基于显像管法的套筒灌浆饱满度检测试验研究

杨 健，肖生玉，顾 盛，唐柏鉴

（1.苏州科技大学 土木工程学院，江苏 苏州 215011；2.同济大学 航空航天与力学学院，上海 200092；3.昆山市建设工程质量检测中心，江苏 昆山 215337）

0 引言

套筒灌浆连接是由专门加工的套筒、配套灌浆料和钢筋组装的组合体，在连接钢筋时通过注入快硬无收缩灌浆料，依靠材料之间的黏结咬合作用连接钢筋与套筒［1］组合而成。根据标准 JGJ 355-2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》中第 6.3.5 条第二款：每个区域除预留灌浆孔、出浆孔与排气孔外，应形成密闭空腔，不应漏浆。在实际施工过程中，由于工人操作不当或者套筒本身存在缺陷，时常发生套筒内部漏浆、少灌、堵塞的情况，导致灌浆套筒连接质量不符合要求，使构件之间的连接性能下降，对结构安全造成不利影响。因此，对结构中的套筒灌浆连接进行灌浆饱满度检测尤为重要。

目前，检测套筒灌浆饱满度的方法主要包括预埋传感器法［2］、预埋钢丝拉拔法［3］、X 射线法［4］、内窥镜法［5］及超声法［6］等。上述方法中除了预埋传感器法可以在灌浆施工阶段进行灌浆饱满度检测外，其余方法均是在质量验收阶段进行检测，此时灌浆料已凝结硬化，即便检测结果不理想也很难采取补浆等补救措施。预埋传感器法虽然可以在灌浆过程中检测套筒灌浆连接的饱满度，但传感器需预埋在套筒内，难以回收利用，检测成本较高。

课题组根据套筒灌浆连接的构造特点和施工工艺，提出了显像管法检测套筒灌浆饱满度的装置（发明专利号：ZL201910372961.8）［7］，用于解决在灌浆施工阶段无法快速、有效且低成本地检测套筒内灌浆饱满度的问题，能提早发现套筒灌浆不饱满的缺陷，及时对灌浆不饱满的套筒进行补浆，保证了套筒灌浆连接的质量，降低后期修复成本［8］。

1 装置构造及检测方法

在未灌满或者漏浆情况下，由于重力作用，流动灌浆料的液面会低于套筒出浆孔。根据这一特征，本装置在套筒出浆孔处抽取灌浆料，通过观察显像段内灌浆料的充实程度来判断套筒灌浆是否饱满。

1.1 装置构造

图 1 为基于显像管法的套筒灌浆饱满度检测装置的构造图，其由穿孔橡胶塞、透明塑料管、活动橡胶塞和推拉杆等部件组成。透明塑料管前段为伸入段，在检测时伸入套筒出浆管，抽取套筒内部出浆孔高度处的灌浆料；末段为显像段，检测时，通过观察显像段来判断套筒灌浆饱满度；穿孔橡胶塞套在透明塑料管外部，待透明塑料管插入出浆管后将该装置的位置进行固定并封堵出浆孔；触碰部位于透明塑料管前端部，防止套筒内钢筋与透明塑料管端口直接接触；活动橡胶塞和推拉杆构成推拉塞，与透明塑料管内壁紧密接触，可在透明塑料管内来回移动且气密性良好；推拉杆上设有止挡部，用于限制推拉杆的伸入长度，避免将活动橡胶塞推出透明塑料管。

图1 显像管法检测装置

1.2 检测方法

灌浆施工阶段，对于需要进行灌浆饱满度检测的套筒，待其出浆孔出浆后，将显像管法检测装置沿出浆管伸入套筒内部，使用装置上的穿孔橡胶塞封堵住出浆孔，到达规定时间后拉出推拉塞进行检测。推拉塞被拉出的过程中，透明塑料管内气压降低，套筒内透明塑料管前端部周边拥有良好流动性的灌浆料被抽至显像段，通过观察显像段内的灌浆料充实程度来判断灌浆饱满度。如图 2 所示，若显像段内灌浆料充实，表明灌浆饱满；若显像段内无灌浆料，表明灌浆不饱满。为保证工程质量，检测完后将抽出的灌浆料送回套筒内部，并对灌浆不饱满的套筒进行补灌及复测。

图2 套筒灌浆饱满度检测示意图

2 试验研究

在灌浆施工阶段进行套筒灌浆饱满度检测时，影响因素主要有以下几个方面：①具备早强性的灌浆料短时间内固化，在灌浆完成后流动性逐渐减弱；②套筒分为半灌浆套筒和全灌浆套筒两种结构，且大多以梅花形方式进行布置，出浆管长度存在差异；③在构件生产和安装过程中出现的误差可能会导致套筒内钢筋偏位，甚至出现钢筋紧贴出浆口的情况。综合考虑以上因素，本文设计了套筒灌浆饱满及不饱满两个试验组，探究显像管法的准确性。

