随着我国建筑业的转型升级, 装配式混凝土建筑正在我国大力推广, 目前, 已建和在建的装配式混凝土建筑的结构形式以装配整体式混凝土剪力墙结构居多。预制混凝土剪力墙构件的竖向连接大多采用套筒灌浆连接, 套筒在预制剪力墙和预制夹心墙体中的布置形式包括梅花形布置、双排对称布置和单排居中布置。灌浆质量对连接性能至关重要, 当前我国灌浆产业工人的培训还有待加强, 灌浆不饱满不密实现象时有发生, 受到业界的广泛关注^[1,2,3], 但由于灌浆连接属隐蔽工程, 且连接构造复杂, 常常受到钢筋、混凝土、套筒、灌浆料、墙体厚度、保温层等多因素耦合影响, 灌浆质量检测十分困难。

　　 近年来, 为加强预制构件套筒灌浆饱满度在安装施工与竣工验收阶段的现场检测, 相继研发了预埋钢丝拉拔法 (必要时结合内窥镜法) ^[4]、预埋传感器法^[5]、便携式X射线胶片成像法^[6]、X射线工业CT法^[7]和冲击回波法^[8]等。但以上方法在使用条件、检测精度、便利性等方面还存在各自的局限性。

　　 为解决上述方法适用范围有限的问题, 课题组在前期研究基础上, 对X射线胶片成像法、X射线计算机成像法 (CR) 、X射线数字成像法 (DR) 进行了研究。这些方法均具有便携性、不需要预埋元件、可在工程现场对套筒整体范围的灌浆质量进行检测。但X射线胶片成像比较模糊, 有时不利于灌浆缺陷的识别, 且胶片成像涉及到后期洗片, 检测效率较低^[6];CR是间接二次成像 (IP成像板→潜像形成→扫描读取→图像输出) , 因图像形成环节多, 丢失了部分有用信息, 降低了图像的信噪比, 成像也比较模糊;而DR是直接成像 (平板探测器→图像输出) , 数字图像形成环节少, 有用的图像信息损失少, 图像信噪比较高, 图像分辨率明显高于CR。本文重点进行DR检测套筒灌浆密实度的研究, 并和胶片成像法、CR的检测结果进行对比分析。

　　 试件基于工程实际并选取其中一个套筒单元进行设计, 综合考虑了钢筋、混凝土、套筒、灌浆料、墙体厚度、保温层等多因素耦合影响。试件设计参考了行业标准《装配式混凝土结构技术规程》 (JGJ 1—2014) ^[9]、国家标准图集《预制混凝土剪力墙外墙板》 (15G365-1) ^[10]和《预制混凝土剪力墙内墙板》 (15G365-2) ^[11]等。所用套筒基本性能满足行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》 (JG/T 398—2012) ^[12]要求, 标准养护条件下, 灌浆料28d抗压强度为120.4MPa, 满足行业标准《钢筋连接用套筒灌浆料》 (JG/T 408—2013) ^[13]要求。混凝土强度等级为C30, 钢筋强度等级为HRB400。

　　 试件基本情况如表1所示。试件GSR4-bw, GSR8-bw, GSR9-bw系分别在试件GSR4, GSR8, GSR9的基础上组合一块50mm厚的EPS保温板和一块60mm厚的钢筋混凝土外叶板, 形成预制夹心保温剪力墙试件。预制剪力墙试件GSR4, GSR8, GSR9设计图及钢筋混凝土外叶板设计图如图1所示。

　　 DR检测原理示意如图2所示。检测的具体步骤如下:1) 平板探测器就位, 位于预制剪力墙试件的一侧, 并紧贴墙体的表面;2) X射线机就位, 位于预制剪力墙试件的另一侧, 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射线机与中央控制器相连;4) 根据事先试验确定的数值, 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) 检测现场所有检测人员退到安全距离以外;6) 开始检测, X射线机发射X射线, X射线穿过预制剪力墙试件在平板探测器上实时成像;7) 图像采集, 通过平板探测器与工业计算机之间的无线云数据传输 (也可以根据实际情况采用有线形式) , 实现工业计算机远程实时接收图像。

　　 本次检测X射线机采用的机型为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射线功率为900W, 辐射角为30°×60° (横向辐射角×径向辐射角) , 最大辐射泄漏值为5.0m Sv/h, 环境防护等级为IP65, 工作温度范围为-20~50℃。检测参数设置如表2所示。

　　 现场检测照片如图3所示, 为方便检测, 实验室里试件水平放置。对预制剪力墙试件GSR4, GSR8, GSR9, X射线穿透厚度为200mm;对预制夹心保温剪力墙试件GSR4-bw, GSR8-bw, GSR9-bw, X射线穿透厚度为310mm。

　　 各试件DR检测结果如图4所示, 与检测时试件水平放置状态保持一致, 各图像均为水平放置, 套筒注浆口均位于左侧, 出浆口均位于右侧。

　　 试件GSR4的套筒单排居中布置、无纵筋遮挡, 由图4 (a) 可见, 套筒外混凝土及其存在的孔洞、水平分布钢筋和纵向钢筋均清晰可见, 套筒轮廓、套筒内两段钢筋及其对接的间隙、套筒内壁上的横肋均显示清楚, 套筒内方框部分钢筋周边的黑度值明显高于套筒内其他部位, 表示存在灌浆缺陷, 与套筒灌浆密实度为60%是相符的 (已经过X射线工业CT法^[7]校核) 。试件GSR4-bw是在试件GSR4基础上叠加了保温层和钢筋混凝土外叶板, 由图4 (b) 可见, 套筒外混凝土及其存在的孔洞、水平分布钢筋和纵向钢筋仍清晰可见, 但纵横向钢筋的数量较图4 (a) 中增多, 这是由于叠加了钢筋混凝土外叶板中的纵横向钢筋所致, 套筒轮廓、套筒内两段钢筋、套筒内壁上的横肋显示也比较清楚, 但套筒内两段钢筋之间的间隙由于叠加了外叶板中的纵向钢筋而显示不清晰, 套筒内方框部分钢筋周边的黑度值仍明显高于套筒内其他部位, 表示存在灌浆缺陷, 与套筒灌浆密实度为60%也是相符的, 表明用DR技术检测预制夹心保温剪力墙单排套筒灌浆连接的缺陷是可行的。

