摘要：套筒内灌浆料的抗压强度是影响节点连接性能的关键因素之一，现场如何实现对该参数的准确检测仍是业内的难题。本文分析对比了现有检测方法优缺点，阐明了表面硬度法的独特优势以及缺乏工程验证的不足，并依据已建立的测强曲线，开展了实际工程的验证。结果表明：所抽检的6个剪力墙，表面硬度法与同条件试件法检测结果的相对误差较小，为5.55%~10.79%，结果可靠性较好；同时，从应用过程中提炼了该方法现场操作的主要步骤，可供工程检测人员参考。
关键词：表面硬度法；灌浆料；套筒；抗压强度；工程验证

Abstract：The compressive strength of the grouting material in the sleeve is one of the key factors affecting the joint performance. How to realize the accurate detection of this parameter is still a difficult problem in the industry. This paper analyzed the advantages and disadvantages of existing detection methods, described the unique advantages of surface hardness method and the shortcomings of engineering verification, and according to the established strength curve, the application of practical engineering is verified. The results show that: in the sampling of 6 shear walls, the relative error between the test results of surface hardness method and the specimens under the same conditions is small, ranging from 7.74% to 10.79%.  At the same time, the main steps of the field operation of the method are extracted from the application process, which can be used as a reference for engineering inspection personnel.
 
Keywords：surface hardness method；grouting material； sleeves；compressive strength；engineering verification
 

0 前言

      装配式混凝土结构主要是通过节点连接将预制构件装配成整体，实现结构承载的功能。套筒灌浆连接作为上下层竖向构件对接应用最为广泛的方式之一，其连接质量直接影响结构整体受力性能，其影响因素包括钢筋的插入长度、灌浆的饱满度以及灌浆料的质量，而抗压强度则是评判灌浆料质量最重要的指标之一^[1-3]。
      成品灌浆料的强度主要受水料比、龄期和环境条件等因素的影响，原则上，其强度是能够保证的。然而，实际调研过程中却发现诸多问题：（1）由于灌浆料成本高或现场供应不足，对已过保质期或品质不达标的灌浆料不作退场而继续使用；（2）利用已超过初凝时间的灌浆料以节省工期和材料成本；（3）由于缺少常识或粗心大意，误用坐浆料，甚至是水泥砂浆；（4）当现场灌浆料较为粘稠或灌浆搅拌设备老化造成灌浆效率低时，随意增大水灰比以提高灌浆效率。这些情况都将造成灌浆料水灰比过大或质量不合格，可能直接导致其强度达不到标准要求，使结构埋下严重的安全隐患^[4]。
      鉴于以上问题，针对工程项目的套筒灌浆连接节点，进行灌浆料抗压强度的现场检测是必须的，有利于保证装配式建筑的连接质量，也有利于通过检测的威慑力不断提高施工技术水平。

1 现有检测方法

      目前，针对该连接节点的套筒灌浆料抗压强度检测方法主要包括：同条件试件法、小芯样法和表面硬度法。

1.1同条件试件法

      该方法主要是对施工现场灌浆作业时留置的同条件灌浆料棱柱体试件（尺寸为40 mm×40 mm×160 mm）进行抗压强度试验，将其抗压强度作为判断套筒内灌浆料抗压强度是否达标的依据^[5]，如图1所示。该方法作为一种必要的管控手段，虽能够一定程度反映套筒内灌浆料的抗压强度，但因试件未必能做到真实对应且实质非结构实体，故其抗压强度检测结果可能无法很好地表征套筒内灌浆料的真实抗压强度。此外，若同条件试件的抗压强度检测结果为不合格，则仍然需要采取灌浆料抗压强度的实体检测方法以形成闭环。

