基于预埋阻尼振动传感器法的钢筋套筒灌浆饱满度检测技术研究

基于预埋阻尼振动传感器法的钢筋套筒灌浆饱满度检测技术研究

祝　雯，高梓贤，黄石明

（广州市建筑科学研究院有限公司，广东广州 510080）

【摘要】研究传感器预埋方式和灌浆料流动度对预埋阻尼振动传感器法检测钢筋套筒灌浆饱满度检测结果的影响。结果表明，在空气中传感器振动能量值为 255，浸泡在灌浆料拌合物中传感器振动能量值的范围为 20~60，在硬化灌浆料中的振动能量值范围为 10~30；对模拟漏浆的套筒进行试验研究，灌浆料拌合物流动度为 330 mm，当传感器正面朝向侧边放置时，经漏浆处理后传感器振动能量值在 1 min 内上升最大值 239，当传感器正面朝向上方放置时，经漏浆处理后传感器振动能量值在 10 min 后达最大值 139；灌浆料拌合物流动度为 300 mm，传感器正面朝向侧边放置时，漏浆处理后传感器振动能量值 15 min 后达到最大值 144；流动度为 260 mm 的灌浆料拌合物没有出现漏浆。

【关键词】装配式混凝土结构；预埋；阻尼振动；灌浆料；饱满度；检测

【中图分类号】 TU756 【文献标志码】 A 【文章编号】 1671－3702（2018）11－0007－05

0　引　言

装配式混凝土结构的节点连接方式主要有钢筋套筒灌浆连接、钢筋浆锚连接、螺栓连接等，其中钢筋套筒

基金项目：广州市建筑集团有限公司科技计划项目（［2016］-KJ022）；广州市建筑科学研究院有限公司科技进步基金项目（2017Y-KJ12）

作者简介：祝雯，女，高级工程师，研究方向为高性能混凝土及混凝土工程质量检测新技术。灌浆连接是目前装配式混凝土结构最常用的连接方式，其主要原理是在金属套筒中插入带肋钢筋并注入灌浆料拌合物，通过灌浆料硬化形成整体并实现传力［1-4］。采用套筒灌浆连接时，套筒内部灌浆是否饱满密实会对连接接头的质量及传力性能产生影响，直接决定着装配式混凝土结构的抗震性能和整体性［5］。

一方面，钢筋套筒灌浆连接结构复杂，又是隐蔽工

Research on Testing Technology of Grouting Plumpness of Sleeve based

on Vibration Amplitude of Sensors Method

ZHU Wen，GAO Zixian，HUANG Shiming

（Guangzhou Institute of Building Science Co.，Ltd.，Guangzhou Guangdong 510080，China）

Abstract：The influence of the way sensors buried and the fluidity of grouting material on the testing results of the grouting plumpness of sleeve based on vibration amplitude of sensors method was studied in this paper，it was concluded that the vibration of the sensors is 255 in the air，20 to 60 in the mixture and 10~30 in the hardening composition，the results of experiments on the leakage conditions of sleeve indicated that the vibration of the sensor rose to 239 in 1min，when the face of sensor was turned to the site of sleeve in the grouting material with the 330mm fluidity while rose to 139 in 10min when it faced up，the vibration rose to 144 in 15min when the face of sensor was turn towards the site of sleeve in the grouting material with the 300mm fluidity and the grouting material did not leak with the 260mm fluidity.