2.1 试验设计

套筒灌浆饱满试验组研究了从灌浆后到检测前的间隔时间、套筒的结构形式、出浆管长度和套筒内钢筋偏位对检测效果的影响。其中，从灌浆后到检测前的间隔时间分为 10、15、20、25 min 和 30 min 五种情况；套筒的结构形式分为全灌浆套筒和半灌浆套筒两种情况；根据套筒梅花形布置中出浆管的尺寸差异，将出浆管长度分为 40 mm 和 140 mm 两种情况；钢筋位置分为偏位和不偏位两种情况。依据以上试验参数，设计了 15 种工况进行饱满度的检测，如表 1 所示，试验组中的每种工况都设置了 6 个相同的套筒进行试验，如图 3（a）及图 3（b）所示。

套筒灌浆不饱满试验组研究了半灌浆套筒出现漏浆现象时，本装置检测结果的准确性。套筒漏浆指灌浆结束后浆料流失，造成套筒灌浆不饱满的情况，此现象多发生于灌浆结束后 10 min 内，因此以 5 min 和 10 min 作为漏浆起漏时间。根据套筒内钢筋偏位及套筒漏浆的特点，为了便于在外部直接观察套筒内部情况，采用亚克力材质的透明半灌浆套筒，设计了 3 种工况进行灌浆饱满度的检测，具体如表 2 所示，试验组中的每种工况都设置 6 个相同的套筒进行试验，如图 3（c）所示。

表1 套筒灌浆饱满试验组

图3 套筒灌浆饱满度检测试验

表2 套筒灌浆不饱满试验组

灌浆时，使用灌浆枪进行注浆，首先保证各类工况下的套筒均灌浆饱满。为了模拟套筒漏浆，在进行套筒漏浆检测试验时，需要控制漏浆量，到达指定时间后，打开灌浆孔的橡胶塞使套筒内的浆料流出，从套筒顶部观察灌浆料液面的下降情况，当浆料液面高度低于出浆孔下方时，封堵灌浆孔，停止漏浆。

为验证灌浆料与显像管法检测装置的适配性，如图 4 所示，将杯中的灌浆料没过透明塑料管的下端口，在杯口盖上湿毛巾分别静置 10 min、20 min和 30 min 后抽取灌浆料。试验结果表明，灌浆料均可抽至透明塑料管上部，30 min 内灌浆料与显像管法检测装置的适配性良好。

图4 不同时段灌浆料流动性试验

2.2 试验结果

如图 5 所示，各组试验均是在到达指定间隔时间后，拉出推拉杆，观察显像段并判断套筒灌浆是否饱满。

图5 灌浆饱满度检测结果

在使用本装置进行套筒灌浆饱满度检测时，如图 6 所示，出现了 4 种不同的试验现象：显像段内灌浆料充实、显像段内有少量空气、显像段内无灌浆料和推拉杆拉出后回缩。

显像段内灌浆料充实，表明在透明塑料管端口周边有充足的灌浆料。在检测时，将推拉杆向外拉出，前端的活动橡胶塞带动透明塑料管端口周边的灌浆料进入透明塑料管内部，并沿着透明塑料管抵达显像段，此时可以判定套筒灌浆饱满。

图6 试验现象

显像段内有少量空气，表明在透明塑料管端口周边的灌浆料中含有少量气泡。在检测时，透明塑料管端口周边的灌浆料随着推拉杆的移动流入显像段，灌浆料内部的微小气泡也随之进入显像段，此时仍可判定套筒灌浆饱满。

显像段内无灌浆料，表明透明塑料管端口周边仅有少量灌浆料或无灌浆料。在检测时，套筒内部的空气被抽入透明塑料管，而流入透明塑料管的少量残余灌浆料在摩擦力的作用下附着在管壁上，无法抵达显像段，导致显像段内无灌浆料，此时可以判定该套筒灌浆不饱满，需要进行补浆。

推拉杆拉出后回缩，表明透明塑料管端口处出现堵塞。在检测时移动推拉杆，由于透明塑料管前端发生堵塞，空气和灌浆料无法流入，内部压强降低，松开推拉杆后，在大气压的作用下，推拉杆会回缩至透明塑料管内部。由于透明塑料管端口被堵塞，无法抽取套筒内部的灌浆料，因此无法判断套筒是否灌浆饱满。在灌浆后 10～20 min 进行检测时，由于灌浆料的流动性下降不多，不会出现此类现象。

套筒灌浆饱满和不饱满试验组的检测结果如表 3 所示。

表3 检测结果

3 不同因素对检测效果的影响

3.1 间隔时间对检测效果的影响

图 7 为 S 1-1～S 1-5、S 2-1～S 2-3 和 S 3-1～S 3-4 工况中的试件检测成功率随间隔时间的变化规律图。由图 7 可知，在 10～20 min 进行检测，套筒中的灌浆料均能成功抽出至显像段，但随着间隔时间的增长，显像管法检测装置检测出饱满套筒的成功率逐渐下降。全灌浆套筒在灌浆结束 25 min 后进行检测，开始出现套筒灌浆饱满但显像段内无灌浆料的现象，半灌浆套筒在灌浆结束 30 min 后进行检测，也出现类似现象。

