梁建國，謝仁杰，歐長紅，曾祥康，江琬瑩，趙方舟

（1 長沙理工大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南長沙 410114；2 湖南東方紅建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖南長沙 410205）

0 引言

裝配式混凝土建筑中受力鋼筋的連接一般采用套筒灌漿連接、 漿錨搭接等方式。 套筒灌漿連接具有可減小鋼筋預(yù)加工工作量等優(yōu)點(diǎn)，目前在工程中應(yīng)用廣泛。 但是，由于各種施工原因[1]，套筒灌漿的灌漿飽滿度不足，減小了鋼筋的有效錨固長度，鋼筋套筒灌漿連接接頭強(qiáng)度和變形可能達(dá)不到規(guī)范要求，存在安全隱患。

近年來，科研工作者對套筒灌漿飽滿度的無損檢測方法，如超聲波法[2]、沖擊回波法[3]、預(yù)埋鋼絲拉拔法[4]、X 射線法[5]及阻尼振動法等進(jìn)行了大量研究。 在灌漿施工時，使用阻尼振動法進(jìn)行檢測，方法簡便、結(jié)果準(zhǔn)確，檢測結(jié)果不符合要求時可進(jìn)行補(bǔ)灌，從而提高了鋼筋連接的可靠性。

針對阻尼振動法的檢測方法和檢測精度，學(xué)者們做了一些研究。 趙軍等[6]研究了阻尼振動法的原理，并進(jìn)行了驗證性試驗。 祝雯等[7]研究了傳感器預(yù)埋方式和灌漿料流動度對預(yù)埋阻尼振動傳感器法檢測鋼筋套筒灌漿飽滿度檢測結(jié)果的影響。 崔士起等[8]考慮套筒完全灌滿、套筒部分漏漿及套筒全部漏漿三種工況，采用阻尼振動法和超聲波法進(jìn)行對比試驗， 發(fā)現(xiàn)阻尼振動法傳感器反饋的振動信號幅值變化情況能夠真實反映試驗構(gòu)件套筒的灌漿飽滿程度。

為了更進(jìn)一步驗證阻尼振動法的準(zhǔn)確性及鋼筋中、 偏置對灌漿密實度的影響，設(shè)置飽滿中置、飽滿偏置、不飽滿中置，不飽滿偏置共20 個試件，分別用阻尼振動法和切割法進(jìn)行對比試驗驗證，驗證阻尼振動法的可靠性，并評定灌漿飽滿度。

1 阻尼振動檢測方法的原理

阻尼振動法是一種采用預(yù)埋微型阻尼振動傳感器進(jìn)行套筒灌漿質(zhì)量檢測的方法。 傳感器類似于有阻尼振動的單自由度體系，在特定激勵信號的驅(qū)動下，根據(jù)結(jié)構(gòu)自由振動微分方程，可得到振動位移x：

式中，A為初始振動幅值；t為時間；β 為阻尼系數(shù)；ω 為自然角頻率；φ 為初始相位角。

式（1）表明，對于有阻尼的結(jié)構(gòu)體系，施加激勵后，初始相位角與初始振動幅值一定時，振動幅值A(chǔ)e-βt與其阻尼系數(shù)β 呈負(fù)指數(shù)關(guān)系。若傳感器周圍的介質(zhì)為空氣、水、流動的砂漿、凝固后的砂漿，其阻尼系數(shù)依次增大，引起振動能量值改變，相應(yīng)地，振幅的衰減將會急劇增加。 不同阻尼系數(shù)下的振動曲線如圖1 所示[圖1a）、圖1b）、圖1c）分別對應(yīng)的傳感器周圍的介質(zhì)為空氣、灌漿料拌合物、硬化的灌漿料]。

圖1 不同阻尼系數(shù)下的振動曲線

根據(jù)上述規(guī)律，通過測量傳感器振幅衰減情況，即可推斷傳感器周圍介質(zhì)形態(tài)，從而判讀灌漿料是否達(dá)到傳感器位置，進(jìn)而判斷套筒灌漿的飽滿程度。

2 試件制作與試驗方法

2.1 原材料

（1） 鋼筋和灌 漿 料。 鋼筋采 用HRB400 級 鋼筋， 直徑 為22mm，鋼筋力學(xué)性能采用與套筒連接同一批次鋼筋，使用萬能材料試驗機(jī)加載，最大試驗力為1000kN，加載速率為1kN/s，試驗結(jié)果如表1 所示。

表1 鋼筋實測力學(xué)性能

試驗采用與套筒相配套的灌漿料，拌和時水與灌漿料的質(zhì)量比為0.13，初始流動度為331mm。 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，28d 抗壓強(qiáng)度為94.9MPa， 滿足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《鋼筋連接用套筒灌漿料》（JG/T 408—2013）[9]要求。

（2） 套筒。 試驗采用JM 型半灌漿套筒，由球墨鑄鐵鑄造而成。 抽樣試驗結(jié)果表明， 灌漿套筒符合 《鋼筋連接用灌漿套筒》（JG/T 398—2012）[10]及 《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ 355—2015）[11]的要求。

