装配式混凝土预制构件叠合面缺陷检测技术综述

装配式混凝土预制构件叠合面缺陷检测技术综述

周子健1，徐文2

（1 湖南鉴安检测有限公司，长沙  410000；2 中机国际工程设计研究院有限责任公司，长沙  410000；）

摘 要：随着我国产业结构调整和“碳中和”目标的持续推进，装配式建筑在城市建筑工程中逐步推广应用，但随之而来的是装配式建筑的质量控制仍存在一定的问题。叠合构件叠合面的可靠性是装配式建筑质量控制的关键因素，国内外学者也针对叠合面缺陷检测开发了相关技术。本文对目前装配式混凝土预制构件叠合面缺陷检测技术的研究现状进行了梳理和归纳，分析了各类检测技术的优缺点及其适用性，并展望了装配式混凝土预制构件叠合面缺陷检测技术的发展趋势。

关键词：装配式; 混凝土结构; 叠合面; 缺陷检测

中图分类号：TU375文献标识码：A

0  引言

随着我国建筑行业的快速发展，装配式建筑的应用已经从起步阶段正式迈入了快速发展阶段，装配式结构以其高效率、高质量、低成本极大地提高了建筑工业化水平[1]。

在目前市场中，除了全预制混凝土结构外，绝大部分装配式混凝土结构均采用后浇叠合连接，叠合面的质量不仅取决于粗糙面的粗糙程度，更取决于施工现场的浇筑质量；但在实际施工过程中，由于浇筑不当、振捣不密实等原因导致叠合面出现杂质夹杂、脱空、干缝等缺陷，极大程度地影响了叠合构件的整体力学性能[2]，如何评判叠合面结合质量、检测叠合面缺陷成为保障叠合构件安全性和可靠性的关键。

鉴于以上原因，本文对叠合面缺陷检测技术进行了系统性的介绍和分析，归纳和总结了叠合面缺陷检测技术的发展趋势，为装配式叠合构件叠合面缺陷检测技术的推广和应用提供参考。

1  预制构件叠合面缺陷影响分析

装配式混凝土预制构件叠合面的结合主要是通过叠合面的机械咬合力、界面摩擦力和化学粘结力共同作用[3]，根据已有研究资料表明：预制构件叠合面受力性能的主要影响因素有：叠合面粗糙度、叠合面处理工艺、混凝土材料等。

除此之外，施工水平是影响叠合面受力性能最关键的因素之一，施工现场出现的油污、积水、杂质等，以及施工中存在的振捣不密实都会形成不良缺陷，显著影响叠合构件的受力性能。张新江[4]通过对不同人工缺陷特征、不同粗糙度质量和跨度的叠合板进行静力加载试验，发现叠合面总表面积显著影响叠合面粘结质量，缺陷的存在易使得叠合面混凝土应力集中，更容易发生开裂现象，缺陷无法提供有效粘结也使得裂缝进一步扩展，构件的挠度也明显增大；叠合面缺陷不仅影响叠合构件的刚度和抗裂性能，同时对构件的承载能力也有一定程度的影响。

2  预制构件叠合面缺陷检测研究现状

随着装配式项目的推广，当前国内外对于预制构件叠合面缺陷检测技术已开展了一定的研究，叠合面缺陷的检测技术主要有：拉应力法、超声波法、冲击回波法、雷达法、X射线法等。

2.1  拉应力法

拉应力法属于有损检测方法，通常用于混凝土抗压强度检测，通过在已硬化的构件上钻取芯样并进行拉脱试验，根据测点的拉脱强度即可推定混凝土的抗压强度。从理论上看，对于叠合构件而言，叠合面粘结应保证混凝土构件受拉破坏不应在叠合面处发生，因此基于上述原因，孔旭文等[5]将其推广至叠合面质量检测中，提出采用拉脱仪对叠合构件进行检测，通过芯样破坏形态和破坏拉应力综合判定叠合面质量。

2.2  超声波法

通过采用超声波检测仪，测量超声脉冲波的速度、幅度和主频等参数，即可检测混凝土中存在的空洞、裂缝、表面损伤和缺陷等，已广泛应用于混凝土工程检测中[6]。SANTOS等[7]通过数值计算和试验分析，验证了通过超声波法评估叠合面粗糙度和缺陷的可行性。郑茗旺[8]等补充研究了超声波本身特性与叠合面空隙厚度的相关性，通过对预设缺陷的叠合墙构件进行超声波检测，同时对超声波波速、频域进行了数理分析，提出缺陷厚度与波速可进行定量分析，而峰频率的相关性则只能定性评价。