1.2小芯样法

      小芯样法是由中国建筑科学研究院的孙彬、毛诗洋等^[6-7]提出的一种检测套筒灌浆料实体抗压强度的方法，也是针对该问题最早诞生的方法。方法步骤如下：先将孔道的灌浆料连同PVC管钻芯取样，再对样品进行切割、磨平加工，最后，对小芯样进行抗压试验，通过试验力值与其受压面积的比值计算抗压强度值，并经统计分析后获得套筒灌浆料抗压强度的检测结果，如图2所示。然而，通常情况，受PVC管内径所限，小芯样直径一般为17mm~23mm，因此，在现有条件下，将其加工为外观完整、高径比、表面平整度和垂直度均符合要求的试样有一定难度，且由于试样尺寸很小，抗压试验的结果可能表现出过大的离散性，导致数据不可用。

1.3表面硬度法

       由于套筒内的灌浆料已隐蔽，无法直接检测其强度，因此，同小芯样法类似，表面硬度法也是通过检测孔道间接表征套筒内灌浆料强度。然而，受限于PVC管规格，孔道内灌浆料与外界的接触面很小，这使检测难度大大增加。基于上述原理和孔道条件等特征，顾盛、吴玉龙等^[8]提出了采用具有细长冲击头的DL型里氏硬度计对灌浆或出浆孔道灌浆料外端面进行硬度检测，再利用已建立的测强曲线换算得到灌浆料抗压强度的方法，并授权了中国发明专利（专利号：ZL201810263940.8）。同时，吴玉龙等^[9-10]就表面硬度法开展了较为深入的研究，调研了硬度法检测水泥基胶凝材料的相关文献，较为科学地分析了方法原理并论证了其理论可行性，并通过对灌浆料标准试件和模拟孔道试件较为系统的试验论证了其实践可行性，如图3所示。研究结果表明：在灌浆料标准试件和模拟孔道试件上，灌浆料表面硬度检测重复性良好、表面硬度与其抗压强度具有极强的指数函数相关性，所建立的测强曲线的相关系数R分别为0.947和0.871，平均相对误差为7.75%和11.0%，相 对标准差为9.73%和14.5%。
根据在模拟孔道试件上建立的测强曲线，并依照行业标准《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（JGJ/ T 23-2011）^[11]中第6章节中6.3的条款对专用测强曲线的规定：平均相对误差≤12%，相对标准差≤14%，可以获悉，拟合所得的测强曲线基本达到该要求（相较统一测强曲线和地区测强曲线更严格），表明了在实验室条件下，表面硬度法具备科学性、准确性和可靠性。

      综上可知，表面硬度法作为一种实体检测的间接法，相比于同条件试件法，能更真实地反映实体质量；相比于小芯样法，具有无损、快速、轻便、高效和便于大量抽检等明显优势。因此，对于套筒灌浆料实体抗压强度检测，表面硬度法是一种优选的方法。然而，该方法虽取得了一定的理论和试验成果，但都仅局限于室内试验而未进行实际工程的验证。由于工程现场坏境条件较实验室复杂得多，因此，在该条件下，其是否仍具有可行性和结果准确性，有待进一步研究和验证。

2测强曲线的工程验证

      为进一步探明表面硬度法检测套筒灌浆料实体强度的可靠性，本文将通过实际工程的应用对该方法本身及已建立的测强曲线加以研究和验证。

2.1项目概况

      滨江铂郡项目位于常熟市滨江新城，其6#楼地上三十二层，结构形式为装配式剪力墙结构，剪力墙构件（部分）采用钢筋套筒灌浆连接。根据项目进度，研究小组拟随机抽取了第十七层部分剪力墙构件灌浆连接节点，针对其灌浆料实体的抗压强度，采用表面硬度法进行检测，以验证该方法的可靠性。

