卞德存1、2、3、邵继喜1、2、3、 张焱森1
广州市市政工程试验检测有限公司，2. 广州市建筑科学研究院有限公司，3. 华南理工大学 土木与交通学院
摘 要: 超声波无损检测技术混凝土结构内部缺陷检测的重要手段。本文通过物理模型试验，对含灌浆缺陷的混凝土模型内部套筒进行超声波检测试验，试验结果表明：依靠双面对测的形式对套筒区域进行逐点超声波测试，可以较好地检测出套筒内部无灌浆区域。可将该检测方法应用于装配式剪力墙等预制构件的套筒灌浆密实度检测当中。
关键词: 套筒；灌浆密实度；超声波；波速
中图分类号： 文献标志码：
1.引言：
随着装配式建筑模式的迅速推广，其建筑结构的质量检测日益受到工程技术人员的关注。与传统现浇模式相比，装配式建筑采用预制构件相连接的方式构建主体结构，构件连接节点的强度将直接关系到建筑物结构的整体安全性。目前，预制构件的主要连接方式是采用钢筋套筒灌浆连接，而钢筋套筒在灌浆施工过程中，容易因漏灌、漏浆等原因，造成套筒内部出现灌浆不密实缺陷，进而降低其内部的钢筋连接强度。因此，需要对套筒内的灌浆密实度进行检测，进而保证预制构件间的连接质量。
由于钢筋套筒属于隐蔽结构，其内部结构复杂，如何对其内部的灌浆饱满程度进行进行，一直是业界的技术难点。目前，已纳入套筒灌浆质量检测规范的检测方法有钢丝拉拔法、阻尼振动传感器法，X射线法。上述检测方法在实际应用时，存在诸如检测区域仅局限于出浆口、无法做到随机抽检以及检测成本高、检测安全性差等问题。本文利用实际物理模型，对混凝土结构中含缺陷灌浆套筒进行超声波测试，对超声波检测技术在灌浆套筒密实度检测当中的适用性进行研究。
2.套筒超声波检测原理
套筒灌浆质量超声波检测原理与传统超声波缺陷测试一致，该方法是利用超声波仪产生的高压电脉冲，激励超声波发射换能器内的压电晶体，进而获得高频声脉冲。声脉冲传入混凝土介质中，由于声波的传播速度与介质的属性有关，在混凝土或灌浆料介质中，超声波产生的应力强度较低，材料将处于完全弹性状态，其波速可按(1-1)式计算：
.png)
(1-1)
式中：E介质弹性模量；v介质泊松比；ρ介质密度。
当套筒内部存在灌浆空洞缺陷时，声波穿过空洞位置将发生透射、绕射及衰减，波速将出现下降，接收换能器测得的声时增长，因此可由套筒构件另一端的超声换能器检测透射信号首波到达时间，进而判断灌浆是否存在缺陷，套筒超声波检测原理如图1所示。
考虑到套筒结构为多种介质组合而成的复合结构，超声波在穿过含套筒混凝土结构时，其传播路径并非完全是直线传播。一般情况下，当套筒内部灌浆密实时，超声波将直接穿过套筒，沿径向直线传播；当套筒内部灌浆料存在孔洞缺陷时，超声波将在缺陷区域产生绕射，越过缺陷范围后继续透射灌浆料（见图1），且有灌浆缺陷套筒的超声波声时均大于灌浆密实声时。
.png)
图1灌浆套筒超声波检测原理示意图
2.预埋套筒模型试件准备
2.1灌浆缺陷套筒制作
试验采用GTZ16标准套筒，如图2所示，为方便控制灌浆饱满程度，灌浆过程均在混凝土浇筑前完成，内部灌浆量采取内窥镜观察，以保证液面高度（灌浆后内部液面情况见图3）。灌浆料采用套筒连接专用高强无收缩灌浆料，水灰比0.12。本次灌浆缺陷套筒共设置2组，分别为0%灌浆以及50%灌浆，另设一组无缺陷100%灌浆套筒，如图4所示。
.png)
图4 灌浆套筒缺陷设置情况
2.2混凝土模型制作
本次试验是将灌浆后的套筒埋设进混凝土结构中。混凝土模型尺寸为300mm×300mm×500mm，混凝土按C35设计，水灰比0.40，经搅拌后倒入钢制模具（图5）中，模具内套筒布置情况如图6，模具内混凝土经振捣捣实（图7）。经7天初凝，拆模并对模型进行淋水养护（图8）至30天终凝。受限于模具数量，模型分两批浇筑，每批2个模型，共计四个。
