在装配整体式混凝土结构中, 除钢筋套筒灌浆连接外, 钢筋浆锚搭接连接的应用也较多^[1,2,3]。钢筋浆锚搭接连接与套筒灌浆连接一样, 属隐蔽工程, 容易产生灌浆不密实的隐患。课题组前期分别采用预埋传感器法、冲击回波法、X射线胶片成像法对钢筋浆锚搭接灌浆密实度进行检测, 并对检测结果进行了分析。研究表明, X射线胶片成像法虽然检测原理简单、操作灵活、结果可视, 但由于受X射线机电流、电压及胶片类型的影响, 用于厚度>200mm试件灌浆密实度的检测效果并不理想^[4]。

随着计算机数字图像处理技术及数字平板射线探测技术的发展, 数字成像 (digital radiography, 后文简称DR) 技术应用计算机控制技术通过使用接收器和转化器使透过被测试件的X射线信号及时转化为图像储存到计算机, 检验人员通过计算机显示图像对检测工件的内部和外部结构和性质进行评定, 可显著提高检测速度、降低成本。

采用X射线DR法对钢筋浆锚搭接连接的灌浆密实度进行检测, 并将检测结果与X射线胶片成像法进行对比分析, 为保证装配整体式混凝土结构的质量提供依据。

X射线胶片成像法是利用胶片透射被检测物体, 从而将携带了物体内部信息的X射线记录下来, 通过显影、定影等暗室处理后进行检测和评估的技术^[5]。而X射线DR法是射线穿过被检测物体后携带了物体内部信息, 在经过一个准直器后进入由核探测器及电子系统组成的转换装置中, 随后图像采集系统将采集到的信号进行A/D转换和一定的预处理, 直接将被测物体的信息数据及时转化为图像, 送入计算机进行处理和存储^[6]。其与常规X射线胶片成像法的各方面对比如表1所示^[7], X射线DR法的系统组成如图1所示。

共设计了4个钢筋浆锚搭接连接试件, 包括2个波纹管约束浆锚搭接试件 (BW1, BW2) 和2个螺旋箍筋约束浆锚搭接试件 (LX1, LX2) 。试件基本信息如表2所示 (其中, D_BW表示波纹管直径, 6@80等表示螺旋箍直径和间距, D_LX表示螺旋箍环径, D表示预留孔道的内径) 。各试件的横截面及1—1剖面如图2所示。图中1—1剖面的视图方向为实际工程中可以开展灌浆密实度检测的工作面方向。各试件的灌浆密实度通过灌浆料质量及出浆孔是否出浆进行控制, 出浆孔出浆的孔道为100%灌浆, 各试件的灌浆密实度情况如表2所示。

检测时具体设置2种工况; (1) 为对试件直接进行测试, 用于模拟普通预制钢筋混凝土剪力墙, 厚度为200mm。 (2) 为了验证X射线DR法用于装配式混凝土结构预制夹心保温剪力墙的检测效果, 在试件一侧叠加保温板和外叶墙板后再进行X射线DR检测。其中, 保温板采用50mm厚EPS保温板, 外叶墙板采用60mm厚钢筋混凝土板, 总计墙厚310mm。外叶墙板高316mm, 宽150mm, 板内配置钢筋网片, 纵向钢筋为316 (间距55mm) , 水平分布筋为8@100, 保护层厚度为20mm。

本次DR检测X射线机型号为YXLON SMART EVO 300DS, 焦点大小为1.0mm, 电压范围50~300k V, 电流范围0.5~4.5m A, 最大X射线功率900W, 辐射角为30°×60°, 最大辐射泄漏值5.0m Sv/h, 环境防护等级IP65, 工作温度范围为-20℃~50℃。DR检测参数设置如表3所示。

为方便实验室检测, 试件水平放置。具体测试流程为: (1) 平板探测器放置于试件一侧, 并紧贴试件表面; (2) X射线机置于试件另一侧, 根据事先试验确定的数值, 调节X射线机的焦距符合检测要求; (3) 将X射线机和平板探测器分别与中央控制器相连; (4) 通过中央控制器设置电压、电流、曝光时间及X射线机的延迟开启时间; (5) 现场所有检测人员退到安全距离以外; (6) 开始检测后, X射线机发射X射线, 平板探测器将实时成像数据反馈到中央控制器; (7) 通过中央控制器与工业计算机之间的数据传输, 计算机远程实时接收图像。

