近年来, 装配式建筑在我国得到大力推广, 新的装配式体系和建筑大量问世。然而, 由于我国装配式建筑相应的技术、机制、标准、构配件制造和现场施工管理及工艺的不完善, 建筑装配化在全国仍面临着许多挑战, 存在着诸多问题。其中, 现在广泛使用的套筒节点、波纹管浆锚节点等装配式混凝土结构连接节点的灌浆饱满度等质量问题尤为突出, 直接影响着装配式建筑整体刚度、抗震性能等。目前, 由于局部破损法检测装配式混凝土连接节点受结构损伤较大、难以修复等条件制约, 因此, 研究探索准确可行的无损检测装配式混凝土连接节点灌浆饱满度的方法迫在眉睫。

　　 冲击回波法 (IE) 是基于应力波的一种检测结构厚度、缺陷的无损检测方法。冲击回波法不仅能够快速确定混凝土、砌体结构中的孔洞、蜂窝、裂缝、剥离以及其他缺陷, 而且能够确定结构构件的厚度以及缺陷的深度, 并且仅需要一个可测试面^[1]。蒋俣等^[2]阐述了冲击回波法检测混凝土结构缺陷的相关成果并在此基础上进行了试验研究, 得出了冲击回波法可较准确地判断金属波纹管内灌浆饱满度的结论。本文结合某工程装配式混凝土剪力墙连接节点的测试, 介绍冲击回波法检测装配式结构波纹管浆锚搭接节点灌浆饱满度的应用。

　　 该工程采用装配式剪力墙结构, 建筑面积为40 553.37m², 建筑高度为62.2m, 地上21层, 其中5～20层为标准层。结构设计使用年限为50年, 主体结构预制率为33.3%, 装配率为67%, 装配式概念图见图1, 标准层结构平面布置图见图2。装配式剪力墙采用波纹管浆锚搭接节点连接。为了解该工程装配式剪力墙波纹管浆锚连接节点的灌浆饱满度情况, 对其采用冲击回波法进行检测。

　　 根据对结构状态的调查了解, 对相关结构部位采用扫描式冲击回波法 (IES) 进行装配式混凝土剪力墙波纹管浆锚搭接节点灌浆料饱满度检测。

　　 (1) 现场选取检测墙体对象及检测区域, 布置测线。经协商, 确定此次检测抽样方法为:4层取两面墙, 5～9层每层取三面墙, 10～21层每层取一面墙。根据现场实际工况选取每层的检测墙体对象并在墙体非灌浆面上选取检测区域, 确定测线长度和间距。

　　 (2) 测试面的处理。由于扫描式冲击回波法对被测混凝土表面的状况要求较高且边界效应较为明显, 所以在选择测试面时, 应尽量选择表面比较平整, 无浮浆等杂物的位置。为使测试传感器与测试面更好地耦合, 应用砂纸等工具打磨测试面。

　　 (3) 混凝土表观波速标定。采用冲击回波法测试检测区域测线前, 在各待测墙体表面测试混凝土表观波速, 用于计算检测区域的名义厚度。因待测墙体为装配式预制混凝土剪力墙, 墙体厚度均已知, 故采用的表观波速标定方法为已知实际厚度法。

　　 (4) 现场对检测区域进行数据采集。

　　 (5) 对采集数据进行分析处理, 出具检测区域名义厚度图、典型测点频谱图。分析名义厚度图、典型测点频谱图, 给出波纹管浆锚搭接节点灌浆料灌浆密实度缺陷检测结果。

　　 为模拟实际工程中预制构件二次灌浆孔浇筑不同程度的缺陷情况, 了解灌浆饱满的波纹管和未灌浆波纹管对冲击回波法测试结果的影响, 本次试验浇筑2个预制构件现浇钢筋混凝土试件。其中试件1为一半灌浆和一半未灌浆, 试件2为全灌浆。试件1和试件2尺寸长600mm、高1 000mm、厚200mm, 内部均设置一个竖向直径为100mm的金属波纹管, 根据现场实际情况, 每个试件均水平向设置7条测线 (测线1～7) , 测线布置示意图见图3, 试件现场实景见图4。测试结果如表1所示, 未灌浆部分名义厚度约为310～340mm, 名义厚度偏移量约为110～140mm, 频率约为6 800～7 300Hz;灌浆部分名义厚度约为275～290mm, 名义厚度偏移量约为75～90mm, 频率约为7 900～8 900Hz。试验表明, 扫描式冲击回波法能识别单排波纹管浆锚连接节点是否灌浆。

