一种超声反射法检测套筒灌浆饱满度的方法及系统与流程

本发明涉及装配式建筑技术领域，具体涉及一种超声反射法检测套筒灌浆饱满度的方法及系统。

背景技术：

预制装配式建筑是指建筑的部分或全部构件及部品在预制厂生产完成，再运输到施工现场，采用可靠的连接方式和安装机械将构件组装起来，形成具备设计使用功能的建筑物。与现浇结构施工相比，预制装配式结构具有施工方便、工程进度快、周围环境影响小、建筑构件质量容易得到保证等优点。装配式结构在我国的工业建筑中应用较多，近十年来在民用建筑特别是住宅建筑中大力推广应用。

套筒灌浆连接是目前预制装配式混凝土结构中钢筋主要连接方式之一，该技术通过专用套筒和高强度无收缩灌浆料实现钢筋连接，具有施工快捷、受力简单、附加应力小、适用范围广、易吸收施工误差等优点。因该连接方式在构件同一个截面的接头数量是100％，且一般处于构件重要受力部位，故连接质量至关重要，如果套筒内部灌浆不饱满，钢筋连接将达不到设计的预期性能，则可能带来严重的结构安全隐患。

在施工过程中，套筒内部漏浆、少灌、堵塞的情况时有发生，套筒连接质量不符合要求的工程问题也有所报道，工程验收时对灌浆饱满度问题尤为关注。套筒主要采用钢质材料，且埋置于混凝土中，钢筋插入套筒后向套筒内灌浆，故从混凝土表面检测套筒内部灌浆缺陷是检测技术领域的难点。不同直径、不同厂家的套筒设计略有区别，常用套筒内腔灌浆料截面尺寸平均在10mm左右，最小尺寸约5mm，识别10mm以下的灌浆缺陷对混凝土无损检测技术来说是极具挑战性的。

目前，众多学者研究在混凝土表面通过超声波检测套筒内部缺陷，考虑到混凝土中骨料影响，需要在超声波频率和可识别最小缺陷尺寸上寻找平衡，高频超声波衰减很快，无法接收到超声波；低频超声波又无法识别10mm级别以下的缺陷。因检测对象的复杂性，通过超声波穿透混凝土检测套筒内部灌浆缺陷的无损检测技术研究进展缓慢，现有成果尚不能满足工程使用要求。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种超声反射法检测套筒灌浆饱满度的方法及系统，能够在不破坏混凝土构件表面的基础上，也不需要预埋传感器，可准确检测装配式结构套筒内部灌浆饱满度的方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供一种超声反射法检测套筒灌浆饱满度的方法，包括如下步骤：

在混凝土构件灌浆套筒保护层的外表面沿所述套筒的长度方向布置多个测点；

在所述测点处布置具有激发超声波和接收超声波功能为一体或分体的超声换能器；

所述超声换能器激发超声波后，超声波在所述混凝土构件的混凝土保护层及灌浆套筒内传播，超声波在混凝土与套筒界面处、套筒与灌浆料界面处等均发生反射，当所述套筒的内部有灌浆料时，超声波在所述套筒的内壁与灌浆料的界面处发生较弱反射，大部分超声波继续传播；当所述套筒的内部无灌浆料时，超声波在所述套筒的内壁与空气的界面处发生较强反射；所述超声换能器接收到反射波信号；

根据套筒内壁处反射波的信号强弱程度判断所述测点处所述套筒内是否有灌浆料，根据多个所述测点处所述套筒内是否有灌浆料判断所述套筒内的灌浆饱满度。

优选地，所述超声换能器的频率在0.5mhz～2mhz之间。

优选地，所述反射波的信号强弱程度包括所述套筒内壁处的所述反射波的振幅大小。

优选地，还包括如下步骤：

对相同保护层和相同规格型号、灌浆密实的所述套筒内壁处的所述反射波振幅值进行统计，确定所述反射波信号的标准振幅ak，取临界振幅a0＝k·ak，系数k取值大于1；将被测处套筒内壁处的反射波的振幅a和临界振幅a0进行比较，当a大于a0时，判断该测点处所述套筒的内部无灌浆料；或者，