Keywords：prefabricated concrete structure；pre-embedded；damped oscillation；grouting material；plumpness；detection

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程；另一方面，装配式构件精度不够、缺少现场保护措施、灌浆人员培训不足等，导致钢筋套筒易堵塞，造成灌浆不饱满［6］。目前，钢筋套筒灌浆连接的质量控制主要是通过制作平行试件进行拉伸试验以及监理现场监督，难以保证钢筋套筒内部灌浆饱满度。因此，研究一种便捷可行、安全可靠的钢筋套筒灌浆饱满度无损检测方法意义重大，是保障装配式混凝土结构安全可靠的有效措施。

近年来，国内学者针对钢筋套筒灌浆饱满度检测技术进行了相关研究。李雅璠［7］、聂东来等［8］研究发现超声波法检测结果在一定程度上能够反映实际情况，但是超声波检测只能定性分析套筒内部灌浆料存在缺陷与否，精度低，无法确定缺陷的分布，且局限于单排布置的钢筋套筒灌浆连接。刘志豪［9］、刘洋希［10］、刘辉等［11］基于冲击回波法对钢筋灌浆套筒缺陷进行检测研究，此方法能对单排布置的钢筋套筒灌浆密实度进行定性判断，但无法进行定量分析；对于常见的双排布置的钢筋套筒连接构件，冲击回波等效波速法无法定性判断钢筋套筒连接接头的密实区和缺陷区域；陶里等［12］、李向民等［13］、张富文等［14］研究 X 射线法检测剪力墙内套筒灌浆料饱满度，结果发现该方法无法适用于套筒双排对称布置的预制剪力墙。崔士起等［15］采用预埋阻尼振动传感器法和 CT 法进行试验，研究结果表明预埋传感器法能有效测试钢筋套筒灌浆饱满度。目前，关于预埋阻尼振动传感器法检测钢筋套筒灌浆饱满度的研究较少。

本试验基于预埋阻尼振动传感器法，制作钢筋连接用灌浆套筒模型，针对施工现场灌浆和漏浆情况，系统研究了传感器预埋方式和不同流动度灌浆料对钢筋套筒灌浆料饱满度测试结果的影响。

1　实　验

1.1　测试原理

预埋阻尼振动传感器法的原理是在特定激励信号的驱动下，会产生一定频率的振动，当振动体一定、激励后初始振动的幅度和频率一定，振动体周围的介质的弹性模量越大，振幅衰减越快，因此，根据振动周期和振幅的变化可判断振动器周围介质的情况，从而判断套筒内灌浆是否饱满。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式（1）所示。

d2x

d t2

+ 2β + ω2x =0

d x

d t（1）式中：x 为结构位移，m；t 为时间，s；β为阻尼系数；ω为结构振动的圆周率。其中β、ω 计算如式（2）～（3）所示。

β=γ /2 m（2

）

（3）式中：γ为阻力系数；m为质量，g；k 为劲度系数。

当β＜ω0时，式（1）振动微分方程的求解结果如式（4）所示。

x = A e-βt cos（ωt+φ）（4）式中：A 为初始振动幅值，m；φ 为初始相位角，rad。

式（4）表明，对于有阻尼的结构体系，施加激励后初始相位角和初始振动幅值一定时，振动幅值A e-βt与其阻尼系数β呈负指数关系。

图 1 为不同阻尼系数下的振动曲线。由图 1 可见，当传感器周围的介质为空气、灌浆料拌合物、硬化的灌浆料时，其阻尼系数依次增大，振幅的衰减也随着阻尼系数依次增加。

1.2　仪器设备

1）灌浆饱满度检测仪。ZBL－G1000 灌浆饱满度检测仪，其幅值线性度每 10 dB 优于±1.0 dB，频带宽度为 10~100 kHz。

2）阻尼振动传感器。传感器直径为 6 mm，厚度为 3 mm，连接检测仪进行测试时，其正面产生一定频率的振动，垂直正面方向以及背面不产生振动，具体如图 2 所示。

3）钢筋连接用灌浆套筒。模拟钢筋连接用灌浆套筒的自制透明模型，模型材质为亚克力板，内径 40 mm，壁厚 3 mm，出浆口及进浆口内径 18 mm，套筒内植入直径 25 mm、长度 200 mm 的热轧带肋钢筋，其模型如

图 1　不同阻尼系数下的振动曲线

（c）β=5

（b）β=1

（a）β=0.6

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