內(nèi)窺鏡法在鋼筋套筒灌漿飽滿度檢測中的應用研究

孫碩科，郝雨杭，付素娟，劉夢瑤

（1.河北省建筑科學研究院有限公司，河北 石家莊 050000；2.河北省綠色建筑產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 石家莊 050000；3.河北省既有建筑綜合改造技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 石家莊 050000）

0 引言

裝配式建筑具有建造速度快、綠色環(huán)保、節(jié)約勞動力的特點，符合國家供給側(cè)改革和建筑業(yè)改革的發(fā)展方向。近年來，國家也出臺了一系列發(fā)展裝配式建筑的政策，促進裝配式建筑的發(fā)展，力爭 2026 年左右，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到 30 %，這也標志著我國今后新型城鎮(zhèn)化進程中，以裝配式混凝土建筑為代表的工業(yè)化建筑將進入快速、規(guī)模化發(fā)展階段［1］。

目前，套筒灌漿技術(shù)被廣泛應用于裝配式建筑工程中，對建筑中的鋼筋連接有著重要的作用。鋼筋套筒灌漿技術(shù)的使用保證了建筑物鋼筋連接的穩(wěn)固性，通常情況下用于裝配式高層建筑工程項目中的預制構(gòu)件豎向連接，由拌合物硬化形成整體進而實現(xiàn)傳力鋼筋的對接［2］。鋼筋套筒灌漿連接質(zhì)量主要取決于套筒內(nèi)部鋼筋錨固長度是否滿足規(guī)范要求，實際施工過程中，可能由于漏漿、堵塞等情況的發(fā)生，從而出現(xiàn)灌漿不飽滿的問題，嚴重影響結(jié)構(gòu)的安全［3］。

人們對于裝配式建筑的印象是由一塊塊的預制構(gòu)件拼接而成，其連接處是否安全可靠是人們所關(guān)心的重點問題。套筒內(nèi)部灌漿質(zhì)量的好壞直接決定了裝配式混凝土建筑結(jié)構(gòu)安全性能的好壞［4，5］。

相比于其他鋼筋套筒灌漿檢測方法，內(nèi)窺鏡法用于檢測套筒灌漿飽滿度，由于操作簡單、攜帶方便、觀測結(jié)果直觀［6］，已在實際工程中得到了較為廣泛的應用。目前，對于應用內(nèi)窺鏡法檢測鋼筋套筒灌漿飽滿度誤差方面的研究較少，基于此，本文采用內(nèi)窺鏡法對鋼筋套筒灌漿進行飽滿度檢測，并對將其應用于檢測套筒灌漿飽滿度的誤差進行分析。

1 工業(yè)內(nèi)窺鏡構(gòu)造原理

工業(yè)內(nèi)窺鏡是光、機、電一體的 NDT 儀器［7］，依據(jù)構(gòu)造原理的不同可分為硬性內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡和電子視頻內(nèi)窺鏡。

1.1 硬性內(nèi)窺鏡構(gòu)造原理

硬性內(nèi)窺鏡構(gòu)造組成如圖1 所示。它由導光束、目鏡、轉(zhuǎn)像透鏡、不銹鋼管和物鏡組成。導光纖維的作用是提供傳光照明，提高呈現(xiàn)圖像亮度；轉(zhuǎn)向透鏡的作用是應用光學技術(shù)傳輸圖像。在不銹鋼管與轉(zhuǎn)像透鏡重疊部分設(shè)置了若干光學元件，共同構(gòu)成了內(nèi)窺鏡的轉(zhuǎn)像透鏡系統(tǒng)，內(nèi)置的光纖可以將冷光源直接傳輸至工作位置。

圖1 硬性內(nèi)窺鏡構(gòu)造

通常硬性內(nèi)窺鏡的直徑為 1～20 mm，其長度為 50 ～1 000 mm，在儀器內(nèi)部檢查方面應用較為廣泛，可用于航天機體架構(gòu)、渦輪葉片、燃燒室的檢查等，也可應用于制造行業(yè)的 NDT 工作。

1.2 纖維內(nèi)窺鏡構(gòu)造原理

纖維內(nèi)窺鏡的構(gòu)造組成如圖2 所示。它是由先端部、彎曲部、導向束、操作部、目鏡以及柔軟部導光束等組成。目鏡可直接觀測到通過傳像纖維傳輸?shù)膱D像，纖維內(nèi)窺鏡中纖維束、調(diào)校前端擺頭角度及光纖中的鋼絲均需要全部內(nèi)置，通常會配置專用冷光源進行亮度調(diào)節(jié)。

圖2 纖維內(nèi)窺鏡構(gòu)造

纖維內(nèi)窺鏡的物鏡可通過彎曲部進行彎曲，即可以改變觀測物鏡的運行軌跡，而硬性內(nèi)窺鏡由于主體結(jié)構(gòu)為不銹鋼管，不能改變視線方向。

傳像纖維束是由數(shù)萬根玻璃纖維單絲集成于一體的單根傳像束，直徑相同的條件下，一根傳像束中所包含的單絲越多，所傳輸?shù)漠嬞|(zhì)就會越清楚。纖維內(nèi)窺鏡在使用時，不能硬折，否則可能會損壞傳像纖維束，縮短其使用壽命。

1.3 電子視頻內(nèi)窺鏡構(gòu)造原理

電子視頻內(nèi)窺鏡的內(nèi)部構(gòu)造如圖3 所示。

圖3 電子視頻內(nèi)窺鏡構(gòu)造

電子視頻內(nèi)窺鏡由先端部、CCD 靶面、光導管、柔軟部、控制部、連接器及監(jiān)測器等組成。CCD 靶面可以接受來自物鏡的成像信息，并將圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂平M可識別的電子信號，控制組在接受到電子信號后將圖像傳送至顯示器上進行顯示。

