回弹法在装配式建筑灌浆料实体抗压强度检测中的应用

本文节选自《上海土木科技》 2024（02）

作者：陈玲珠，“2023年度上海土木英才奖”

摘要

本文介绍了回弹法检测装配式建筑灌浆料实体抗压强度的检测流程，并通过两个工程案例，验证了其实际可操作性。结果表明，回弹法检测灌浆料实体抗压强度结果离散性相对较大，与标准试块的实测抗压强度间存在一定的偏差，但操作简便、无损，可以较快速的推定灌浆料的实体抗压强度，可为灌浆料的实体强度检测提供参考；由于灌浆口原浆面的质量受不同材质塞子的影响，建议检测前对检测面进行打磨。

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引言

水泥基灌浆材料广泛应用于装配式建筑竖向构件连接中。套筒灌浆连接作为装配式混凝土结构竖向预制构件的主要连接方式之一，直接参与预制构件的荷载传递，是保证结构整体性能的关键。由于套筒灌浆属于隐蔽工程，套筒和连通腔内部空间狭小，灌浆施工人员操作水平参差不齐等原因，套筒灌浆不饱满的问题频发。国内针对这一质量问题开展了大量研究，提出了预埋传感器、预埋钢丝拉拔、钻孔内窥镜、X射线数字成像等四种适用于不同阶段的套筒灌浆检测方法，解决了套筒灌浆不饱满的检测难题。然而，套筒灌浆施工现场由于使用劣质或过期灌浆料、误用坐浆料或随意增大水灰比等，还易出现灌浆料实体抗压强度不足等问题，造成套筒连接力学性能不足，无法达到“等同现浇”的设计要求。

目前，施工现场主要通过标养试块、同条件试块等方法来控制灌浆料的质量。然而，试块的质量无法完全反映灌浆料实体的质量，且实际工程中往往存在试块遗漏、试块检测结果有争议等情况，因此，现行中国工程建设标准化协会标准《取样法检测钢筋连接用套筒灌浆料抗压强度技术规程》（T/CECS 726-2020）提出了从构件已灌浆连接的灌浆管、排浆管、外接延长管以及竖向构件底部接缝处获取灌浆料圆柱体试件，并对其进行抗压强度试验，来推定检测龄期时灌浆料实体抗压强度的取样法，为套筒灌浆料的实体抗压强度检测提供了有效的手段。但由于试样较小，离散性较大，需要截取的试样数量较大，且取样和加工过程操作较复杂、工作条件受限，对构件造成一定的损伤，因此，一些学者也提出了无损的检测方法。魏晓斌等提出了表面硬度法来检测灌浆料实体抗压强度，并与取样法进行了对比，结果表明，两种方法均能反映灌浆料的实体强度，取样法的测试结果略高于表面硬度法的测试结果。吴玉龙等通过试验验证了灌浆料表面硬度与抗压强度的正相关性，并模拟实际节点孔道条件分析了测试面对于试验结果的影响。黄林青和潘剑云等对加固用水泥基灌浆料开展的试验表明，水泥基灌浆料试块的回弹值与试块抗压强度之间存在较强的相关关系，回弹法可用于灌浆料现场抗压强度的检测。现行中国工程建设标准化协会标准《装配式混凝土结构检测标准》（T/CECS 1189-2022）同时采纳了取样法和回弹法来检测套筒灌浆料实体强度，并给出了详细了规定。

目前，在实际工程中，通过回弹法推算装配式建筑灌浆料实体抗压强度应用案例较少，实际可操作性亟需进一步验证。基于此，本文介绍了回弹法检测装配式建筑灌浆料实体抗压强度的检测方法，通过两个工程案例验证了其实际可操作性，并提出了工程应用建议。

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检测方法

1.1 检测仪器

采用型号为HC-GL10的灌浆料强度检测仪（见图1），球头标称直径为3mm，冲击装置直径不大于6mm，冲击能量为1.1×10-2J。

 

