为实现“等同现浇”的设计要求, 目前国内外装配式混凝土结构多采用钢筋套筒灌浆连接技术进行竖向受力筋连接, 如果套筒灌浆不满会大大削弱受力筋间的有效连接, 造成安全隐患。然而钢筋套筒灌浆连接节点内部缺陷检测问题一直无法得到有效解决, 超声波探伤法、红外线缺陷检测法、电磁波法、雷达法、冲击回波法等均无法对其内部是否存在缺陷作出准确判断, 现有的便携式X射线检测设备可以对单排埋置或梅花形埋置灌浆套筒的连接节点进行灌浆饱满度检测, 但由于射线的强度存在上限 (最高为300kev) , 经实际试验发现, 检测节点的混凝土厚度 (单排埋置或梅花形埋置灌浆套筒) 宜≤230mm。针对以上问题提出电阻法监测钢筋套筒灌浆饱满度的方法。

在装配式混凝土结构现场施工中, 目前应用最多的灌浆方式为“连通腔灌浆法”, 该方法是墙 (柱) 体内部各套筒底部通过1条贯通的腔道相连, 灌浆时采用一点 (入浆口) 灌浆、多点 (出浆口) 出浆的方式 (见图1) , 可以节约大量人力、物力和灌浆时间, 有效提高施工效率。但若腔道任何一处封堵不严都会导致大范围漏浆, 从而导致套筒灌浆不饱满。

为研究钢筋套筒灌浆连接接头中套筒灌浆缺陷形式, 设计了3组共12个试件, 模拟灌浆过程中因腔道漏浆而产生的灌浆质量缺陷。试件分A, B, C 3个试验组, 分别采用a, b, c 3种不同厂家的灌浆料进行灌浆, 每个试验组均有4个试件, 每个试件包含6个套筒, 试验中所用套筒内径为35mm, 外径为43mm;所用钢筋为HRB400级螺纹钢, 公称直径为16mm。每个试件均由上、下2部分墙体拼装而成, 拼装接缝处采用密封黏结剂进行封堵。试件设计如图2所示。

试验中将上端墙体与下端墙体连接, 尽量使下端墙体中的钢筋居于套筒中心, 并对上、下墙体连接处采取密封处理, 防止灌浆过程中发生不可控漏浆;采用人工注浆的方式从试件入浆口注入按规定水料比搅拌成的液体灌浆料。由于试件内部是连通的, 注浆过程中及时对已均匀冒浆的入浆口或出浆口进行封堵, 待所有入浆口和出浆口均匀冒浆后停止灌浆, 并进行封堵。

灌浆完成10min后, 对试件A1, A2, B1, B2, C1, C2进行模拟漏浆试验, 采取在上、下墙体接缝处中部开凿孔洞的方式进行漏浆, 漏浆时间3min, 漏浆完成后对所开凿孔洞及时封堵;试件A4, B4, C4模拟灌浆不饱满试验;A3, B3, C3为无缺陷试验对照组。

试验结果如表1所示, 试件实体和部分套筒横切面如图3所示。

从试验结果可以看出, 灌浆质量缺陷产生的原因主要为以下2种。

1) 从灌浆开始到结束, 整个过程中灌浆料从未充满整个套筒, 出浆口不会出浆。

2) 灌浆饱满后连通腔漏浆, 漏浆口一定范围内灌浆套筒内部灌浆料液面下降, 造成灌浆套筒上部空洞。试验中漏浆口选在拼接缝中间位置, 整个构件内所有套筒灌浆液面基本相同, 由于试件大小已经确定, 套筒中心与漏浆处最远距离约为160mm。

结合试验结果可知:采用连通腔灌浆法灌浆, 灌浆不饱满或漏浆时, 会在腔体顶部形成空腔, 因此可以通过监测腔体顶部是否有空腔的方法监测套筒灌浆质量是否符合要求。

灌浆料由骨料、胶凝材料和其他辅助性材料组成, 具有导电性且导电性随着灌浆料内部水化时间的增加而不断下降, 利用这种特性采用测电阻的方法监测灌浆是否饱满。由1.2节可知, 套筒灌浆缺陷主要是在套筒上部出现空腔, 对此, 设计电阻法监测试验装置如图4所示, 试验中采用额定电压为500V电阻表。灌浆套筒内的灌浆有3种质量状况:初始灌浆不饱满, 灌浆饱满后由于连通腔密封不严导致漏浆及灌浆完全饱满, 电流走向不同, 测得的电阻也不同, 如图5所示。

采用图2所示试件, 在套筒顶部提前放置探测装置, 探针总长28mm。其中, 包有绝缘皮部分长24mm, 为直径0.7mm圆形断面;裸露金属探头长4mm, 为直径0.5mm圆形断面, 探头与灌浆套筒出浆口下端平齐, 试验用电阻表提供电压为500V, 最大电阻量程为500MΩ。试验中共采用3种灌浆料a, b, c, 每种灌浆料组包含4个试件, 每个试件均有6个套筒, 试验过程共持续7d, 试验结果如表2所示。3种灌浆料在不同灌浆工况下的电阻值随时间变化过程如图6所示。

由图6所示3种灌浆料在不同灌浆工况下的电阻值随时间变化过程可得到如下结果。

1) 分析a1, b1, c1试件所测电阻值, 灌浆料完全充满套筒时, 所测电阻值增长接近于1条直线, 电阻值在0～1MΩ。

2) 分析a2, a3, b2, b3, c2, c3试件所测电阻值, 由于漏浆而导致灌浆不饱满, 所测电阻值增长迅速, 灌浆完成24h内便可以增长十几倍, 灌浆完成168h后, 电阻值达上百MΩ。

3) 分析a4, b4, c4试件所测电阻值, 由于灌浆料未达到探测点, 所测电阻值随时间的变化为1条水平线。

4) 由图6可知, 尽管不同种灌浆料电阻值变化不尽相同, 但试验结果表明, 不同灌浆工况下所测的电阻值有明显差异, 可以通过所测电流值的变化判断套筒灌浆是否饱满。

通过分析对比3种灌浆料灌浆的套筒电阻值可得出如下结论。

1) 采用电阻法可以在灌浆初期 (灌浆完成2h) 准确判别灌浆是否饱满 (灌浆饱满者电阻值约为0, 浆料液面因漏浆而导致回落的电阻值一般在 0.03～0.3MΩ, 未灌满的套筒电阻为无穷大。

2) 从灌浆开始到168h, 灌浆饱满的套筒电阻测量值≤1MΩ, 而存在灌浆缺陷 (套筒内灌浆料液面整体回落的套筒或未灌满的套筒) 电阻值上升迅速, 电阻值已达数十或上百兆欧姆, 二者完全不在一个数量级上, 可以判断套筒灌浆是否饱满。