吳玉龍，趙建華，顧 盛，孫 彬，陳滿軍

(1.昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，昆山 215337；2.南京市建筑安裝工程質(zhì)量檢測中心，南京 210017；3.中國建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)主要通過節(jié)點連接將預(yù)制構(gòu)件裝配成整體，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載的功能。套筒灌漿連接作為上下層豎向構(gòu)件對接應(yīng)用最為廣泛的連接方式之一，其連接質(zhì)量直接影響結(jié)構(gòu)整體的受力性能，影響因素包括鋼筋的插入長度、灌漿的飽滿度以及灌漿料的質(zhì)量?？箟簭姸仁窃u判灌漿料質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一[1-2]。

成品灌漿料的強度主要受水料比、齡期和環(huán)境條件等因素的影響，原則上其強度是能夠保證的,然而實際調(diào)研過程中卻發(fā)現(xiàn)諸多問題：① 由于灌漿料成本高或現(xiàn)場供應(yīng)不足，作業(yè)人員仍然繼續(xù)使用已過保質(zhì)期或品質(zhì)不達標(biāo)的灌漿料；② 使用已超過初凝時間的灌漿料，以節(jié)省工期和材料成本；③ 作業(yè)人員缺少常識或粗心大意，誤用坐漿料，甚至誤用水泥砂漿；④ 當(dāng)現(xiàn)場灌漿料較為黏稠或灌漿攪拌設(shè)備老化造成灌漿效率低時，作業(yè)人員隨意增大水灰比以提高灌漿效率。這些情況都將造成灌漿料水灰比過大或質(zhì)量不合格，直接導(dǎo)致其強度達不到標(biāo)準(zhǔn)要求，給結(jié)構(gòu)埋下嚴重的安全隱患[3]。

鑒于以上問題，對工程項目的套筒灌漿連接節(jié)點進行灌漿料抗壓強度的現(xiàn)場檢測是必須的，這不僅有利于保證裝配式建筑的連接質(zhì)量，也有利于促進施工技術(shù)水平的提高。

1 現(xiàn)有檢測方法

1.1 同條件試件法

同條件試件法主要對施工現(xiàn)場灌漿作業(yè)時留置的同條件灌漿料棱柱體試件[尺寸為40 mm×40 mm×160 mm(長×寬×高)]進行抗壓強度試驗，并將其抗壓強度作為判斷套筒內(nèi)灌漿料抗壓強度是否達標(biāo)的依據(jù)。同條件試件法的實施現(xiàn)場如圖1所示。該方法作為一種必要的管控手段，雖能夠在一定程度上反映套筒內(nèi)灌漿料的抗壓強度，但試件未必能真實對應(yīng)結(jié)構(gòu)實體，故其抗壓強度檢測結(jié)果無法很好地表征套筒內(nèi)灌漿料的真實抗壓強度。此外，若同條件試件的抗壓強度檢測結(jié)果為不合格，則仍然需要采取灌漿料抗壓強度的實體檢測方法以形成閉環(huán)。

圖1 同條件試件法實施現(xiàn)場

1.2 小芯樣法

小芯樣法是由孫彬等[4-5]提出的一種檢測套筒灌漿料實體抗壓強度的方法，也是最早誕生的方法。該方法步驟如下：① 先對孔道的灌漿料連同PVC(聚氯乙烯)管進行鉆芯取樣；② 對樣品進行切割、磨平加工；③ 對小芯樣進行抗壓試驗，計算抗壓強度，并經(jīng)統(tǒng)計分析后獲得套筒灌漿料抗壓強度的檢測結(jié)果，小芯樣法的實施現(xiàn)場如圖2所示。通常情況下，受PVC管內(nèi)徑的限制，小芯樣直徑一般為17～23 mm。在現(xiàn)有條件下將其加工為外觀完整、高徑比、表面平整度和垂直度均符合要求的試樣有一定難度，且試樣尺寸很小，抗壓試驗的結(jié)果可能表現(xiàn)出過大的離散性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可用。

