基于 X 射線數字成像技術檢測預制柱內套筒灌漿質量的研究

趙廣志，孫 堅，許國東

（1.江蘇省建筑科學研究院有限公司，江蘇 南京 210000；2.江蘇省建筑工程質量檢測中心有限公司，江蘇 南京 210046）

0 引言

預制混凝土結構柱是通過在工廠進行鋼筋綁扎和混凝土澆筑，在柱的底部預埋灌漿套筒，現場安裝時灌注灌漿料拌合物，待拌合物硬化后，可形成一個整體，同時實現了傳力，使得上下層主筋對接連接。

灌漿套筒連接的質量直接影響著結構的安全性，研究表明灌漿缺陷對鋼筋套筒灌漿連接試件的承載力和變形性能有較大的影響［1］。預制柱間灌漿套筒施工質量的好壞直接關系到結構整體的抗震性能和抗倒塌能力，影響建筑物結構的質量和安全。因此灌漿套筒的施工質量是目前社會比較關心的問題。目前灌漿套筒的施工質量主要包括以下幾方面：套筒內鋼筋的錨固長度、套筒內灌漿飽滿度以及套筒的灌漿密實度。

套筒灌漿質量對整個構件及結構的穩定性具有一定的影響，具備足夠的密實度，能夠避免結構、構件不同程度的破壞。

目前裝配式建筑中主要采用全灌漿套筒和半灌漿套筒進行各部分的連接；各部分之間的連接強度主要決定于灌漿套筒灌漿的飽滿程度，然而由于灌漿工人的不當操作和構件本身設計問題造成的漏倉均會導致灌漿套筒灌漿不飽滿，為結構的安全性和耐久性埋下了巨大隱患，因此急需一種無損且高效的檢測方法來發現灌漿不飽滿的套筒。

實際工程中，套筒灌漿質量問題主要有灌漿不飽滿，套筒內鋼筋有效錨固長度不足等，直接影響連接節點的質量和性能?，F有的檢測方法預埋鋼絲拉拔法、預埋傳感器法、內窺鏡法、沖擊回波法等，還不能有效地檢測灌漿質量。如沖擊回波法可用于無損檢測大直徑波紋管漿錨搭接節點的灌漿飽滿度，但無法有效識別波紋管內的鋼筋錨固長度及雙排布置的小直徑波紋管漿錨搭接節點灌漿缺陷［2，3］。X射線工業 CT 技術可有效檢測鋼筋套筒等連接節點內部的灌漿質量，但其龐大的檢測設備無法適用于現場測試，僅適用于連接節點平行試件的實驗室檢測［4］。

本文重點研究了 X 射線數字成像技術（DR）檢測預制混凝土結構柱灌漿套筒施工質量的可行性和影響因素，并通過工程實際驗證此方法的有效性和可靠性。

1 檢測原理

DR 檢測技術是一種 X 射線直接轉換技術，X 射線透照被檢構件，因構件對射線的吸收和散射使其強度減弱衰減，數字探測器接收到衰減后的射線光子，轉化成電信號并輸出數字影像，如圖 1 所示。

圖1 X 射線數字成像檢測原理示意圖

如果被透照構件內部的套筒存在缺陷（空洞、孔洞、不密實等），將會使得透過射線的強度與周圍區域產生差異，所成圖像對應區域就會產生灰度差，進而可以判斷構件內有無缺陷及缺陷的形狀、大小和位置等。

2 現場檢測

由于預制混凝土柱為多位方形柱體，使得柱內套筒的混凝土保護層厚度不均勻，平板探測器接收到的透射射線強度變化很大。射線檢測時透照厚度的變化，會導致成像時的灰度差異也很大：透照厚度較薄的部位產生飽和現象，而透照厚度較大的部位曝光不足，最終獲得的圖像就會無法判別套筒內部質量。為此嘗試利用與套筒內部相同的灌漿料做成的補償塊減少透照厚度差，使得平板探測器接收到能量比較均勻的射線，獲得較清晰的灌漿套筒的圖像，才能分析套筒內灌漿質量和鋼筋錨固長度的情況，如圖 2 所示。