.png)
图7 混凝土振捣 图8 拆模及模型养护
3.试验方案
本次试验共设置四组混凝土试验模型，模型设置见表1，内部缺陷情况如图9所示。
表1 混凝土模型缺陷设置情况
.png)
超声波测试方式采用两面平行对测，先在测区的两对平行表面上 ,分别画出间距为30mm的网络 ,并逐点编号 ,定出对应测点的位置，模型测区表面共设计有13×5个矩阵式排列测点，测点区域完全覆盖套筒及周边区域，测点尺寸30mm×30mm，如图9所示。对采集到的超声波首波时间换算为超声波波速。
.png)
图9 混凝土模型上的测区划分
（圆点处为进浆孔及出浆口）
4.试验结果与分析
图10为四个混凝土模型的测区超声波波速分布云图从图中可以看出，1号、2号混凝土模型的整体波速较为接近，3号、4号混凝土的整体波速较为接近，这是由于1、2号模型与3号、4号模型是分两批次浇筑而成，在混凝土配比、装填、振捣上难以做到完全一致，进而引起混凝土波速差异。
.png)
图10 混凝土模型的测区超声波波速分布云图
从图10可以看出，内部不含套筒的1号混凝土模型测区内波速分布较为均匀，且平均波速偏大，无套筒干扰时，模型得以较好地进行振动捣实，从而获得较为密实的混凝土浇筑质量；2号试件中套筒内部灌入50%灌浆料，上部靠近出浆口位置存在灌浆不密实缺陷，测区的波速分布云图中显示出该区域超声波波速存在较为明显的下降；3号套筒测区波速整体较为均匀，但比1号模型略低，并且未见明显低波速区域，这就意味着当测区波速均匀且内部存在套筒时，可认为套筒内部灌浆密实；4号套筒内部无灌浆，属于漏灌缺陷，模型测区超声波波速分布云图可见狭长的低波速区域，该区域近似对应空置套筒的埋设位置，可见通过超声波对测的方式，以低波速区域判定套筒内部灌浆缺陷具有一定的可操作性。
5.结论
1、混凝土模型在浇筑过程中，混凝土浇筑批次不同，平均波速也略有差异，其中无套筒纯混凝土模型平均波速较高，浇筑质量较好。
2、50%灌浆的混凝土模型，波速在灌浆缺陷部位出现低波速区，100%密实灌浆的混凝土模型则波速分布均匀，不存在可辨别的缺陷；无灌浆的混凝土模型，则有较为明显的狭长型低波速区域，与空套筒位置对应。
3、超声波对测可定性判定套筒是否存在灌浆不密实的情况。
参考文献
[1] 黄湘平,史承明.超声波检测混凝土不密实区和空洞[J].陕西工学院学报,2005(02):59-61+65.
[2] 姜绍飞,蔡婉霞.灌浆套筒密实度的超声波检测方法[J].振动与冲击,2018,37(10):43-49.
[3] 董清华. 混凝土超声波,声波检测的某些进展[J]. 混凝土, 2005, 000(011):32-35.
[4] 张治泰 邱平. 超声波在混凝土质量检测中的应用(建筑工程质量控制丛书)[M]. 化学工业出版社, 2006.
[5] 茹世荣. 水工结构混凝土超声波无损检测技术应用[J]. 吉林水利, 2017.
[6] 郭增强 李玉云. 超声波检测混凝土内部缺陷的分析与探讨[J]. 2018.
[7] 陈国栋. 超声波在混凝土桩基础无损检测中的应用研究[D]. 武汉理工大学, 2005.
[8] 刘洋, 张玉清. 超声波检测混凝土空洞[J]. 中国科技信息, 2007(11):67-68.
[9] 朱逸谦, 杨兆坚. 超声波检测混凝土构件的影响因素[J]. 广州建筑, 2002, 000(005):25-28.
基金项目：广州市建筑集团有限公司科技计划项目（2019KJ012）