷区。此外因受到测点间距、测点处接触面粗糙度和套筒壁厚与孔径比的影响冲击回波法无法进行定量检测。2.1.4 预埋传感器法预埋传感器法是在套筒灌浆之前，预埋入阻尼振动传感器，依据灌浆前后传感器所测振幅衰减情况检测灌浆饱满度，传感器构造及测试如图 2 所示。传感器核心元件橡胶塞金属连杆（a）排气孔（b）检测仪器上灌浆机的灌浆管灌浆料套筒传感器连线传感器核心元件钢筋图 2 传感器构造及测试示意（a）传感器的构造示意；（b）传感器的测试示意李向民等11、崔珑等12、吴鹏程等13通过对预制装配剪力墙套筒灌浆饱满度进行检测，验证了预埋传感器检测灌浆饱满度的可行性。检测时将传感器从出浆孔位置水平伸到钢筋表面，自带橡胶塞紧固于出刘远霖，等：灌浆套筒饱满度检测与施工质量控制技术建 筑 技 术第 54 卷第 4 期442浆口，防止传感器被冲出。排气孔朝上保证排气通畅且不发生漏浆。根据灌浆前后振幅衰减情况，可快速判断灌浆饱满度，对首次检测不饱满的试件立即进行二次灌浆，并进行复测，一次性灌浆成功率可达 90%以上，能够实现灌浆质量检测与施工过程管控一体化。通过实验研究，祝雯等14发现不同龄期灌浆料流动度与内部传感器布置方式会影响检测结果。当传感器朝上面放置时，不同于朝侧面放置灌浆料由于自身重力作用剥离而只有少量残留，漏浆后大量灌浆料会附着在传感器表面，收缩硬化后在传感器表面产生拉应力，振动阻力增大从而造成检测幅值变小。灌浆料流动度较大时会附着在传感器上，增大阻力，减小振动值。据此现场检测时应在早龄期，流动度适宜时进行检测，且传感器应朝侧面放置。2.1.5 电信号法电信号法包括电阻法及压电法，是由电信号的变化来反馈套筒灌浆饱满度。随养护龄期增加，灌浆料导电性因含水量减少而发生改变，从而造成电阻值发生改变，据此判断灌浆饱满度。实际工程中灌浆缺陷常出现在试件顶部，据此设计电阻法检测装置（图3）。基座上部墙体外伸导线出浆口套简入浆口电阻表下部墙体探针钢筋探针基座带有绝缘皮探针裸露金属探头图 3 电阻法检测装置示意如图 4 所示，套筒灌浆质量状况不同电流走向不同，电阻值也不同。郭辉等15利用如图 4 所示装置，对模拟不同漏浆程度的套筒进行电阻法检测。结果表明，初始灌浆不饱满电阻值不发生变化；灌浆饱满时，电阻值增长接近一条直线，电阻值在 01 M，而存在缺陷的套筒，电阻值增长迅速可达到几百兆欧，两者相差极大，可判断灌浆饱满度。陈文龙等16利用压电材料的压电效应及材料与（a）（b）（c）图 4 电流线路示意（a）初始灌浆不饱满；（b）灌浆饱满后漏浆；（c）灌浆饱满构件的机械效应，提出了灌浆饱满度的压电阻抗检测方法。图5为压电片与构件耦合示意图，当对材料施加电压时，材料的逆压电效应会产生机械波，机械波反作用于压电材料，又会因正压电效应积聚电荷而产生电压。当构件灌浆饱满度发生改变时，结构阻抗会发生改变从而影响结构阻抗Zs，而机械阻抗决定电导纳信号，根据反馈的电导纳信号检测灌浆饱满度。耦合振动电响应压电片xmck施加交流电压图 5 压电片与构件耦合作用示意通过对单独的套筒与外包素混凝土试件进行试验发现，压电片粘贴位置不影响检测结果，套筒灌浆饱满度均可由电导频谱曲线的振频率偏移变化和峰值变化判断。并选用比较稳定的统计学指标均方根偏 差RMSD作为评价灌浆密实度的量化指标，如式（2）。()2211/nniiiiiRMSDyxx=（2）式中：ix为灌浆密实压电片第 i 个点电导信号；iy为灌浆不密实时压电片第 i 个点的电导信号；n 为信号采集点数，R