陶佳能，曹崇彪，董芝颖，唐源野
（1重庆建筑工程职业学院，重庆 400072；
2重庆建设工程质量监督检测中心有限公司，重庆 401336）
随着我国建筑业产业规模和产业质量的发展，生产标准化、产业规模化、机械智能化以及管理信息化已成为新兴的建筑模式，特别是在我国“碳达峰、碳中和”的可持续发展战略背景下，装配式建筑以其高效率、低能耗、工业化和集约化、符合绿色节能施工理念等优势，在我国得到越来越广泛的应用[1-2]。装配式混凝土建筑通过中间连接件将批量预制的各个受力构件连接起来，其中灌浆套筒是最重要的连接方式之一[3]。灌浆套筒连接的实现方式是受力构件的钢筋插入另一受力构件的预埋套筒内，向钢筋周围和套筒内灌注微膨胀混凝土，待混凝土硬化达到强度后，与钢筋、套筒共同受力，达到“等同现浇”的效果[4]。但是，受到施工环境、施工人员素质、材料品质等各方面因素的影响，套筒内往往灌浆不饱满、不密实，进而造成缺陷，使得装配式建筑整体结构受力不利，甚至影响结构的安全性[5-7]。因此，控制钢筋套筒灌浆施工质量以及采取科学合理的灌浆缺陷检测手段，是保障装配式混凝土建筑结构安全的重要措施[8]。
为解决装配式混凝土建筑预制构件的钢筋套筒灌浆施工质量控制问题以及相应的缺陷检测问题，本文以重庆建筑工程职业学院迁建工程（三期）建筑产业现代化实训基地项目为例，针对预制构件钢筋套筒灌浆的施工技术进行分析，并提出采用冲击回波法检测灌浆质量缺陷。研究成果可为预制装配式建筑的施工提供更全面的判断和决策依据，也可为装配式混凝土结构的安装、缺陷整治提供技术参考。
重庆建筑工程职业学院迁建工程（三期）建筑产业现代化实训基地位于重庆南岸区梨花大道857号重庆建筑工程职业学院内，如图1所示，总规划用地面积8915.83m2，新建建筑产业现代化实训基地建筑10660.37m2，建筑占地面积3419.03m2，建筑层数为地上5层，地下2层，地上建筑高度为22.9m，结构形式为装配整体式框架结构和装配式钢结构。该项目为重庆市装配式建筑综合示范项目，预制率为40.2%，装配率高达71.32%。
图1 拟建项目效果图
钢筋套筒灌浆施工材料采用单组分水泥基灌浆料，灌浆料的物理、力学性能如表1所示。
表1 与灌浆套筒匹配的灌浆料性能要求
具体的钢筋套筒灌浆施工流程为塞缝（坐浆）→封堵下排灌浆孔→拌制灌浆料→浆料检测→压力注浆→封堵上排灌浆孔→补浆→试块留置。
（1）塞缝（座浆）：预制构件吊装前，预制柱外侧及墙宽度范围属掩蔽位置，预制件吊装后，如该位置无法进行后续封堵，在外侧应于吊装前在相应位置粘贴30mm（厚）×30mm（宽）的橡胶条；
预制件吊装和校正完成后，使用座浆料将预制柱外露面（非掩蔽可后续操作面）与楼面间的缝隙填嵌密实，如图2所示。
图2 座浆料封堵
（2）封堵下排灌浆孔：初插灌浆嘴的灌浆孔除外，待其他灌浆孔内的灌浆料成柱状浆体流出时，灌浆孔使用橡皮塞封堵密实。
（3）拌制灌浆料：灌浆应使用灌浆专用设备，并严格按厂家当期提供配比调配灌浆料，将配比好的钢筋套筒灌浆料搅拌均匀后倒入灌浆专用设备中，保证灌浆料的流动度。灌浆料拌合物应在制备后0.5h内用完。
（4）浆料检测：使用截锥圆模检查拌合后的浆液流动度，保证流动度不小于300mm。
（5）压力注浆：将拌合好的浆液导入注浆泵，启动灌浆泵，待灌浆泵嘴流出浆液成线状时，将灌浆嘴插入预制剪力墙预留的小孔洞里（下方小孔洞），按中间向两边扩散的原则开始注浆，根据图纸要求，灌浆分区的长度≤1.5m。灌浆施工时的环境温度应在5℃以上，必要时应对连接处采取保温加热措施，保证浆料在48h凝结硬化过程中连接部位温度不低于10℃，灌浆后24h内不得使构件和灌浆层受到震动、碰撞。压力灌浆过程如图3所示。
图3 压力灌浆过程
（6）封堵上排出浆孔：间隔一段时间后，上排出浆孔会逐个漏出浆液，待浆液成线状流出时，立即塞入专用胶塞堵住孔口，持压30s后抽出下方小孔洞里的注浆管，同时快速用专用胶塞堵住下孔。其他预留空孔洞依次同样注满，不得漏注，每个空孔洞必须一次注完，不得进行间歇多次注浆；
出现个别上排浆孔未出浆时，应使用钢丝通透该出浆孔，直至浆液成线状流出。若仍无浆液流出则使用该出浆孔对应的下排注浆口进行注浆，直至该空位浆液流出。
（7）补浆：当灌浆施工出现无法出浆的情况时，应先行查明漏浆原因，并将漏浆部位进行有效封堵。采取的施工措施应符合规定，即对于未密实饱满的竖向连接灌浆套筒，在灌浆料加水拌合30min内，应首选在注浆口补浆；
当灌浆料拌合物已无法流动时，可从出浆口补灌，并应采用手动设备结合细管压力灌浆；
水平钢筋连接灌浆施工停止后30s，当发现灌浆料浆体液面下降，应检查灌浆套筒的密封或灌浆料拌合物的排气情况，并及时补灌。
