灌浆套筒连接预制柱抗震性能模拟研究

　　近年来，装配式混凝土结构发展迅速，但是也存在很多制约其发展的因素，其中装配式构件之间的连接便是关键因素之一。钢筋套筒灌浆连接是装配式混凝土结构中常用的受力钢筋连接方式，灌浆质量的好坏直接影响到混凝土结构的质量。钢筋套筒灌浆连接是隐蔽工程，结构为多层金属和非金属介质交替：套筒外部为混凝土，内部为连接钢筋，套筒和钢筋之间的空腔灌注高强砂浆完成上下两个构件的连接，;砂浆体在径向厚度很薄，一般为5mm～6mm。自2014年起，北京、上海、安徽、山东等省市的相关研究机构相继开展了对套筒灌浆质量现场检测方法的研究，并尝试了以下多种在工程界应用的无损检测方法，但均未成功：超声波法：受到套筒尺寸小、灌浆缝隙小等制约;相控阵超声法：原因同上;高频雷达法：因套筒的电磁屏蔽，无法探测;射线法：因灌浆后套筒断面中金属部分占比太大，无法检测;冲击回波法：因套筒中不同介质的界面多，无法探测。

　　目前，世界上尚没有针对套筒灌浆的非破损可靠检测手段。对套筒内灌浆饱满性的检测成为业界的难题，现有的工程无损检测方法均无法对其进行有效检测。经过对现有无损检测技术方法分析和试验之后，排除了在构件表面采用无损检测方法的方向。通过分析装配式结构特点、灌浆施工工艺、饱满度检测的核心需求等全过程要素后，借鉴工程安全、质量监测领域的思路，选择预埋传感器的技术路线进行研究：根据钢筋套筒内灌浆饱满和不饱满两种状态下，套筒内出浆孔高度分别为灌浆料和空气两种不同介质的特性，设计一种微型传感器，灌浆前从排浆孔插入预埋在灌浆套筒中，传感器能分辨空气和灌浆料两种介质，从而判断套筒内灌浆料是否饱满。在技术方向确定后，对空气和灌浆料两种介质的特性进行对比，认为两种介质大的差异为弹性模量，而对弹性模量有效的检测方式为振动衰减法，所以选定该方向进行深入研究。

　　1 模拟实验

　　1.1 实验设备

　　基于以上理论，新研制了ZBL-G1000灌浆饱满度检测仪、振动传感器。该设备是基于预埋传感器技术，采用阻尼振动法检测套筒灌浆内部缺陷的设备，该设备具有测试效率高、可靠性好、对结构无损伤等特点。

　　(1)仪器的参数指标：①阻尼传感器的中心频率应在灌浆饱满度检测仪频率宽度之内，幅值测量误差不能大于1dB;②灌浆饱满度检测仪工作环境环境温度：0℃～40℃;相对湿度：<90%RH;不得长时间阳光直射;在潮湿、灰尘、腐蚀性气体环境中使用时，应采取必要的防护措施;③灌浆饱满度检测仪环境温度：-20℃～+60℃;相对湿度：<90%RH;不用时请将仪器放在包装箱中，在通风、阴凉、干燥环境下保存，不得长时间阳光直射，若长期不使用，应定期通电开机检查;④传感器工作环境和存储环境温度：-10℃～60℃;相对湿度：<90%RH;

　　(2)仪器操作与结果输出。ZBL-G1000灌浆饱满度检测仪操作简单，可采用按键操作，也可采用触摸屏操作。主要操作键包括：电源开关、采集、存储、分析、方向键等。结果输出主要包括：波形结果输出和振动能量值输出。

　　1.2 实验验证

　　为验证方法可靠性，进行了多次模型试验，包括透明模型和局部构件模型。

　　试验模拟了灌浆饱满、灌浆饱满、漏浆等多种现场可能出现的情况。多次模型试验测试结果证明，阻尼震动法可以直观判定灌浆饱满情况(砂浆是否到达传感器位置)。

　　2 工程实例

　　为进一步验证阻尼震动法灌浆饱满度检测方法的实际应用效果，在多个项目进行了现场试验。安徽某保障房项目现场试验。该项目为装配式住宅结构，内墙、外墙均采用装配式结构，采用钢筋套筒灌浆连接。选取4号楼5层的4个构件进行试验，测试结果全部饱满，符合传感器在流体灌浆料中测试波形。

　　3 灌浆饱满度在线监测及质量检测方法

　　套筒灌浆属于隐蔽工程，目前的验收规范对于灌浆是否饱满的判定标准为所有出浆孔是否均出浆。而在实际工程中，由于出浆口的高度低于套筒的顶部高度，可能会导致套筒内出现空腔而无法被检查出。而通过预埋传感器检测可以很好的解决这一问题。下面是归纳出的一般方法：⑴灌浆前应制定套筒灌浆饱满性监测专项方案;⑵每栋楼首层钢筋套筒连接应全数进行灌浆饱满性监测;二层及以上楼层的每个灌浆仓抽样监测的数量应不少于2个、传感器宜布置于灌浆仓两端的钢筋套筒中，且每层抽样监测的数量应不少于该层同类构件套筒总数的30%;⑶灌浆饱满性监测应符合下列规定：①监测前应检查仪器、传感器工作是否正常;②监测前应录入工程名称、楼号、楼层、套筒所在构件编号、监测人员信息;③监测宜在套筒灌浆完成5分钟后、灌浆料初凝前进行;④当能量值指示条显示绿色时，判定该套筒灌浆饱满;当能量值指示条显示红色时，判定该套筒灌浆不饱满，应及时查找原因，处理后进行补灌;⑤补灌后应对该监测点进行复测;⑥保留灌浆饱满性监测数据并存档。

　　5 灌浆饱满度施工质量验收

　　(1)施工质量验收检测应在被测套筒的灌浆料终凝后进行;(2)施工质量验收检测应由具有检测资质的第三方检测单位实施;(3)抽检比例及部位：初次抽检以每一楼层为单位，抽检数量为该层套筒总数的30%，部位由检测单位按兼顾普遍性和重要性的原则随机抽取;(4)测试前应输入工程名称、楼号、楼层、套筒所在构件的PCID;(5)接入传感器进行测试并保存测试结果，如检测波形与图3.5-1类似，且能量值不超过Ⅰ区;判定套筒灌浆饱满;(6)当能量值超过Ⅱ区(能量值大于180)，判定套筒灌浆不饱满;(7)当测能量值在Ⅱ区，应检查排浆孔状态，确认灌浆是否饱满;(8)如判定为套筒灌浆不饱满的个数超过初次抽检数量的5%时，应再增加一倍检测比例进行再次检测，两次抽检的判定为套筒灌浆不饱满的个数超过两次抽检总数的5%时，应进行全部检测;(9)对于检测中判定为套筒灌浆不饱满的灌浆套筒，应进行修复直至饱满为止。

　　5 结论

　　(1)经大量室内模拟及现场试验表明，该方法在套筒灌浆料凝固前和凝固后均能直观、可靠、快捷地测试出灌浆是否饱满;(2)该方法可用作套筒灌浆过程的监测手段，能及时发现灌浆是否饱满，为二次补灌提供可靠的依据，能够对灌浆质量的提升产生明显的效果;(3)该方法也可用作灌浆料凝固后套筒灌浆是否饱满的检测手段，对套筒灌浆是否饱满的质量评价及验收提供可靠依据;(4)该方法创造性的解决了装配式结构施工中关键连接部位的质量检测难题，为连接节点的施工质量的控制和评价提供了可靠的技术手段，将会为装配式结构的推广应用发挥显著的促进作用。

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