图1  灌浆料强度检测仪

1.2 检测条件

与回弹法检测混凝土抗压强度类似，回弹法检测灌浆料实体强度时，应符合：

1）灌浆料龄期不应小于7d；

2）检测面不应有明显缺陷，且应处于自然风干状态；

3）弹击时灌浆料应无位移；

4）抗压强度的检测范围应在40MPa～120MPa之间；

5）回弹仪使用时的环境温度宜为-4℃～40℃。

1.3 检测流程

检测前先对回弹仪进行率定，回弹法检测灌浆料抗压强度的检测流程如下：

1）根据灌浆料强度等级、灌浆时间等确定检测批，每个检测批的构件抽样数量不宜少于10个；

2）所检构件上宜随机选取不少于4个连续灌浆施工的灌浆套筒；

3）记录工程名称、楼号、楼层、轴线和套筒所在构件编号；

4）对选取的灌浆口检测面进行打磨，确保检测面灌浆饱满、平整和干燥；

5）测点在检测面内均匀分布，每个检测面读取3个或4个回弹值，每一测点的回弹值精确至1，每个预制构件应读取16个回弹值。

6）回弹时，平稳的按动冲击装置释放按钮并记录回弹值。

1.4 抗压强度推定

灌浆口灌浆料抗压强度按以下步骤进行推定：

1）每个构件16个回弹值中，剔除3个最大值和3个最小值后计算剩余10个回弹值的平均值；

2）根据《装配式混凝土结构检测标准》（T/CECS 1189-2022）式D.2.3（见式（1））计算灌浆料抗压强度换算值：

（1）       

式中：fgm—灌浆料抗压强度换算值，精确到0.1MPa；Hgm—灌浆料回弹值的平均值，精确至1。

3）检测批的灌浆料抗压强度推定区间为[fgm,e1, fgm,e2]，fgm,e1和fgm,e2之间的差值不宜大于0.15 fgm,m，以fgm,m作为检测批灌浆料抗压强度推定値，其中fgm,e1, fgm,e2，fgm,m按式（2）~（5）计算。

（2）   

（3）  

（4）     

（5） 

4）若fgm,e1和fgm,e2之间的差值大于0.15 fgm,m时，适当增加样本容量或重新划分检测批进行补充检测；当不具备补充检测条件时，仅给出单个构件的灌浆料抗压强度推定値。

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工程应用

本文选取了2个实际工程项目，根据《装配式混凝土结构检测标准》（T/CECS 1189-2022）的规定，对灌浆料实体抗压强度进行检测。

2.1 工程项目1

工程项目1为27层住宅建筑，采用装配整体式剪力墙结构，预制剪力墙采用螺栓连接，螺栓连接部位采用灌浆料灌浆（见图2）。

采用回弹法对14层的预制剪力墙螺栓连接部位灌浆口灌浆料实体抗压强度进行随机抽样检测，检测结果见表1。

 

图2  预制剪力墙螺栓连接部位灌浆口

表1  14层回弹法检测灌浆料实体抗压强度结果

根据中国工程建设标准化协会标准《装配式混凝土结构检测标准》（T/CECS 1189-2022）计算的检测批螺栓连接部位灌浆料抗压强度平均值为85.6MPa，标准差为2.99MPa，灌浆料抗压强度推定区间上下限差值符合标准规定，因此灌浆料抗压强度推定值为85.6MPa。

同时，对同条件养护的灌浆料标准试块的抗压强度进行测试，测得的灌浆料抗压强度平均值为93.5MPa。可以看出，该工程项目回弹法检测灌浆料抗压强度推定値略低于同条件养护的灌浆料标准试块抗压强度。

