套筒灌浆连接是目前装配式混凝土结构采用的主要连接方式之一, 通过内部带有剪力槽的钢质套筒和灌入高强无收缩的灌浆料实现钢筋连接。从连接机理可知, 套筒内部灌浆料须填充饱满, 以确保钢筋有效锚固长度达到设计要求。因构件加工精度、现场施工水平等因素, 套筒内部可能出现漏浆、少灌的情况。若套筒内部灌浆不饱满, 钢筋连接将达不到预期性能, 则会带来结构安全隐患, 因此, 需要研发钢筋套筒内部灌浆饱满度的检测方法。

　　 由于钢筋套筒连接部位的复杂性, 现有无损检测方法很难适用, 目前所开发的灌浆饱满度检测方法有预埋传感器法、预埋钢丝拉拔法以及X射线法。预埋传感器法是将某类型的传感器在灌浆施工时预先埋置于套筒内部, 待灌浆施工完成后, 通过测试传感器的信号对内部灌浆饱满度进行检测, 该方法需预先埋置传感器, 对于没有埋置传感器的套筒无法进行检测, 若需达到随机抽样的检测目的, 需在每个套筒内部埋置传感器^[1], 检测成本高。预埋钢丝拉拔法是在出浆孔预埋高强钢丝, 待浆料凝固达到一定强度后, 对钢丝进行拉拔, 根据拉拔力判断内部灌浆是否饱满:当拉拔力很高时, 判断内部灌浆饱满;当拉拔力很低时, 判断内部灌浆不饱满;当拉拔力处于中间状态时, 需要借助其他检测手段来判断内部灌浆是否饱满^[2]。X射线方法比较直观, 可以发现套筒内部与胶片平面平行的缺陷, 要求套筒为单排布置或者呈梅花状布置, 且沿射线穿透方向的构件厚度不能太大, 对于钢筋混凝土柱或者厚度较大的混凝土墙, X射线无法穿透构件, 另外, 因X射线具有放射性, 在工地现场使用具有一定限制^[3] 。

　　 在未灌满或者漏浆情况下, 由于重力作用, 流动灌浆料的液面均会低于灌浆套筒出浆孔^[4], 根据这一特征, 一般灌浆不饱满的范围均在套筒顶部出浆孔及其以下部分, 因此, 可通过检查出浆孔处是否有灌浆料及空洞范围, 确定灌浆饱满程度。目前, 正常施工的出浆孔不具备检查条件, 本文设计了一种预成孔装置, 在灌浆施工完毕后将该装置代替橡胶塞放入出浆孔进行封堵。待灌浆料凝固达到一定强度后, 取出成孔装置, 形成检测孔道, 再采用内窥检查设备伸入孔道检查其灌浆是否饱满及不饱满程度, 检测工作结束后采用灌浆材料对检测孔道进行封堵, 确保其耐久性不受影响。试验验证了该方法的可行性和有效性, 结果表明该方法简便、成本低廉、结果直观, 为装配式结构灌浆饱满度检测提供了新途径。

　　 结合工程实际情况, 剪力墙厚度为200mm, 竖向钢筋直径分别为18mm和20mm, 双排钢筋梅花状布置, 采用半灌浆套筒, 设计预留插筋的混凝土底座以模拟下一层剪力墙的竖向钢筋, 钢筋锚固长度按照套筒产品要求不低于8d (d为钢筋直径) 。为了获得不同的灌浆饱满度, 采用座浆施工, 每个套筒单独灌浆;考虑灌浆全满 (100%) 、灌浆半满 (50%) 、未灌浆 (0%) 等三种饱满程度, 分别模拟灌浆饱满、漏浆和漏灌等三种质量情况, 套筒布置见图1, 各套筒灌浆工况设置见表1。

　　 混凝土强度等级为C30, 钢筋采用HRB400E, 钢筋套筒采用GTJB4 18和GTJB4 20两种型号;灌浆料为与套筒配套的CGMJM-Ⅵ型灌浆料;座浆料为JM-Z型预制构件灌浆接缝封堵专用砂浆。