　　 根据本文2.2节中的抽样方法, 采用冲击回波法对该工程60余面装配式混凝土剪力墙的波纹管浆锚搭接节点进行了测试, 并对其频谱图和名义厚度图进行了分析。本文从测试结果中选取了几个有代表性的被测墙体进行论述。

　　 Q1墙体 (位置见图2) 位于6层, 测线布置如图5 (a) 所示, 共有5条测线, 测线长度955mm, 测线上相邻两测点间间距为25mm, 混凝土表观波速经标定后确定为4 560m/s。Q1墙各测点典型频谱图如图6所示。其中, 素混凝土处低频部分振幅峰值的频率为11 426Hz, 波纹管1处低频部分振幅峰值的频率为8 789Hz, 波纹管2处低频部分振幅峰值的频率为8 008Hz。波纹管1和波纹管2各测点处的高频部分均只有一些小的振幅峰值, 与素混凝土处测点的高频部分相近, 远小于低频部分的振幅峰值。Q1墙典型横向测线名义厚度图如图7所示, 波纹管1平均名义厚度为273.8mm, 与试件1、试件2灌浆部位测试结果接近, 各测点数据一致性较好;波纹管2平均名义厚度为287.3mm, 与试件1、试件2灌浆部位测试结果接近, 各测点数据一致性较好。综合频谱图和名义厚度图的分析, 可判断Q1墙上波纹管1、波纹管2的灌浆饱满、成型质量较好, 内部无缺陷。

　　 Q2墙体 (位置见图2) 位于5层, 测线布置如图5 (b) 所示, 共有6条测线, 测线长度约900mm, 测线上相邻两测点间间距为25mm, 混凝土表观波速经标定后确定为4 860m/s。Q2墙各测点典型频谱图如图8所示。其中, 素混凝土处测点低频部分振幅峰值的频率为12 109Hz, 波纹管2处测点低频部分振幅峰值的频率为8 105Hz, 波纹管1中部测点低频部分振幅峰值的频率为8 789Hz, 波纹管1顶部测点低频部分振幅峰值的频率为6 543Hz。波纹管2全管和波纹管1中部各测点处的高频部分均只有一些小的振幅峰值, 与素混凝土处测点的高频部分相近, 远小于低频部分的振幅峰值。波纹管1顶部各测点的高频部分存在多个振幅峰值, 振幅峰值小于低频部分振幅峰值, 可能是由于波纹管中存在小的灌浆孔洞或蜂窝等缺陷, 冲击弹性波在传播过程中会因这些缺陷反射, 从而形成多个反射峰^[3]。Q2墙典型横向测线名义厚度图如图9所示, 波纹管2平均名义厚度为298.3mm, 与试件1、试件2灌浆部位测试结果接近, 各测点数据一致性较好;波纹管1中部平均名义厚度为275.7mm, 与试件1、试件2灌浆部位测试结果接近, 波纹管1顶部平均名义厚度为371.8mm, 高于试件1中未灌浆部分名义厚度, 上下测点数据不一致, 顶部名义厚度明显高于其他位置的名义厚度。综合频谱图和名义厚度图的分析, 可判断Q2墙上波纹管2的灌浆饱满、成型质量较好, 内部无缺陷;波纹管1中部的灌浆饱满、成型质量较好, 内部无缺陷;波纹管1顶部灌浆质量较差, 疑似存在轻微缺陷。