通过调换不同频率的超声换能器，或者调整超声波发射、接收信号参数，使得内部有灌浆料时超声换能器接收不到所述套筒内壁处的反射波信号，而内部无灌浆料时接收到所述套筒内壁处的明显的反射波信号，当有明显反射波信号时判断在所述测点处所述套筒的内部无灌浆料。

优选地，在所述保护层的外表面沿所述套筒的长度方向布置测线，多个所述测点沿所述测线依次布置于所述保护层的表面。

优选地，多个所述测点之间的间距为5mm至20mm。

优选地，所述保护层的厚度为15mm至50mm。

根据本发明的另一个方面，提供一种超声反射法检测套筒灌浆饱满度的方法的系统，用于上述的检测方法，包括：

混凝土构件；

混凝土构件内部的灌浆套筒；

具有激发超声波和接收超声波功能为一体或分体的超声换能器；

声波发射与采集分析装置，与所述超声换能器相连接，用于控制超声换能器发射声波并采集数据进行分析判断。

优选地，所述保护层的厚度为15mm至50mm。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明检测方法针对现有技术中的不足，利用超声波遇到灌浆不饱满时的反射波传播特性，直接在混凝土构件的表面布置测点，无需提前预埋传感器，避免对混凝土保护层的破坏，属于无损检测手段，且操作步骤简单，具有良好的适用性，检测结果直观、可靠度高，能够对套筒内的灌浆饱满度进行准确判断。可实现随机抽检，在检测完毕后不需采取任何修补措施，提高了检测效率，降低了实施成本。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明一实施方式检测方法中混凝土构件示意图；

图2是本发明另一实施方式检测方法中混凝土构件示意图；

图3是显示图1检测过程中套筒内部有灌浆料时的俯视示意图；

图4是显示图2检测过程中套筒内部无灌浆料时的俯视示意图；

图5是本发明一实施方式的测线布置图；

图6是按本发明检测方法测试灌浆饱满处反射波信号；

图7是按本发明检测方法测试未灌浆处反射波信号；

图中：1、超声换能器；2、声波发射与采集分析装置；3、套筒；4、灌浆口；5、出浆口；6、上部钢筋；7、下部钢筋；8、混凝土构件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

依据现有结构设计规范，保护层厚度一般在15mm～50mm之间，对套筒的灌浆饱满度的检测可只关注超声波在混凝土保护层和套筒范围的传播特性，若再利用超声波反射信号来分析套筒内是否有灌浆料，则超声波传播路径较短，这有区别于传统的混凝土内部缺陷检测必须采用低频超声换能器，因此，可以通过提高超声换能器的激发频率，实现对更小缺陷的识别。

由波的传播特性可知，对于垂直入射的超声波，其声压反射率:

其中，z1，z2分别为第1介质和第2介质的声波阻抗值。

当超声波在介质中传播时，其位移振幅随传播距离的衰减可按照下面公式计算：

a＝a0e^-α(x)(2)

其中，a表示传播x距离后的位移振幅，a0表示初始振幅，α(x)表示介质的衰减系数。

相比较而言，由于混凝土和钢材的超声波阻抗较为接近，由公式(1)可知，在混凝土和钢材界面超声波反射能量较小，大部分超声波继续往灌浆套筒内传播。如果套筒内有密实的灌浆料，由于钢材和灌浆料的超声波阻抗较为接近，则超声波在套筒内壁和灌浆料界面处仍以透射为主；如果套筒内无灌浆料，由于钢材和空气的超声波阻抗差异很大，则超声波在套筒内壁和空气界面处以反射为主，此时换能器接收到的反射波首波信号传播路径近似等于保护层厚度和套筒壁厚之和的2倍。高频超声波在混凝土中衰减较快，且构件厚度尺寸远大于混凝土保护层厚度，由公式(2)可知，当套筒内部有灌浆料时，接收到超声波反射信号的首波幅值较低，甚至接收不到反射波信息；当套筒内部无灌浆料时，接收到超声波反射信号的首波幅值较高。