　　 混凝土底座和上部剪力墙在预制构件厂浇筑完成, 自然养护28d;清理底座上的浮渣和灰尘, 清理灌浆套筒孔道内灰尘并检查套筒内部的畅通性;在套筒口设置橡胶垫防止座浆料进入套筒;座浆料铺设施工完毕后, 将预制墙体吊装, 预留钢筋与套筒对位安装;座浆施工结束3h后, 对各套筒逐个注浆施工, 为获得不同灌浆饱满度的情况, 对于灌浆不饱满的套筒, 根据连通器原理, 采用灌浆孔处安装“L”形导管的方式, 使导管高度对应预期的不饱满程度;出浆孔处用带有预成孔装置的橡胶塞封堵。灌浆导管安装及灌浆施工完试件照片见图2。

　　 预成孔装置用于在连接套筒的出浆孔处形成检测通道, 便于内窥镜伸入检查套筒内的灌浆饱满情况, 该成孔装置包括由成孔棒及其外侧包裹的热缩材料构成的热缩组件, 该组件再与封堵出浆孔的橡胶塞组装形成组合体。热缩材料一方面可以隔离成孔棒, 使其不与灌浆料粘结, 另一方面, 当孔道直径不够时, 可以通过加热外侧热缩材料使其收缩形成更大直径的通道。

　　 本次试验的成孔棒直径4mm, 外侧热缩材料为圆筒形, 其外径8mm, 内径3mm。热缩形成检测孔道最大直径约8mm。成孔装置见图3。

　　 采用标准的灌浆工艺进行施工, 待灌浆料从出浆孔流出后将预成孔装置塞入出浆孔进行封堵, 并确保成孔装置的前端抵触钢筋表面;当灌浆施工完成且灌浆料达到一定强度后, 取出成孔棒, 必要时再对热缩材料进行加热, 最终在出浆孔形成检测孔道, 便于内窥镜伸入套筒内部进行检查。

　　 采用韦林三维成像内窥镜, 分别采用双物镜镜头和三维立体相位扫描测量镜头进行观察和测量, 测量精度可达到0.01mm^[5]。内窥镜及其镜头照片见图4, 本次采用的两种规格镜头参数见表2。

　　 三维立体双物镜测量镜头从不同角度对同一目标进行测量, 其测量原理是用测量镜头上的两个物镜之间的已知距离作为底边, 通过双物镜与测量点构成角度的变化, 计算获得测量点的坐标。三维立体单物镜相位扫描测量镜头是一种基于现有光学计量的技术, 它将线形光线投射到被检区域表面进行光栅扫描, 并用光学器件的摄像机捕捉线形轮廓, 然后通过重构算法将图像数字化, 得到缺陷面的三维点云图, 呈现缺陷的三维形状与几何尺寸, 实现对观测图形的测量^[6]。

　　 为了比较两种内窥镜测量法在套筒灌浆饱满度检测上的可操作性, 本次试验分别用两种类型的内窥镜镜头对预成孔的灌浆套筒连接剪力墙构件的灌浆饱满度进行了验证。

　　 在灌浆完成并自然养护7d后, 将预成孔装置取出, 为了增大内窥镜在孔道内的操作空间, 将成孔棒外侧的热缩材料通过加热方式去除, 形成了内径约8mm的检测通道, 且孔道通直便于内窥镜伸入。

　　 当灌浆饱满时, 所成孔道的四周有灌浆料完全包裹, 孔道内壁表面较为光滑, 内窥镜可自由伸入;当发生漏浆时, 在自重作用下顶部灌浆料流失, 所成孔道内壁包裹浆料较少, 孔道直径较灌浆饱满时略有增大, 有利于内窥镜对套筒内部灌浆情况检测;当套筒内无灌浆料时, 套筒出浆孔连接管即为所成孔道。三种工况所成孔道情况见图5。

　　 采用本文提出的预成孔装置, 可在不影响正常灌浆施工工序前提下, 达到预成孔道的目的, 所成孔道内壁平整且直达套筒内部, 满足内窥镜伸入检测的要求, 为检测灌浆饱满度提供了条件。