2.2 試件數(shù)量與制作

為對比起見，將試件分為飽滿（F）和不飽滿（U）兩組，每組試件包括鋼筋中置（Z）和鋼筋偏置（P）兩種情況，試件數(shù)量如表2所示。

表2 試件分組及試件數(shù)量

將JM 半灌漿套筒絲口連接端與鋼筋連接，綁扎在鐵架上，再將另一端鋼筋按中置或偏置插入套筒另一端， 用密封墊圈密封后，再用膠帶綁扎牢固，以防套筒底部漏漿，如圖2 所示。

圖2 傳感器測量試件

如表2 所示， 試驗共20 個試件， 除2 個歸為飽滿偏置試件外，其余18 個試件在灌漿前布置阻尼振動傳感器，保持傳感器測試面和排氣孔朝上，從排漿孔插入，并確認(rèn)傳感器伸入到排漿孔底部（不能繼續(xù)插入為止），塞緊橡膠塞。 按要求調(diào)制漿料，由同一名經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員使用灌漿機(jī)，按試件設(shè)計要求進(jìn)行灌漿，采用經(jīng)驗法判斷套筒灌漿是否飽滿。 取剩余2個偏置試件 （P） 不布置傳感器，采用經(jīng)驗法進(jìn)行充分飽滿灌漿。 灌漿完畢，對試件進(jìn)行編號。

2.3 試驗方法

（1） 阻尼振動法

將灌漿前預(yù)埋的傳感器導(dǎo)線接入ZBL-G1000 檢測儀， 灌漿過程中觀察并記錄測得的阻尼波形變化規(guī)律，以及儀器自動做出的是否飽滿的結(jié)果，具體根據(jù)傳感器不同介質(zhì)中振動能量值的不同（在空氣能量值中為255，在灌漿料拌合物中為20～60），對灌漿飽滿度分為三種判定結(jié)果，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類， 其能量值范圍 分 別 為0 ～100、100～200、200～300。其中，能量值越低，灌漿飽滿度越高，如Ⅰ類為完全灌滿，Ⅱ、Ⅲ類均為未灌滿（圖3）。

圖3 傳感器在不同介質(zhì)中測試波形

（2） 切割法

灌漿完成后，在室內(nèi)自然條件下養(yǎng)護(hù)28 天。在工廠機(jī)械臺座上， 用切割機(jī)沿套筒直徑方向剖切開， 針對偏置試件， 剖切面沿偏置方向， 以便查看灌漿在較小空隙處是否飽滿，如圖4所示。 通過切開試件， 用卷尺測量套筒空腔灌滿長度，評定灌漿飽滿度。

圖4 試件剖切方向

3 試驗結(jié)果及分析

采用切割法切割20 個試件，測量灌漿充滿套筒空腔的高度，參考表2 變量設(shè)置，典型的灌漿飽滿與不飽滿切割試件如圖5、圖6 所示，圖7、圖8 分別對應(yīng)于圖5、圖6，為檢測儀灌漿時的檢測波形。 圖9、圖10 則為典型的鋼筋中置與偏置切割試件圖。

圖5 傳感器測定為飽滿的試件剖切照片

圖6 傳感器測定為灌漿不飽滿的試件剖切照片

圖7 灌漿飽滿的測試波形

圖8 灌漿不飽滿的試件檢測波形

圖9 鋼筋中置試件剖切照片

圖10 鋼筋偏置試件剖切照片

灌漿套筒示意圖如圖11 所示， 通過切割法量測得的試件灌漿料充滿高度L1，將其與套筒空腔高度L的比值定義為套筒灌漿飽滿度B，即:

圖11 半灌漿套筒灌漿示意圖

圖中：1——灌漿連接鋼筋；2——灌漿段；3——機(jī)械連接鋼筋；4——出漿口；5——灌漿口。

灌漿時通過阻尼振動法得到的檢測結(jié)果和切割法得到的灌漿飽滿度試驗結(jié)果見表3。

表3 套筒試件檢測及切割試驗結(jié)果

從表3 中可以看出：

（1） 飽滿度達(dá)到95%以上時，阻尼振動傳感器測試結(jié)果顯示為灌漿飽滿；

（2） 飽滿度小于95%時，阻尼振動傳感器測試結(jié)果顯示為灌漿不飽滿；

（3） 單憑眼睛觀察出漿孔出漿的試件的飽滿度小于95%；

（4） 鋼筋中置和偏置對灌漿飽滿度基本無影響。

4 結(jié)論

（1） 采用阻尼振動法檢測套筒灌漿飽滿度效果較好，可確保灌漿飽滿度達(dá)到95%以上。

（2） 鋼筋偏置與中置對套筒灌漿飽滿度無影響。

（3） 阻尼振動法不能定量確定灌漿飽滿度，也不能判斷套筒內(nèi)灌漿段是否存在空隙。

（4） 采用阻尼傳感器檢測飽滿度，結(jié)果準(zhǔn)確、檢測步驟簡單，可作為一種較實用的套筒灌漿飽滿度測試方法在工程中應(yīng)用。