图7 间隔时间对检测效果的影响

试验结果表明，灌浆后至检测前的间隔时间宜在10～15 min，最迟不超过 20 min。其原因在于随着间隔时间的增大，灌浆料的流动性逐渐下降，检测时难以吸入透明塑料管，影响检测效果。

3.2 套筒的结构形式对检测效果的影响

如图 8 所示，对比 S 1-2～S 1-5 工况与 S 3-1～ S 3-4 工况的检测结果，当间隔时间为 15 min 和 20 min时，全灌浆套筒和半灌浆套筒均能成功检测出灌浆饱满；当间隔时间为 25 min 和 30 min 时，全灌浆套筒和半灌浆套筒的检测成功率均出现下降，但与全灌浆套筒的检测成功率相比，半灌浆套筒的检测成功率下降幅度较小。

图8 不同结构形式的套筒的检测效果对比图

试验结果表明，半灌浆套筒检测效果优于全灌浆套筒。其原因在于两种套筒有不同的结构特征:全灌浆套筒内出浆孔高度处存在连接钢筋，而半灌浆套筒内出浆孔高度处通常情况下无连接钢筋。随着灌浆料流动性下降，半灌浆套筒内透明塑料管端口周边灌浆料的流动无钢筋阻碍，仍有部分灌浆料流入透明塑料管内；全灌浆套筒内透明塑料管端口周边灌浆料的流动受到钢筋阻碍，灌浆料难以流入透明塑料管内。

3.3 出浆管长度对检测效果的影响

如图 9 所示，对比 S 1-3～S 1-5 工况与 S 2-1～S 2-3 工况的检测结果，可以发现从灌浆后到检测前的间隔时间为 20 min 时，长出浆管和短出浆管均可以检测出灌浆饱满；25 min 后，检测成功率均出现下降趋势，且下降幅度无显著区别。

图9 不同出浆管长度的检测效果对比图

检测结果表明，在相同的时间间隔下，出浆管长度的变化对检测结果无明显影响。因透明塑料管直径为 5 mm，两种出浆管长度抽取的灌浆料体积仅相差约2 ml，不会对套筒内部的灌浆料产生较大影响，同时本装置主要抽取的是透明塑料管端口周边的灌浆料，与出浆管长度无关。

3.4 套筒内钢筋偏位对检测效果的影响

由表 3 中 S 4-1～S 4-3 工况的检测结果可知，当间隔时间为 10～20 min 时，钢筋出现偏位的套筒中显像段内抽出灌浆料的成功率均为 100 %。

检测结果表明，钢筋偏位不会影响检测的成功率。当钢筋偏位严重，被钢筋完全堵塞的出浆孔在灌浆过程中无法出浆，此时需要进行修复处理。当钢筋偏位，但出浆孔仍有浆料流出时，使用本装置对套筒进行灌浆饱满度检测，套筒内部的灌浆料可以通过钢筋与出浆孔之间的空隙流入透明塑料管内部，不会对检测结果产生显著影响。

3.5 套筒漏浆对检测效果的影响

A-1、A-2 和 B-1 工况中的试件均为漏浆试件，对漏浆试件进行饱满度检测时，根据表 3 的试验结果，所有试件的显像段均无灌浆料，套筒内部灌浆不饱满。

检测结果表明，本装置检测套筒漏浆试件的效果良好。如图 10 所示，当浆料液面低于出浆孔底部时，透明塑料管端口处仅有少量灌浆料残余，检测时显像段内无灌浆料。检测过程中对显像管检测装置的观察可知，在移动推拉杆时，虽然透明塑料管端口处有少量灌浆料进入，但由于灌浆料与管壁之间的摩擦，被吸入透明塑料管的残余灌浆料附着在伸入段前端，显像段内没有发现灌浆料。

图10 漏浆试件

4 结论

1）针对施工过程中难以检测套筒灌浆饱满度的问题，提出了显像管法及其配套检测装置，检测方法在使用时，均为简单的推拉工序，操作简便，有利于套筒灌浆施工过程中的质量控制，且检测装置成本低廉。

2）灌浆料的流动性对显像管法的影响较大，灌浆后到检测前的间隔时间宜为 10～15 min，最迟不超过20 min。

3）当灌浆料流动性能下降时，套筒的结构形式对本方法的检测效果有明显影响，相比全灌浆套筒，半灌浆套筒的检测准确率更高；套筒出浆管长度的变化对本方法的检测准确率无明显影响。

4）当半灌浆套筒钢筋偏位，但未完全堵住出浆孔，仍可以使用本装置进行灌浆饱满度检测；对于出现漏浆缺陷的试件，当浆料液面高度低于出浆孔时，显像管法检测装置可以检测出套筒内灌浆不饱满。