圖2 小芯樣法的實施現(xiàn)場

1.3 表面硬度法

圖3 表面硬度法的剪力墻模型及抗壓強度檢測現(xiàn)場

由于套筒內(nèi)的灌漿料已隱蔽，無法直接檢測其強度，所以同小芯樣法類似，表面硬度法也是通過檢測孔道來間接表征套筒內(nèi)灌漿料強度的。同樣受限于PVC管規(guī)格，孔道內(nèi)灌漿料與外界的接觸面很小，大大增加了檢測難度?；谏鲜鲈砗涂椎罈l件等特征，顧盛等[6]提出了采用具有細長沖擊頭的DL型里氏硬度計對灌漿孔道或出漿孔道灌漿料的外端面進行硬度檢測，再利用已建立的測強曲線換算得到灌漿料抗壓強度的方法，并獲得專利授權(quán)。吳玉龍等[7-8]就表面硬度法開展了較為深入的研究，調(diào)研了硬度法檢測水泥基膠凝材料的相關(guān)文獻，較為科學(xué)地分析了方法原理并論證了其可行性，利用灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試件和模擬孔道試件進行了較為系統(tǒng)的試驗(見圖3)。試驗結(jié)果表明，在灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試件和模擬孔道試件上，灌漿料表面硬度檢測的重復(fù)性良好，表面硬度與抗壓強度具有極強的指數(shù)函數(shù)相關(guān)性，所建立的測強曲線的相關(guān)系數(shù)R分別為0.947和0.871，平均相對誤差δ為7.75%和11.0%，相對標(biāo)準(zhǔn)差er為9.73%和14.5%。

根據(jù)在模擬孔道試件上建立的測強曲線，并依照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 23-2011 《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術(shù)規(guī)程》 中第6章的第6.3條對專用測強曲線的規(guī)定(平均相對誤差δ≤12%，相對標(biāo)準(zhǔn)差er≤14%)，明確了擬合所得的測強曲線基本達到該標(biāo)準(zhǔn)要求(較統(tǒng)一測強曲線和地區(qū)測強曲線更嚴格)，表明了在實驗室條件下，表面硬度法具備科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可靠性。

綜上可知，表面硬度法作為一種實體檢測的間接法，相比于同條件試件法，能更真實地反映構(gòu)件的質(zhì)量；相比于小芯樣法，其具有無損、快速、輕便、高效和便于大量抽檢等明顯優(yōu)勢。對于套筒灌漿料實體抗壓強度的檢測，表面硬度法是一種優(yōu)選的方法，該方法雖取得了一定的理論和試驗成果，但僅局限于室內(nèi)試驗而未進行實際工程驗證。由于工程現(xiàn)場環(huán)境較實驗室的復(fù)雜得多，所以在該條件下，其是否仍具有可行性和準(zhǔn)確性，有待進一步研究和驗證。

2 測強曲線的工程驗證

為進一步探明表面硬度法檢測套筒灌漿料實體強度的可靠性，文章將通過實際工程的應(yīng)用對該方法本身及已建立的測強曲線加以研究和驗證。

2.1 項目概況

某三十二層樓的結(jié)構(gòu)形式為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻構(gòu)件(部分)采用鋼筋套筒灌漿連接。根據(jù)項目進度，研究小組擬隨機抽取第十七層部分剪力墻構(gòu)件的灌漿連接節(jié)點，采用表面硬度法對其灌漿料實體的抗壓強度進行檢測，以驗證該方法的可靠性。

2.2 檢測方案

2.2.1 儀器設(shè)備

試驗采用的是與實驗室試驗相同的配備DL型沖擊裝置的里氏硬度計(型號為TIME5350)，測量范圍為170 (HL)960 (HL)。在檢測前，先將其在標(biāo)準(zhǔn)鋼砧上進行率定，若率定結(jié)果在(878±30) (HL)范圍內(nèi)，則表明設(shè)備工作狀態(tài)良好；若設(shè)備率定值異常，則須立即對其進行校準(zhǔn)或更換其他符合要求的設(shè)備。

2.2.2 檢測范圍及內(nèi)容

隨機選擇第17層的6個剪力墻構(gòu)件，分別進行7，14,28 d齡期下的套筒灌漿料實體抗壓強度檢測評定。所抽檢剪力墻構(gòu)件的套筒均采用“梅花形”布置，28 d的抗壓強度設(shè)計值為不低于85 MPa。抽檢構(gòu)件的軸線位置及檢測參數(shù)如表1所示，所在位置如圖4所示。

表1 灌漿料實體抗壓強度抽檢構(gòu)件的軸線位置及檢測參數(shù)

2.2.3 檢測過程

為順利進行后續(xù)的檢測工作，前期已與建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工總包單位和專業(yè)套筒灌漿隊伍等進行了充分溝通，溝通內(nèi)容主要包括：① 在灌漿結(jié)束后，配合采用帶平整內(nèi)端面的橡膠塞對灌漿口和出漿口進行封堵；② 灌漿完成1～2 d后拔除橡膠塞，使灌漿料表面與外界進行正常的熱量和水分交換，確保自然養(yǎng)護環(huán)境；③ 根據(jù)抽檢的剪力墻構(gòu)件，各制作1組灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試件，并將其置于剪力墻構(gòu)件附近，與套筒內(nèi)的灌漿料一起在現(xiàn)場同條件下養(yǎng)護(見圖5)，同時須對同條件試件采取妥善的保護措施，避免發(fā)生損壞或丟失。