2.2 工程项目2

工程项目2为12层公共建筑，采用装配整体式框架结构，预制柱采用套筒灌浆连接。

采用回弹法对套筒灌浆料实体抗压强度进行检测，按照不同浇筑时间分为4个检验批进行推定，检测结果见表2~表5。

表2  10~12层回弹法检测灌浆料实体抗压强度结果

表3  7~9层回弹法检测灌浆料实体抗压强度结果

表4  4~6层回弹法检测灌浆料实体抗压强度结果

表5  2~4层回弹法检测灌浆料实体抗压强度结果

根据中国工程建设标准化协会标准《装配式混凝土结构检测标准》（T/CECS 1189-2022）计算的检测批10~12层预制柱、7~9层预制柱、4~6层预制柱和2~4层预制柱灌浆料抗压强度平均值分别为97.2MPa、94.5MPa、95.6MPa和103.9MPa，标准差分别为6.91MPa、8.40MPa、6.79MPa、11.42MPa，灌浆料抗压强度推定区间上下限差值符合标准规定，因此灌浆料抗压强度推定值分别为97.2MPa、94.5MPa、95.6MPa和103.9MPa。该工程项目回弹法检测灌浆料抗压强度的离散性较大。

该批次灌浆料28d标准养护条件下的抗压强度实测值为91.7MPa。可以看出，该工程项目回弹法检测灌浆料抗压强度推定値略高于灌浆料标准试块28d抗压强度。

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检测结果分析与工作要点

3.1 检测结果分析

从两个工程项目采用回弹法检测灌浆料实体抗压强度的现场检测结果可以看出，回弹法检测结果离散性相对较大，与标准试块的实测抗压强度间存在一定的偏差。

这主要是由于回弹法作为一种间接检测方法，得到的灌浆料实体抗压强度为推定值，而推定采用的测强曲线为试验数据的拟合公式，因此，检测精度偏低。但回弹法操作相对简便，可以较快速的推定灌浆料的实体抗压强度，相对于取样法检测套筒灌浆料实体抗压强度，具有无损、高效等优势，可为灌浆料的实体强度检测提供参考。对于灌浆料抗压强度检测结果存在争议项目，建议建立专用的测强曲线或者采用取样法进行补充验证。

3.2 工作要点

检测前要做好灌浆料回弹仪的率定，确保灌浆料回弹仪正常工作。测点应在检测面内均匀分布，同一测点不应重复回弹，任意两压痕中心之间的距离以及任一压痕中心距检测面边缘的距离均不宜小于3毫米。

检测过程中发现回弹法检测灌浆料实体抗压强度的结果受检测面质量的影响较大，要求检测面饱满、平整、无气孔。由于灌浆口原浆面的质量受不同材质塞子的影响，难以满足检测要求，因此，建议检测前对检测面进行打磨，若检测面不完整，建议更换被检测套筒。

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结论

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回弹法检测灌浆料实体抗压强度结果离散性相对较大，与标准试块的实测抗压强度间存在一定的偏差，但操作简便、无损，可以较快速的推定灌浆料的实体抗压强度，可为灌浆料的实体强度检测提供参考。

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由于灌浆口原浆面的质量受不同材质塞子的影响，难以满足检测要求，因此，建议检测前对检测面进行打磨。

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由于本文中数据量有限，且缺少回弹法、取样法等不同检测方法的对比验证，建议后续开展进一步验证研究。

作者简介

陈玲珠，女，同济大学工学博士、澳大利亚悉尼大学哲学博士，正高级工程师，国家一级注册结构工程师、注册咨询工程师，现任上海市建筑科学研究院有限公司结构所装配部主任。入选上海市青年科技启明星计划，获国家自然科学基金青年科学基金项目、上海人才发展资金资助等。长期从事工程结构抗火和装配式建筑检测评估领域的技术研发和工程实践，牵头国家和部市级科研项目9项，参加国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划项目和上海市科委重大项目等10余项，发表论文80余篇、其中SCI/EI收录30余篇，授权发明专利13项、申请50余项，授权实用新型专利22项，出版专著1部，主编技术标准1部、参编10余部，获上海市科技进步二等奖1项、山东省科技进步二等奖1项、华夏建设科学技术一等奖2项、华夏建设科学技术二等奖和三等奖各1项。多数研发成果和技术专利已在相关标准以及企业技术服务开展中得到转化应用。

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