基于上述原理，参见图1至图7，本发明实施方式公开了一种超声反射法检测套筒灌浆饱满度的方法及系统。本检测方法包括如下步骤：

在本示例中，利用超声反射法检测装配式结构的套筒灌浆饱满度，装配式结构包括混凝土构件8，在混凝土构件8内预埋有灌浆套筒3。所述套筒3从灌浆口4注入灌浆料，灌浆料填满套筒3的内部空间，灌浆料固化后，将插入套筒3内的上部钢筋6和下部钢筋7连接起来，从而实现混凝土构件9中的钢筋连接。

按照图5所示的设计图纸，制作加工了预埋有不同饱满度的灌浆套筒的剪力墙混凝土构件8。在混凝土构件8表面沿套筒3的长度方向布置测线。在本实施方式中的套筒3是竖向设置的，因而该套筒3的长度方向也就是竖直方向。各测点沿测线依次纵向布置于套筒3上，在每个测点处布置超声换能器1，多个测点之间的间距为5～20mm，例如为5mm，既方便检测，又能确保检测的准确性。

根据保护厚度和套筒壁厚，选择不同工作频率的高频超声换能器，例如工作频率为1.5mhz的换能器，在所述测点处布置具有激发超声波和接收超声波功能为一体或分体的超声换能器1，便于现场操作，使整体结构简单。

所述超声换能器1激发超声波后，超声波在所述混凝土构件8内传播，高频超声波在所述保护层与所述套筒3的外壁的界面处发生较弱的第一次反射，其余部分在所述套筒3内继续传播，当所述套筒3的内部有密实的灌浆料时，超声波在所述套筒3的内壁与灌浆料的界面处发生较弱的第二次反射，其余部分仍继续传播，如图1和图3所示；当所述套筒3的内部无灌浆料时，超声波在所述套筒3的内壁与空气的界面处发生较强反射，此时接收到超声波反射首波信号的主要传播路径等于灌浆套筒壁厚和保护层厚度之和的2倍，如图2和图4所示。在套筒内部有灌浆料和无灌浆料两种情况下，超声波在套筒内壁处反射信号差异较大，因此可根据所述接收到反射波信号的强弱程度判断该测点处所述套筒3内是否有灌浆料。当套筒内有灌浆料时，接收到套筒内壁处的反射信号较弱，如图6所示；当套筒内无灌浆料时，接收到套筒内壁处的反射信号较强，如图7所示。根据多个测点处所述套筒3内是否有灌浆料综合判断所述套筒3内的灌浆饱满度。

在本实施方式中，对在相同保护层和预埋有相同规格型号、灌浆密实的套筒3混凝土构件表面接收到套筒内壁处反射波振幅值进行统计，确定反射波信号的标准振幅ak，取临界振幅a0＝1.2·ak。将被测处的反射波振幅a和临界振幅a0进行比较，当a大于a0时，判断该测点处套筒3内部无灌浆料，相反则判断该测点处套筒3内有灌浆料。最后根据多个测点处的套筒3内是否有灌浆料综合判断套筒3灌浆的饱满度。例如，有一半测点处有灌浆料，一半测点处无灌浆料，则判断灌浆饱满度为50％。

本发明检测方法针对现有技术中的不足，如图1至图4所示，在混凝土构件8表面直接布置检测装置，无需提前布置传感器，也避免对混凝土保护层的破坏，且操作步骤简单，具有良好的适用性，检测结果直观、可靠度高，属于随机无损检测，能够对套筒3内的灌浆饱满度进行准确判断。在检测完毕后不需采取任何修补措施，提高了检测效率，降低了实施成本。

如图1至图4所示，本发明实施方式还公开了一种超声反射法检测装配式结构套筒灌浆饱满度的系统，用于上述的检测方法，该检测系统包括：

预制混凝土构件8，内部设置有灌浆套筒3；所述混凝土保护层位于所述套筒3的径向外侧；超声换能器1既能激发超声波又能接受超声波；声波发射与采集分析装置2与超声换能器1相连接，用于控制超声换能器1发射声波并采集数据进行分析判断。发射与采集分析装置2，还用于记录反射波的波形并分析确定反射波的振幅。

该检测系统中可直接对混凝土构件8进行检测，无需破坏混凝土构件8表面，也无需预留检测位置或预埋传感器，提高了检测效率。并且不影响混凝土构件8的安全性和耐久性，保证了结构的整体性。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。