當(dāng)灌漿料養(yǎng)護至相應(yīng)齡期時，按照表1的參數(shù)，分別對各齡期下套筒灌漿料實體的抗壓強度進行檢測。主要步驟為：① 查看設(shè)計資料，在現(xiàn)場找到相應(yīng)的待檢剪力墻構(gòu)件；② 在所選剪力墻構(gòu)件上隨機抽取4個灌漿套筒，并在套筒外側(cè)的混凝土上進行編號，為1#～4#；③ 觀察1#套筒灌漿和出漿兩個孔道內(nèi)的外觀質(zhì)量情況，若漿料狀態(tài)較為飽滿、表面平整、光潔，氣孔等缺陷較少(不要求完全無缺陷)，則判定其符合檢測面的要求，可用于表面硬度檢測(見圖6)，若表面狀態(tài)不滿足上述要求，則判定檢測面不符合要求，須更換選擇其他套筒并重新進行編號；④ 在1#套筒檢測面符合要求的前提下對灌漿料表面硬度進行檢測；⑤ 1#套筒檢測完成后，再對2#，3#，4#套筒重復(fù)上述第③，④步驟直至所有套筒檢測完畢。

圖4 抽檢構(gòu)件所在位置示意

圖5 同條件試件留置現(xiàn)場

在對孔道內(nèi)的灌漿料表面硬度進行檢測時，一方面，盡量保證沖擊裝置垂直于檢測面；另一方面，保證在同一孔道內(nèi)相鄰的兩個測點間距至少為3 mm。一般每個套筒采集4個表面硬度，即每個剪力墻構(gòu)件的4個套筒為1組，共計16個表面硬度。

圖6 檢測面外觀質(zhì)量檢查情況

2.3 檢測結(jié)果及分析

2.3.1 表面硬度法檢測結(jié)果

圖7 兩種方法的檢測結(jié)果對比及相對誤差分布

表2 灌漿料實體抗壓強度的檢測結(jié)果

(1)

(2)

2.3.2 同條件試件檢測結(jié)果

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 408-2019 《鋼筋連接用套筒灌漿料》 中的方法對同條件試件進行試驗和評定，得到該組試件的抗壓強度平均值(見表3,每個試件折斷為A、B兩段)。

表3 同條件試件抗壓強度的檢測結(jié)果

2.3.3 結(jié)果分析和對比

為驗證表面硬度法的檢測結(jié)果是否可靠，將表面硬度法與同條件試件法獲得的剪力墻構(gòu)件套筒灌漿料實體抗壓強度的結(jié)果進行對比分析，并計算二者的相對誤差，其計算結(jié)果和分布分別如表4和圖7所示。由表4可知，表面硬度法得出的抗壓強度平均值與同條件試件法的較為接近，二者的相對誤差范圍為5.55%～10.79%(小于11%)。對于工程實際而言，該誤差是可以接受的，進一步論證了表面硬度法的可靠性較好。

表4 兩種方法的檢測結(jié)果及相對誤差

3 結(jié)語

(1) 對連接鋼筋套筒的灌漿料抗壓強度的檢測方法進行了研究和討論，較為全面地分析了現(xiàn)有3種方法各自的特點，并論證了表面硬度法是優(yōu)選方法，具有能夠真實地反映實際灌漿質(zhì)量，且無損、快速、輕便、高效和便于大量抽檢等優(yōu)勢；分析了表面硬度法的研究現(xiàn)狀，指出了該方法的不足。

(2) 通過實際工程應(yīng)用，對表面硬度法開展了較為系統(tǒng)的驗證，根據(jù)所抽檢的6個剪力墻套筒連接處灌漿料的表面硬度檢測結(jié)果和已建立的測強曲線進行換算，最終得到了每個剪力墻構(gòu)件連接節(jié)點處灌漿料的抗壓強度，并總結(jié)了該方法現(xiàn)場操作的主要步驟，可供工程檢測人員參考。

(3) 分析對比表面硬度法和同條件試件法得到的灌漿料抗壓強度可知，二者的相對誤差為5.55%～10.79%(小于11%)，說明表面硬度法的可靠性較好。