装配式混凝土结构套筒灌浆连接灌浆料饱满度试验研究

装配式混凝土结构套筒灌浆连接灌浆料饱满度试验研究

发表时间：2019-05-23T09:59:09.900Z 来源：《建筑模拟》2019年第11期作者：徐冉冉[导读] 采用灌浆传感器和超声层析成像（简称超声CT）两种技术对装配式混凝土结构钢筋连接套筒灌浆饱满度检测进行了试验研究。

徐冉冉

上海市建设机械检测中心有限公司上海市徐汇区 200233摘要：采用灌浆传感器和超声层析成像（简称超声CT）两种技术对装配式混凝土结构钢筋连接套筒灌浆饱满度检测进行了试验研究。考虑接缝坐浆和整体灌浆两种施工方案，共设计了3组试验构件。

关键词：装配式混凝土结构；套筒灌浆检测；灌浆传感器；超声CT 在装配式混凝土结构中，预制构件受力钢筋的连接方式主要有套筒灌浆连接、约束浆锚搭接连接、波纹管浆锚搭接连接。装配式规程推荐采用套筒灌浆连接，这种连接技术在美国和日本等国家得到普遍采用。 1测试原理

1.1灌浆饱满度状态传感器

灌浆传感器是基于阻尼振动幅值衰减原理，通过检测灌浆前后传感器在初始激励作用下振动幅值的衰减变化情况，确定套筒内部灌浆

的饱满程度。对于有阻尼的单自由度结构体系，施加初始激励后结构自由振动微分方程如下：（1）式中：x为结构位移；t为时间；β为阻尼系数；ω为结构振动的圆频率。其中β，ω的计如下：

（2）式中：γ为阻力系数；m为质量；ω0为结构固有圆频率，其计算如下：

（3）式中k为劲度系数。当β＜ω0（阻尼较小）时，式（1）振动微分方程的求解结果如下：

（4）式中：A为初始振动幅值；φ为初始相位角。式（3）表明，对于有阻尼的结构体系，施加激励后初始振幅和相位角一定时，振动幅值Ae－βt与其阻尼系数β呈负指数关系见图 1，由图可见，阻尼系数越大，振幅衰减越快。

图 1 不同阻尼系数振幅衰减 1.2超声CT

超声CT的理论基础是医学CT成像技术，即通过被测物体外部检测到的超声波数据重建物体内部（横截面）信息。

超声CT的基本检测原理如图2所示，图中数字1～10代表探头编号，其中图2（a）为混凝土内部无缺陷时，每个探头发射和接收超声波的传播路径，此时超声波在构件底部边界发生反射；图2（b）为混凝土内部存在缺陷时，缺陷上方附近探头发射和接收超声波的传播路径，此时超声波在缺陷表面发生反射。以图2中1号探头发射、4号探头接收超声波为例，说明超声CT确定缺陷埋深的计算原理。

图 2 超声 CT 的检测原理 2测试仪器

灌浆传感器测试仪器采用ZBL-1000灌浆饱满度检测仪，由测试传感器和振动信号采集仪组成。具体操作方法如下：灌浆前，在每个套筒的出浆孔均插入传感器，并测试传感器的振动信号是否正常；然后采用灌浆设备从注浆孔注入灌浆料，观察传感器振动信号幅值的变化情况，判断套筒内部的灌浆饱满程度。超声CT测试仪器为A1040MIＲA混凝土超声断层扫描仪。A1040MIＲA混凝土超声断层扫描仪底部的换能器阵列分布为4行×12列，共计48个。

3试验构件设计

3.1构件设计

为了真实模拟预制装配式混凝土结构接缝部位的现场灌浆施工，每一组试验构件均由上、下两部分组成。上部构件代表接缝上部的预制构件，内部预埋灌浆套筒；下部构件代表接缝下部的后浇带，上表面外伸纵向连接钢筋。下部构件外伸钢筋的位置对应上部构件的灌浆套筒。考虑接缝坐浆和整体灌浆两种施工方式及不同灌浆饱满程度等因素，共设计了3组试验构件（构件编号为TJY-1～TJY-3），构件设计图如图3所示，其中上部构件尺寸为1.1m×0.55m×0.2m，下部构件尺寸为1.1m×0.80m×0.3m，混凝土强度等级为C30，外伸钢筋直径为