2.2检测方案

2.2.1仪器设备
      本次表面硬度法工程验证试验，采用的是与实验室试验相同的配备DL型冲击装置的里氏硬度计（TIME 5350），测量范围为170HL ~960HL。在使用设备测试前，先将其在标准钢砧上进行率定，若率定结果在878±30HL范围内，则显示设备工作状态良好；若设备率定值异常，则需对立即对其进行校准或更换其他符合要求的设备^[12-13]。
2.2.2检测范围及内容
      随机选择6#楼第十七层6个剪力墙构件，分别进行7d、14d和28d龄期下的套筒灌浆料实体抗压强度检测评定。所抽检剪力墙构件的套筒均采用“梅花形”布置，生产厂家为北京思达建茂科技发展有限公司，所使用灌浆料生产厂家为上海宝生新型建材有限公司，28d的抗压强度设计值为不低于85MPa。构件抽检轴线位置和检测内容见表1，所抽检构件位置布置示意图见图4所示。

2.2.3实施过程
      为顺利进行后续的检测工作，前期已与建设单位、监理单位、施工总包单位和专业套筒灌浆队伍等做了充分沟通，主要包括：1、在灌浆结束后，配合采用带平整内端面的橡胶塞对灌浆口和出浆口进行封堵，如图2所示；2、灌浆完成1~2天后拔除橡胶塞，使灌浆料表面与外界进行正常的热量和水分交换，确保自然养护环境；3、确保所抽检剪力墙构件，各制作1组灌浆料标准试件，并将其置于剪力墙构件附近，与套筒内灌浆料在现场同条件养护，如图5~6所示；同时须对同条件试件采取妥善的保护措施，避免出现损坏或丢失问题。

      当灌浆料养护至相应龄期（7d、14d、28d）时，按照表1的内容，分别对各龄期下套筒灌浆料实体抗压强度进行检测。主要分为以下步骤：（1）查看设计资料，在现场找到相应的待检剪力墙构件；（2）在所选剪力墙构件上随机抽取4个灌浆套筒，并在套筒外侧的混凝土上进行编号，为1#~4#；（3）观察1#套筒灌浆和出浆两个孔道内的外观质量情况，若浆料状态较为饱满，表面平整、光洁、气孔等缺陷较少（不要求完全没有缺陷），则判定其符合检测面要求，准备进行下一步表面硬度测试；若表面状态不满足上述要求，则判定检测面不符合要求，须更换选择其他套筒，如图7所示；（4）当1#套筒检测面符合要求的前提下，采用表面硬度测试设备，即 DL里氏硬度计对灌浆料表面硬度进行检测；（5）当1#套筒检测完成后，再依次选择2#、3#和4#分别重复上述第3、4步骤；当所选套筒灌浆和出浆两个孔道内，其灌浆料的硬度检测面均不符合要求时，更换选择其他套筒后应重新进行编号。
      在对孔道内的灌浆料表面硬度进行检测时，一方面，需尽量保证冲击装置垂直于检测面；另一方面，需保证在同一孔道内的相邻两个测点间距为3mm或以上。一般每个套筒采集4个表面硬度值，即每个剪力墙构件选择的4个套筒为1组，共计16个表面硬度值，如图8所示。

2.3检测结果及分析

2.3.1表面硬度法检测结果

注：表中4#*和3#*分别表示第一次所选的4#和3#套筒检测面不符合要求。
      其中，3×C~(1/C)轴剪力墙构件（编号YJQ-09-02）的4#套筒、5×F~J轴剪力墙构件（编号YJQ-08-01）的3#套筒，其孔道内的灌浆料表面缺陷较大，检测面不合格，更换选择套筒，如表注释所示。
2.3.2同条件标准试件检测结果
      同条件灌浆料标准试件的抗压强度测试，须在与套筒灌浆料表面硬度检测相同的养护龄期下进行。依据《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T 408-2019中的方法进行试验和评定，得到该组试件的抗压强度代表值，即为该剪力墙构件的套筒灌浆料抗压强度代表值，检测结果见表3。
表3  同条件试件抗压强度试验结果

      为验证表面硬度法检测结果是否可靠，将表面硬度法和同条件标准试件法两种方法对每个剪力墙构件的套筒灌浆料实体强度检测结果进行分析对比，并计算两者的相对误差，结果如表4和图9所示。根据计算结果可以获悉，表面硬度法得出的抗压强度计算值与同条件标准试件抗压强度代表值较为接近，两者的相对误差范围为5.55%~10.79%，均在11%以内，对于工程实际而言，该误差是可以接受的，这也进一步验证了表面硬度法可靠性较好。