通常電子視頻內(nèi)窺鏡的直徑為 6～20 mm，長度為 2～100 m。

2 試驗概況

2.1 試件設(shè)計

試驗共制作了 16 個直徑及灌漿飽滿度不同的鋼筋套筒，套筒中鋼筋居中布置，本次試驗針對灌漿飽滿度為 50 %、60 %、70 % 和 80 %的鋼筋套筒進行內(nèi)窺鏡檢測；試件示意圖如圖4 所示。

圖4 試件示意圖

試件的基本信息如表1 所示。

表1 試件列表

2.2 試件的制作

制作試件時，為了更加貼近實際工程，本次試驗所涉及到的灌漿飽滿度指的是鋼筋套筒灌漿腔總長度的百分比，例如 50 % 的飽滿度，灌漿的高度為鋼筋套筒灌漿腔的長度 50 %。為了保證試件灌漿后不發(fā)生擾動，制作木架放置套筒，使之灌漿后保持豎直靜置狀態(tài)，養(yǎng)護 28 d 后進行內(nèi)窺鏡檢測。澆筑完成后的試件如圖5 所示。

圖5 試驗試件照片

2.3 試驗裝置及測試方法

2.3.1 試驗裝置

本次檢測采用工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡，試驗設(shè)備如圖6 所示，該內(nèi)窺鏡具有視頻拍攝保留和比較測量的功能，可以滿足灌漿套筒飽滿度檢測的要求。

圖6 檢測用內(nèi)窺鏡

2.3.2 測試方法

實際檢測過程如圖7 所示。需要結(jié)合鉆孔方法進行內(nèi)窺鏡檢測。本試驗為方便檢測，沒有將養(yǎng)護好的灌漿套筒試件預埋至預制構(gòu)件中，因此，可直接從套筒出漿口進行檢測，檢測過程中，保持灌漿套筒豎直放置。

圖7 現(xiàn)場檢測照片

3 試驗結(jié)果及分析

采用內(nèi)窺鏡方法對不同灌漿缺陷的套筒試件進行檢測，檢測結(jié)果以圖像方式進行呈現(xiàn)，結(jié)果較為直觀。

3.1 不同直徑灌漿套筒檢測結(jié)果

由于試件數(shù)量較多，為了更具針對性地說明內(nèi)窺鏡法的檢測結(jié)果，本文挑選套筒型號為 JM-GT16、JMGT20 和 JM-GT25、灌漿飽滿度為 50 % 和 80 % 的試件進行說明，檢測結(jié)果如表2 所示。

表2 不同直徑灌漿套筒內(nèi)窺鏡檢測結(jié)果

從表2 中檢測結(jié)果可以看出，內(nèi)窺鏡檢測的結(jié)果可以直觀反映套筒內(nèi)部灌漿情況。當套筒內(nèi)部灌漿飽滿度為 50 % 時，不同直徑下的檢測照片均可反映灌漿較少，不飽滿；當套筒內(nèi)部灌漿飽滿度為 80 % 時，由于探頭距離灌漿料頂面較近，視距不足，對應的檢測結(jié)果照片判斷灌漿缺陷不是十分理想，此時可以借助內(nèi)窺鏡的測距功能進行輔助判斷。

3.2 內(nèi)窺鏡檢測飽滿度的誤差分析

內(nèi)窺鏡檢測方法需要對灌漿套筒進行鉆孔測量，內(nèi)窺鏡測距結(jié)果與實際值存在誤差，表3 統(tǒng)計了灌漿飽滿度為 50 %、60 %、70 % 和 80 % 的各個試件理論灌漿長度和實際檢測的灌漿長度，并計算各個試件灌漿檢測的誤差。

表3 內(nèi)窺鏡檢測誤差表

從表3 中可以看出，通過內(nèi)窺鏡法檢測的灌漿長度與理論灌漿長度相差較小，最大誤差為 12.27 %，考慮到出漿孔鉆孔位置的偏差以及實際灌漿缺陷，可以認為內(nèi)窺鏡法檢測結(jié)果具有較高的準確性。同時也應該注意到，當灌漿液面不低于出漿口下端面時，由于灌漿缺陷較小，采用內(nèi)窺鏡法檢測不到，因此，該檢測方法理論上具有一定的局限性。而在實際工程項目中，超過 90 % 的飽滿度的灌漿套筒對于鋼筋的錨固力已足夠，并具有一定的安全度儲備，因此該方法可以應用到實際工程檢測中去。

4 結(jié)語

通過基于內(nèi)窺鏡法所測得套筒灌漿飽滿度的試驗結(jié)果，可以得出以下結(jié)論。

1）當套筒內(nèi)部灌漿飽滿度為 80 % 時，由于探頭距離灌漿料頂面較近，視距不足，對應的檢測結(jié)果照片判斷灌漿缺陷不是十分理想。

2）內(nèi)窺鏡法對套筒灌漿缺陷進行定量檢測，檢測灌漿長度結(jié)果的誤差范圍大部分集中在 6 % 以內(nèi)，個別誤差 12.27 %，考慮到出漿孔鉆孔位置的偏差以及實際灌漿缺陷，內(nèi)窺鏡法定量檢測結(jié)果具有較高的準確性。

3）內(nèi)窺鏡檢測可以結(jié)合鉆孔方法對裝配式混凝土建筑節(jié)點套筒灌漿缺陷進行檢測，該法可適用于施工、驗收階段以及使用階段。Q