　　 Q3墙体 (位置见图2) 位于7层, 测线布置如图5 (c) 所示, 共有8条测线, 测线长度约400mm, 测线上相邻西测点间间距为25mm, 混凝土表观波速经标定后确定为4 330m/s。Q3墙各测点典型频谱图如图10所示。其中, 素混凝土处测点低频部分振幅峰值的频率为10 742Hz, 波纹管1处测点低频部分振幅峰值的频率为7 520Hz, 波纹管2中部测点低频部分振幅峰值的频率为7 422Hz, 波纹管2顶部测点低频部分振幅峰值的频率为5 371Hz。波纹管1全管和波纹管2中部各测点处的高频部分均只有一些小的振幅峰值, 与素混凝土处测点的高频部分相近, 远小于低频部分的振幅峰值。波纹管2顶部各测点的高频部分存在明显振幅峰值, 振幅峰值仅略小于低频部分振幅峰值, 可能是由于波纹管中存在较大的空洞等缺陷。Q3墙典型横向测线名义厚度图如图11所示, 波纹管1平均名义厚度为302.9mm, 各测点数据一致性较好, 略高于试件1、试件2中灌浆位置的名义厚度;波纹管2中部平均名义厚度为300.8mm, 略高于试件1、试件2中灌浆位置的名义厚度;波纹管2顶部平均名义厚度为415.7mm, 远大于试件2中未灌浆部分的名义厚度, 上下测点数据不一致, 波纹管1顶部名义厚度明显高于其他位置的名义厚度。综合频谱图和名义厚度图的分析, 可判断Q3墙上波纹管1的灌浆饱满、成型质量较好, 内部无缺陷;波纹管2中部的灌浆饱满、成型质量较好, 内部无缺陷;波纹管2顶部存在明显的缺陷。

　　 以上选取的被测墙体代表了不同的波纹管灌浆质量, 可概括为灌浆饱满、存在疑似缺陷以及存在明显缺陷三类。本次测试对该工程60余面墙体进行了冲击回波法测试, 所测波纹管达100余根。为验证冲击回波测试结果的准确性, 对灌浆存在疑似缺陷及明显缺陷的波纹管进行了取芯。Q2墙波纹管1顶部的取芯结果如图12 (a) 所示, 该处取芯结果表明灌浆饱满, 但存在孔洞等微小气孔, 成型质量不高;Q3墙波纹管2顶部处的取芯结果如图12 (b) 所示, 该处取芯结果表明灌浆料未灌满, 实际灌浆高度约770mm。该工程取芯总体结果与冲击回波法检测的结果较吻合, 证明了扫描式冲击回波法可准确地检测装配式墙体波纹管浆锚搭接节点灌浆饱满度。另外, 实际工程波纹管灌浆饱满部分测试的结果与试件1、试件2基本一致;但实际工程中存在缺陷的位置处的名义厚度大于试件2中未灌浆位置处, 可能是由所制作的试件形状系数与实际工程中的墙体不一致产生的尺寸效应导致, 具体原因还有待进一步试验分析。

　　 扫描式冲击回波法可快速、高效地用于检测混凝土结构连接节点的灌浆饱满度, 在一些仅有单一测试面的装配式混凝土结构中实用性很强。本文通过某工程的测试应用实例, 验证了冲击回波法检测波纹管灌浆饱满度的可行性, 并得出以下结论:

　　 (1) 通过频谱图和名义厚度的分析, 扫描式冲击回波可以用于测试和判断装配式混凝土结构波纹管浆锚连接节点的灌浆饱满度及灌浆质量。通常波纹管中的灌浆缺陷会导致所测得的名义厚度提高, 振幅峰值的频率降低, 同时在高频部分出现明显或多个振幅峰值。

　　 (2) 扫描式冲击回波法检测波纹管灌浆饱满度具有较高的准确性, 其测试结果和该工程取芯结果基本一致。加上其扫描式检测的高效性, 非常适合用于无损检测大范围装配式混凝土结构波纹管浆锚连接节点。

　　 (3) 扫描式冲击回波法检测中, 实际墙体波纹管灌浆缺陷处的名义厚度普遍大于所制作试件未灌浆位置处的名义厚度。因此, 制作同工况小尺寸试件并不适合作为获得判断波纹管灌浆缺陷临界名义厚度值的依据。此现象可能是由于所制作的试件形状系数和实际墙体不一致产生的尺寸效应的导致, 具体原因及影响还有待进一步的试验研究分析。

　　 (4) 由于混凝土结构的多样性以及金属波纹管带来的复杂性, 扫描式冲击回波法的精度、最小量程, 以及判断缺陷大小、缺陷所在具体位置等定量检测的方法还需要大量、深层次的试验研究及分析。