各试件灌浆密实度的X射线DR法检测结果如图3所示。为方便观察, 将水平放置试件的DR检测图像进行了旋转, 图中从下到上为灌浆孔到出浆孔的方向, 矩形框为根据图像灰度区分出的无灌浆段区域。

为了对比, 同时还在图3中列出了采用X射线胶片成像法的检测结果。X射线胶片成像检测采用便携式X射线机作为检测仪器, 型号为SMART300HP;测试时的管电压为250k V, 管电流为3m A, 曝光时间9min, 胶片为Agfa C7胶片。

由图3可知, 对于双排梅花形波纹管约束浆锚试件BW1和单排螺旋箍筋约束浆锚试件LX1, 胶片成像法和DR法均能判定孔道内部灌浆段和非灌浆段的界面, DR法能清晰地看到波纹管外形或螺旋箍筋外形以及试件内配置的横向分布钢筋。当叠加保温层及外叶墙板后, DR法检测的清晰度略有下降, 但仍然可以判定孔道内部灌浆段和非灌浆段的界面, 且可以看到外叶墙板内的配筋情况。综合胶片成像法和DR法的检测结果, 可以判断试件BW1的灌浆密实度为70%左右, 试件LX1的灌浆密实度为60%左右, 与实际情况较吻合。

对于双排对称波纹管约束浆锚试件BW2, DR法检测其无夹心保温层的情况时, 可以在图像中清晰地看到前、后2个孔道的灌浆段和非灌浆段的界面。当叠加保温层及外叶墙板后, DR法检测的清晰度略有下降, 仍然可以判定孔道内部灌浆段和非灌浆段的界面, 但是双排孔道的灌浆界面区分度有所下降。综合胶片成像法和DR法的检测结果, 可以判断试件BW2双排孔道的灌浆密实度平均约为40%, 与实际情况较吻合。

对于双排对称螺旋箍筋约束浆锚试件LX2 (后排孔道灌浆密实度100%) , DR法检测其无夹心保温层的情况时, 可以在图像中确定灌浆段和非灌浆段的界面, 但无法区分哪个孔道灌浆存在缺陷。与试件BW2前、后孔道的灌浆段和非灌浆段的界面进行对比后, 可以认为DR法检测时, 如果存在孔道灌浆不密实的情况, 可以通过图像的灰度判断, 颜色越白的区域表明灌浆越密实, 颜色越黑的区域表明灌浆越不密实;双排孔道如果存在单排孔道不密实的情况, 则颜色介于二者之间。综合胶片成像法和DR法的检测结果可以判断试件LX2的某一孔道灌浆密实度为60%左右, 与实际情况较吻合。

以上检测结果表明, X射线DR法能够用于检测单排波纹管或螺旋箍筋约束钢筋浆锚搭接连接的灌浆密实度, 也可用于综合判断双排浆锚搭接连接的灌浆密实度;同时对预制夹心保温剪力墙 (内叶墙200mm+保温层50mm+外叶墙60mm) 的测试效果也较为理想, 克服了传统X射线胶片法受试件厚度限制较大的缺点^[4]。

1) X射线DR法对于试件厚度≤200mm的单排或双排梅花形布置浆锚搭接连接灌浆密实度的检测效果清晰, 对双排对称布置浆锚搭接连接灌浆密实度的检测可以明确区分双排孔道灌浆密实度不一致的情况;X射线DR法对于厚度为310mm的预制夹心保温剪力墙的检测效果也较为清晰。

2) X射线DR法与X射线胶片成像法相比, 不需处理胶片和暗盒、成像速度快, 大大改善了工作流程, 提高了工作效率;同时可提供恒定优异的图像, 便于联网和图像储存。本次试验采用的X射线机为便携式, 且中央控制器具备延时开启功能, 可在现场检测中采用和推广。

3) 本次试验主要根据数字图像采用人工评定的方式判定灌浆段和非灌浆段的界面;后续研究可以考虑增加检测样本和样本图像灰度数据, 通过计算机图像处理进行自动识别和评判。同时, 可以通过图像分析及处理技术, 进一步研究灌浆段内有空洞、夹杂等缺陷时的自动识别技术, 以便更接近于实际工况。