　　 试件GSR8的套筒梅花形布置、有纵筋遮挡, 由图4 (c) 可见, 套筒内外各元素均清晰可见, 套筒内两段钢筋之间的间隙也显示比较清楚, 在两段钢筋旁边还有一根钢筋, 系图1 (b) 中1-1剖面里配置的套筒外纵向遮挡钢筋, 由于施工误差导致钢筋偏置, DR检测因此显示该钢筋未与套筒内两段钢筋重合, 套筒内方框部分钢筋周边的黑度值明显高于套筒内其他部位, 表示存在灌浆缺陷, 与套筒灌浆密实度为60%是相符的 (已经过X射线工业CT法^[7]校核) 。试件GSR8-bw是在试件GSR8基础上叠加了保温层和钢筋混凝土外叶板, 由图4 (d) 可见, 套筒内外各元素显示较为清楚, 与外叶板中钢筋的叠加也能够被反映出来, 但套筒内方框部分钢筋周边的黑度值与套筒内其他部分区分不很明显。这主要是因为试件GSR8-bw进行DR检测时, X射线机电压采用了与试件GSR8相同的250k V, 对于带保温层的试件, 该电压值偏低, 导致X射线穿透力减弱。

　　 试件GSR9的套筒双排对称布置、无纵筋遮挡, 由图4 (e) 可见, 套筒外各元素清晰可见, 特别是与套筒出浆口相连的PVC管中由于没有浆体, 其显示黑度值与周边混凝土差别十分明显。由于两个对称布置的套筒在成像时叠加在一起, 套筒内的元素区分不是特别明显、但基本可判断。由于两个套筒的灌浆密实度均为60% (已经过X射线工业CT法^[7]校核) , 因此套筒内方框部分钢筋周边的黑度值仍明显高于套筒内其他部位, 表示存在灌浆缺陷。试件GSR9-bw是在试件GSR9基础上叠加了保温层和外叶板, 由图4 (f) 可见, 套筒内方框部分钢筋周边的黑度值仍明显高于套筒内其他部位, 表示存在灌浆缺陷, 与两个套筒的灌浆密实度均为60%是相符的, 进一步表明用DR检测预制夹心保温剪力墙套筒灌浆连接的缺陷是可行的。对于预制夹心保温剪力墙内叶墙体中双排对称布置的套筒, 必要时需结合破损法来判别套筒灌浆的密实度。

　　 课题组前期对试件GSR4和试件GSR4-bw进行了胶片成像检测, 对试件GSR4进行了CR检测^[6]。试件GSR4胶片成像检测的参数设置为电压250k V、电流3m A、曝光时间9min;试件GSR4-bw胶片成像检测的参数设置为电压300k V、电流3m A、曝光时间27min;试件GSR4 CR检测的参数设置为电压250k V、电流3m A、曝光时间10min。胶片成像检测结果如图5所示, CR检测结果如图6所示。

　　 由图5 (a) 可见, 试件GSR4的胶片成像能够区分套筒内外各元素, 套筒内方框部分钢筋周边的黑度值高于套筒内其他部位, 表示存在灌浆缺陷, 说明用X射线胶片成像法检测预制剪力墙单排居中布置的套筒的灌浆质量具有一定的可行性, 但检测效果明显不如DR检测技术。由图5 (b) 可见, 套筒内外各元素均比较模糊, 套筒内方框部分钢筋周边的黑度值与套筒内其他部位区分也不明显, 表明用X射线胶片成像法检测预制夹心保温剪力墙单排居中布置套筒的灌浆质量尚不可行。另外, 与DR相比, 胶片成像法曝光时间偏长, 曝光后还涉及洗片, 检测效率较低, 洗片后还要通过胶片观片灯观测。

　　 由图6可见, 试件GSR4的CR检测显示套筒内外各元素成像均不够清晰, 套筒内方框部分钢筋周边的黑度值与套筒内其他部位相比区分度不高。这主要是因为CR是间接二次成像 (IP成像板→潜像形成→扫描读取→图像输出) , 图像形成环节多, 丢失了部分有用的信息, 因此CR技术还难以应用于预制剪力墙套筒灌浆连接质量的检测。

　　 (1) X射线数字成像法 (DR) 检测技术用于预制剪力墙 (厚度为200mm左右) 或预制夹心保温剪力墙 (厚度为300mm左右) 中单排居中布置套筒或梅花形布置套筒灌浆质量的检测是可行的;用于双排对称布置套筒的灌浆质量检测时清晰度有所降低, 必要时需要结合破损法进行判别。

　　 (2) 与胶片成像检测技术和X射线数字成像法 (CR) 检测技术相比, DR检测技术属直接成像, 数字图像形成环节少, 有用的图像信息损失少, 且图像处理可以实现叠加降噪、灰度变换和对比度增强, 成像效果更好, 在装配式建筑检测中应用前景广阔。

　　 (3) 由于DR检测技术所用X射线机便携, 中央控制器具备延时开启功能, 且平板探测器与工业计算机之间可实现无线云数据传输, 因而DR现场检测将比较方便并能有效保证安全。后续将在实验室研究基础上开展现场检测校验, 进一步提高DR检测技术的适用性和准确性。