（8）试块留置：与灌浆套筒匹配的灌浆料依照每个施工段的所取试块组进行抗压检测。项目总计4层灌浆分项，每层定义为一个施工段，每个施工段取样送检一次；
每个施工段留置4组试块送检（三组标养、一组同条件养护），每组三个试块，试块规格为40×40×60mm；
在15d内生产的同配方、同批号原材料的产品应以50t作为一生产批号对灌浆料取样，不足50t也应作为一生产批号。取样应具有代表性，可从多个部位取等量样品，样品总量不应少于30kg。
3.1 冲击回波法灌浆缺陷检测的基本原理
如图4所示，冲击回波法检测灌浆质量的基本原理是通过铁锤对钢筋传力棒施加冲击力（脉冲信号），传力棒传递冲击力激励钢筋套筒振动，振动机械波从钢筋套筒向周围混凝土传播，当遇到不同介质界面时（如钢筋套筒灌浆存在空洞，钢筋固体介质与空气介质存在界面），发生折射和反射现象，借助信号放大器和信号采集仪器采集反射波信号，分析反射波的波形、振幅、频率等波动特征，建立反射波信号的波动特征与灌浆质量的相关关系，进而判断钢筋套筒灌浆是否饱满、密实。
图4 冲击回波灌浆缺陷检测基本原理图
灌浆质量直接影响着钢筋套筒的水平刚度，两者之间具有良好的正相关关系。当钢筋套筒内的灌浆液饱满且密实时，浆液凝固达到设计强度后，可认为钢筋套筒与周围混凝土达到了“等同现浇”的效果，钢筋套筒处于固结约束状态，可认为其材质均匀、水平刚度为无穷大，当采用冲击回波检测时，其反射波形表现为振幅小、频率低且波形迅速衰减。相反，当钢筋套筒周围无灌浆时，可认为钢筋套筒水平方向无约束，水平刚度为零，当采用冲击回波检测时，其反射波形表现为振幅大、频率高且波形反复震荡。当钢筋套筒有灌浆但存在灌浆不饱满、不密实的情况时，采集的反射波信号特征介于上述两种情况之间。
3.2 不同灌浆饱满度的波形特征
为更好地判别钢筋套筒灌浆的密实程度，有必要建立反射波形与灌浆不同密实程度的相关关系，识别机械波遇到不同密实程度灌浆的响应特征。因此，在室内建立了不同灌浆饱满的物理模型，灌浆饱满度分别设置为0、1/3、2/3和1，如图5所示。
图5 不同灌浆饱满度的钢筋套筒模型
图6为不同灌浆饱满度情况下的反射波波形特征。从图中可以看出，随着灌浆饱满度的增加，反射波的波形出现明显的变化，首波的振幅逐渐增大，反射波的频率逐渐降低，波形衰减速度则逐渐增加。采用首波振幅幅值与首波峰值的一半对应的时间宽度之比值RPt作为信号特征指标，RPt计算公式如式（1）所示：
图6 不同灌浆饱满度的特征波形
式中：Pmax为反射波波形首波振幅最大值，mV；
t0.5为首波峰值的一半对应的时间宽度，ms。
从图中可以看出，随着灌浆饱满度的增加，RPt也不断增加。无灌浆条件下（灌浆饱满度为0），RPt=22.3 V/s；
而在1/3灌浆时，RPt=22.3V/s；
在2/3灌浆时，RPt=115V/s；
在满灌浆时，RPt=211V/s。
对波形幅值（电压值）△U与时间t进行拟合，波形振幅在振幅两个方向上均呈指数衰减的趋势，得到正负两个方向的拟合曲线如式（2）—式（9）所示：
3.3 冲击回波法的检测效果
装配式混凝土结构施工完成后，采用冲击回波法对灌浆套筒的施工质量进行监测，如图7所示。对项目设置套筒灌浆的构件31个布置319个测点，获得灌浆饱满与不饱满的特征波形，与3.2小节中的特征波形对比，判别钢筋套筒的灌浆饱满程度。测试结果表明，测点饱满数量304个，饱满率达到96%。对存在缺陷的钢筋套筒进行破坏验证，如图8所示，结果表明，采用冲击回波法能够准确地判别钢筋套筒的灌浆质量，有利于对装配式建筑存在的缺陷节点进行整治，保障装配式建筑的整体安全性能。
图7 冲击回波法对灌浆套筒缺陷现场检测
图8 存在缺陷套筒的破坏验证
本文以重庆建筑工程职业学院迁建工程（三期）建筑产业现代化实训基地项目为例，针对预制构件钢筋套筒灌浆的施工技术进行分析，提出采用冲击回波法检测灌浆质量缺陷，得到以下结论：
（1）在装配式混凝土结构中，钢筋套筒灌浆是连接各个预制受力构件的最重要方式之一。在钢筋套筒灌浆的各个施工环节均应保持良好的施工质量，具体施工控制环节包括塞缝（坐浆）、封堵下排灌浆孔、拌制灌浆料、浆料检测、压力注浆、封堵上排灌浆孔、补浆以及试块留置；
（2）为对钢筋套筒灌浆质量进行有效检测，制作不同灌浆饱满度的室内物理模型，采用冲击回波法对存在缺陷的钢筋套筒灌浆特征波形进行识别，并以RPt值作为信号特征指标，结合波形幅值△U与时间t的拟合曲线，辅助确定了不同灌浆饱满度的信号响应；
（3）按照不同灌浆饱满度的冲击波响应特征，对项目钢筋套筒灌浆节点进行实测，结果表明，采用冲击回波法能够在一定程度上准确判别钢筋套筒的灌浆质量，有利于装配式建筑套筒连接缺陷的整治，保障装配式建筑的整体安全性能。
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