                                           

                          （3）

3 结论

（1）本文主要针对钢筋套筒灌浆连接的灌浆料抗压强度检测进行了研究和讨论，较为全面地分析对比了现有3种方法的各自特点，并提出了表面硬度法是优选方法，具有能够真实地反映实体质量且无损、快速、轻便、高效和便于大量抽检等明显优势；分析了表面硬度法的研究现状，指出了该方法未经过工程验证的不足。
（2）通过实际工程，对表面硬度法开展了较为全面的应用验证，根据所抽检6#楼第十七层6个剪力墙套筒连接处灌浆料的表面硬度检测结果，并依据已建立的测强曲线进行换算，最终得到了每个剪力墙构件连接节点处灌浆料的抗压强度值，并提炼了该方法现场操作的主要步骤，可供工程检测人员参考。
（3）分析对比表面硬度法检测得到的灌浆料抗压强度与同条件标准试件的抗压强度表明：两者的相对误差为5.55%~10.79%，小于11%，验证了表面硬度法可靠性较好。由于抗压强度前者均小于后者，使结果判定偏于严苛的同时也提供了一定的强度储备，这对于一种新方法而言是有利的，但也说明测强曲线的精度尚需进一步的提高和完善。
 
参考文献
[1] 王思文，张永强，李军华.预制装配式建筑套筒灌浆连接技术研究[J].工程技术研究.19(2019):38-39
[2]  中华人民共和国住房和城乡建设部.钢筋套筒灌浆连接应用技术规程：JGJ 355-2015[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.
[3] F. Xu, K. Wang, S.G. Wang, W.W. Li, W.Q. Liu, D.S. Du, Experimental bond behavior of deformed rebars in half-grouted sleeve connections with insufficient grouting defect, Constr. Build. Mater. 185 (2018) 264-274.
[4] 郑清林, 王霓, 陶里, 田欣, 套筒灌浆缺陷对装配式混凝土柱抗震性能影响的试验研究, 土木工程学报. 51 (2018) 75-83.
[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构工程施工质量验收规范:GB 50204-2011[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2014.
[6]  孙彬，毛诗洋，张晋峰，等. 钢筋套筒连接用灌浆料抗压强度影响因素试验研究[J]. 工程质量，2017，35(6)：25-28.
[7]  熊杨，李俊华，孙彬，毛诗洋. 装配式建筑套筒灌浆料强度及影响因素[J].建筑材料学报,2019,22(2):272-277.
[8]  顾盛，吴玉龙，赵建华等. 一种检测装配式混凝土结构中套筒灌浆料实体强度的方法[P]. 江苏：CN108918310A，2018-11-30.
[9] 吴玉龙，丁晨晨，顾盛，卢康昕，孙才勇. 表面硬度法检测套筒灌浆料抗压强度试验研究[J]. 混凝土与水泥制品，2020(09):79-83.
[10] 吴玉龙，顾盛，孙彬，丁晨晨，张舜泉. 里氏硬度法评估套筒灌浆料抗压强度[J]. 建筑材料学报, 2020,23(05):1252-1258.
[11]  中华人民共和国住房和城乡建设部. 回弹法检测混凝土抗压强度技术规程:JGJ/T 23-2011[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2011.
[12]  中国机械工业联合会. 里氏硬度计:JB/T 9378-2001[S]. 北京:机械工业仪器仪表综合技术经济研究所,2001.
[13] 江苏省住房和城乡建设厅. 里氏硬度计现场检测建筑钢结构钢材抗拉强度技程: DGJ32/TJ 116-2011[S]. 南京: 江苏科学技术出版社, 2011.
[14]  江苏省住房和城乡建设厅.  装配整体式混凝土结构检测技术规程: DB32/T 3754-2020[S]. 南京: 江苏凤凰科学技术出版社, 2020.