圖2 預制柱內套筒 DR 檢測示意圖

2.1 檢測實施

X 射線檢測預制柱時，很難穿透整個柱身，所以現場選取柱角上的套筒進行檢測。由于預制柱結構特點以及柱內套筒分布與預制剪力墻不同，檢測實施就更加困難。為了保證能夠獲得完整的套筒影像，在沒有補償塊的情況下，選擇合適的曝光參數直接對柱角套筒進行檢測，所得圖像存在曝光飽和區，且圖像不清晰，直接影響套筒內部灌漿質量的分析，如圖 3 所示。避免出現曝光飽和區的方法是減少曝光量，但是透照厚度較厚的區域無法得到清晰的套筒影像，使得套筒影像不完整。

圖3 未加補償塊 DR 圖像

圖4 增加補償塊時 DR 圖像

增加補償塊后的檢測結果如圖 4 所示，同樣的曝光參數下所得套筒影像清晰，套筒內部構造清晰可辨，影像灰度整體較均勻，套筒管壁和內部漿料也可分辨出來，沒有了曝光飽和區的干擾，使得套筒內部灌漿質量更加直觀可見，便于分析。

套筒灌漿密實度可通過 DR 圖像直接觀察，比較直觀，通過灌漿料密實區與不密實區的灰度差異，可直接辨別灌漿質量的好與差。圖 5 為現場檢測時發現套筒上半部未見灌漿料，灌漿不飽滿。鋼筋沒有灌漿料進行錨固，對整個柱子的安全性和穩定性都有一定的影響。這也是研究 DR 技術檢測預制柱內套筒灌漿質量所要發現的問題，并進一步研究、提供更加準確可靠的檢測數據和解決方案。

2.2 檢測對比

圖5 灌漿缺陷

預制構件內部套筒灌漿質量參數包括灌漿飽滿度、密實度和鋼筋錨固長度。為了驗證 DR 檢測的準確性，在增加厚度補償塊的情況下，進行預制柱內套筒灌漿質量 DR 檢測，DR 檢測后進行破損檢測，即取出柱內套筒，然后進行剖切，觀察內部灌漿質量和測量鋼筋錨固長度，檢測結果如圖 6 和圖 7 所示。

圖6 灌漿套筒 DR 圖像

圖7 灌漿套筒剖切后圖像

本次所檢套筒為 GTJQ4 20（HRB400 E）灌漿套筒，外徑 45 mm，長度 370 mm，鋼筋直徑 20 mm，套筒內定位銷筋距頂部 190 mm，設計錨固長度 160 mm。圖 6 為預制柱內套筒 DR 圖像，套筒內部灌漿相對密實，上部鋼筋錨固長度185mm，下部鋼筋錨固長度163 mm；圖 7 為在預制柱內取出該套筒進行剖切后的切面圖，在剖切面觀察灌漿密實度并利用鋼直尺進行錨固長度的測量，該套筒剖面部位灌漿密實度飽滿，上部鋼筋錨固長度為 182 mm，下部鋼筋錨固長度為 165 mm。從比對結果可以看出，DR 技術能夠較準確地測量出套筒內部的質量缺陷，DR 檢測結果與剖開測量值間偏差在 3 mm 以內。結果表明，DR 技術不僅能夠定性發現套筒內部的質量缺陷，而且能夠定量檢測。

由上述數據可見，在增加補償塊的情況下，套筒內部灌漿質量和鋼筋錨固長度能夠更加直觀地判斷和測量，檢測結果準確可靠。

3 結論

綜上所述，通過試驗研究、比對和工程實例的驗證，DR 技術能夠準確檢測預制柱內部灌漿套筒的灌漿質量和鋼筋錨固長度。

1）預制柱混凝土的厚度會影響檢測結果，且檢測時由于厚度變化較大，需進行厚度補償，才能獲得灰度較一致的圖像。

2）在增加厚度補償的情況下，檢測結果與實際剖切基本一致，說明 DR 技術的準確性和可靠性，對現場施工質量具有一定的監督作用。

3）由于混凝土結構及灌漿料材質的多樣性、復雜性，目前灌漿密實度還未通過灰度值進行量化，為此，還需大量的試驗和研究尋求兩者之間的關系，形成更全面、可靠的 DR 技術檢測灌漿質量的方法。