14mm。每组试验构件内部均预埋4个灌浆套筒，套筒编号为1#～4#，其中1#，3#套筒靠近灌浆侧，2#，4#套筒远离灌浆侧。

图 3试验构件设计图

3.2构件连接

3.2.1连接构造

每一组上部构件和下部构件分别制作完成后，依据装配式规程第8.3.4条对其进行连接施工。接缝厚度为20mm。其中试验构件TJY-1，TJY-2接缝采用座浆施工工艺，试验构件TJY-3接缝采用整体灌浆施工工艺。

3.2.2接缝施工

接缝坐浆和整体灌浆两种连接方式的施工工艺分别如下：（1）接缝坐浆对上部试验构件的下表面（埋置套筒的一侧）和下部试验构件的上表面（外伸钢筋的一侧）接缝宽度200mm范围内进行凿毛处理。将坐浆料均匀铺至下部构件的上表面，在接缝四角分别放置尺寸为

15mm×15mm×20mm的钢垫块，周边采用方木进行封堵。将上部试验构件安装就位，自然养护24h后，拆除边模，对每个套筒进行灌浆。（2）接缝整体灌浆对上部试验构件的下表面（埋置套筒的一侧）和下部试验构件的上表面（外伸钢筋的一侧）接缝宽度范围内进行凿毛处理。在接缝四角分别放置尺寸为15mm×15mm×20mm的钢垫块，将上部试验构件安装就位。接缝四周采用干硬性砂浆进行封边。待砂浆硬化后，对接缝进行整体灌浆。

4检测结果评价

4.1试验构件TJY-1

4.1.1传感器测试结果

灌浆过程中及灌浆后，采用传感器对试验构件TJY-1内部4个套筒的灌浆饱满程度进行测试。具体测试过程如下：

（1）灌浆前，每个套筒的出浆孔均插入传感器，并对每个传感器反馈的振动信号进行测量，确定传感器工作是否正常。

（2）试验构件TJY-1的灌浆方案，依次对1#～4#套筒进行灌浆。其中1#，2#套筒完全灌满后测试传感器反馈的振动信号，3#，4#套筒模拟漏浆后测试传感器反馈的振动信号。

试验构件TJY-1内部4个套筒的传感器测试结果如下：

（1）1#，2#套筒的检测结果相同。与灌浆前相比，灌浆后，传感器反馈的振动信号幅值衰减明显增大。这说明灌浆后，套筒内灌浆料液面高于出浆孔，出浆孔位置处的传感器被灌浆料包裹，振动阻尼变大，即1#，2#套筒完全灌满。

（2）3#，4#套筒的检测结果相似。灌浆施工流程对3#，4#套筒灌满后模拟发生漏浆的情况。漏浆后，3#，4#套筒传感器反馈的振动信号可以看出，与1#，2#套筒相比，3#，4#套筒发生漏浆后，传感器反馈的振动信号幅值衰减明显较小，说明漏浆后，套筒内灌浆料液面低于出浆孔，出浆孔位置处的传感器没有被灌浆料包裹，振动阻尼变小，即3#与4#套筒未灌满。为了验证试验构件TJY-1传感器的测试结果，待灌浆料硬化后，打开1#～4#套筒出浆孔可以看出，1#，2#套筒出浆孔内部灌浆料液面与顶端平齐，3#套筒内部灌浆料液面位于出浆孔一半位置，4#套筒内部灌浆料液面完全位于出浆孔以下，与前述传感器测试结果相符。

4.1.2超声CT测试结果

根据试验构件TJY-1内部套筒的位置，确定超声CT的测线布置，其中水平测线和竖向测线的间距均为100mm，竖向测线边距为

200mm，水平测线与接缝的距离为70mm。试验构件TJY-1灌浆前及模拟漏浆后，超声CT测试得到的水平测线H3断面影像可以看出：1#套筒