　　 采用内窥镜检查灌浆饱满度时, 先定性检查灌浆是否饱满的大体情况, 以验证成孔检测的可行性为重点, 保证所成孔道能够方便内窥镜镜头的自由进入, 孔道通畅。

　　 灌浆饱满的情况, 所成孔道内未见钢筋和套筒内壁, 套筒顶部灌浆饱满, 典型照片见图5 (a) 。对于灌浆不饱满的套筒, 可观察到未被灌浆料包裹的钢筋与套筒内壁以及硬化的灌浆料, 当模拟漏浆时, 钢筋表面和套筒内壁上均有曾经被灌浆料包裹的痕迹, 典型照片图6。进一步验证本次模拟不饱满的灌浆工艺能够获得预期施工缺陷的效果。当模拟漏灌时, 钢筋、套筒内壁清晰可见, 并且没有灌浆料包裹的痕迹, 典型照片见图7。

　　 定义套筒灌浆饱满度为套筒内下部充满灌浆料的高度与套筒设计灌浆锚固深度的比值。

　　 针对灌浆不饱满的套筒, 采用三维成像内窥镜进行内部空间扫描, 并形成数字照片, 对顶部未灌浆部位细部尺寸进行测量。以套筒出浆孔中心点为基准, 检测灌浆料上表面与出浆孔的距离, 测量4处, 取最小值。灌浆料上表面至出浆孔距离、有效埋深换算结果以及灌浆饱满度计算结果见表3, 典型的测量照片见图8。

　　 由表3可知, 通过三维立体双物镜测量技术和三维立体单物镜相位扫描测量技术可测得套筒内灌浆料表面至内窥镜镜头的直线距离, 据此可以计算出每个套筒的灌浆饱满度。从图8中可以看出, 两种镜头的测量结果有些差异, 并且4.0mm直径双物镜镜头所观测到的灌浆料表面更加清晰。两种镜头在测量灌浆料上表面至出浆孔距离时, 需要有足够的光线照到灌浆料表面, 但由于套筒内部空间比较狭小, 内部还有环形突起构造, 导致可能无法准确获得镜头至灌浆料上表面的最大距离, 因此, 部分测量结果只能选取附近测点代替。由于可较为自由地在套筒内操作4.0mm直径三维立体双物镜测量镜头, 所成图像的视野和光线较好, 提高了测量精度, 可准确观测到套筒内灌浆料表面的位置, 测试结果基本不存在误差;而6.1mm直径三维立体双物镜相位扫描测量镜头较大, 在套筒内部狭小空间里自由转动受阻, 视野范围有限, 存在死角的情况较多, 有时无法观察到灌浆料表面的位置, 造成测试距离较实际距离小, 导致测算的灌浆饱满度较实际偏大。因此, 建议在对套筒内灌浆情况进行内窥镜测量时优先选用4.0mm直径三维立体双物镜测量镜头的内窥镜进行测量和观察。

　　 通过内窥镜三维成像技术可测量套筒内灌浆料上表面至测量镜头的距离, 进而可以精确计算灌浆饱满度, 该测试方法操作简便, 结果直观可靠, 同时测量精度满足评定要求。

　　 (1) 施工过程漏浆造成的灌浆缺陷均在套筒顶部, 可从出浆孔测量灌浆料顶面距出浆孔高度的方式进行灌浆饱满度的质量检查。

　　 (2) 热缩预成孔方法简单有效, 试验验证了本方法可在出浆孔处形成检测通道, 不增加施工工序, 成本较低, 并且主要成孔装置部件可重复使用。

　　 (3) 通过检测通道, 可以采用普通成像内窥镜进行定性检查, 结果直观, 可信度高。

　　 (4) 采用三维成像测量内窥镜可获得顶部不饱满的三维图像, 通过数字化处理可定量确定不饱满的范围, 进而计算出灌浆饱满度或者钢筋的有效锚固长度, 为节点连接质量检测评定提供技术参数。

　　 (5) 通过试验结果对比, 建议优先选用4.0mm直径三维立体双物镜测量镜头的内窥镜进行灌浆饱满度测量。