随着技术的发展，相控阵超声成像技术也在工程检测中逐步应用[9]，相较于传统超声检测法，相控阵超声成像通过采用多通道超声多脉冲回波，可实现单区域连续采样，大大提高了超声检测的效率。姚利君等[10]将相控阵超声成像检测仪引入到叠合面检测中，通过对三种不同叠合面缺陷（孔洞、裂缝和脱空）的叠合板试件进行检测，发现相控阵超声成像法对于孔洞类、脱空以及杂质类型的缺陷均有较好的检出率。在此基础上，胡红波等[11]增加了钢筋遮挡情况下的试验，通过超声波连续无间断扫描，验证了相控阵超声成像法在钢筋遮挡情况下的可行性，对于非叠合面区域由浇筑引起的孔洞同样能有效检出，成像结果清晰，具备良好的识别能力。在实际项目应用上，宋雄彬等[12]对2个实际工程的承台、剪力墙和防空洞衬砌进行了检测并进行钻芯验证，结果表明，相控阵超声成像对于板类构件的叠合面缺陷均能具备较好的识别能力，但对于金属波纹管内部区域以及弧形构件等可能会存在漏检情况。

目前而言，超声波法由于在实际检测中需要在试件两侧放置声波发射器和声波接收器，对现场检测条件要求较高，且超声波法不能确定缺陷的大小

[13-14]，实际工程中尚未普遍应用[15]。

图1 相控阵超声成像法检测结果[11]

2.3  冲击回波法

相较于超声波法，冲击回波法仅需单面布设传感器，且具有强穿透力、高功率、仪器操作简便等优点[16]，被广泛应用于混凝土缺陷检测中[17]。冲击回波法基于应力波在固体介质中传播的特性，其采用激振锤对混凝土表面进行击打，通过反射波接收器分析频谱信息，从而确定缺陷位置[18]。

GARBACZ[19]对不同混凝土材质叠合面构件进行了数值计算、有限元分析和冲击波检测，结果表明冲击回波法可有效检测叠合面的缺陷存在，但对于没有明显空隙的层状不连续区域，应力波法尚不能较好检定。崔珑等[20]同样验证了冲击回波法存在对于叠合面脱空类缺陷漏检的情况，在脱空、异物处冲击波存在绕射或反射的情况，从而导致测量数值有较大的误差。蒋俣等[21]在实际工程中验证了冲击回波法的可行性，通过对双面叠合剪力墙构件的检测，在构件钢筋遮挡的情况下冲击回波法仍然可以有效检定新旧混凝土叠合面的质量，混凝土分层和浇筑不密实的情况均较好地检出；但冲击回波法对于构件表面平整度要求较高，且由于受测点间距影响，冲击回波法对于小尺寸缺陷的检测精度也有待进一步提高。

图2冲击回波法测试结果[20]

2.4  雷达法

雷达法采用电磁波对构件进行检测，由于混凝土相对介电常数较小，电磁波易透射，因此雷达法可以对混凝土内部的缺陷进行精确成像[22]。在电磁波场中，孔洞、不密实等缺陷与混凝土的相对介电常数差异较大，在雷达图像中具体表现为平面反射强烈，具有较好的分辨能力[23]。

陈颖斌等[24]采用专用混凝土扫描雷达对不同缺陷大小、厚度和钢筋遮挡情况下的试件进行检测，发现无钢筋遮挡时，雷达法可有效检测出新旧混凝土结合面的缺陷存在，且检测精度较高，缺陷反射面积随缺陷水平投影面积增大而增大，但对于有钢筋遮挡的情况，仅大尺寸缺陷可检出，小尺寸或较薄缺陷反射信号不明显。崔珑等[20]的试验结果同样验证了在钢筋正下方的缺陷会由于钢筋反射电磁波，导致缺陷检测结果失效的情况。

图3雷达法二维断面成像结果[24]

2.5  X射线法

X射线法基于X光可穿透混凝土构件并进行断层成像的特性，目前已在装配式预制构件灌浆套筒饱满度检测中大规模使用[25]。根据设备种类的不同，主要分为工业CT技术和便携式X射线技术，其中工业CT技术由于其设备庞大且放射性过高，无法在现场进行使用，因此主要用于实验室或工厂生产车间中，相较之下便携式X射线技术则主要应用于工程现场检测中。基于以上原理，X射线法也可适用于预制构件叠合面缺陷检测，但在实际工程检测中，X射线法目前还缺乏相应的实例，有待对其进行深入研究和工程应用。

图4X射线数字成像法检测灌浆套筒结果[25]

3  结论与展望

结合前述的叠合面缺陷检测技术，可总结以下几点结论：

（1）现有的叠合面缺陷检测技术中，超声波法、冲击回波法、雷达法均已在实际项目中广泛应用，且各方法有其适应性和优缺点，应结合具体项目特点而言进行应用；

（2）对于拉应力法和X射线法，其具有良好的发展前景和应用潜力，但由于目前还缺乏具体的试验研究和工程实例，有待进一步补充相关研究。

随着建筑工业化进程的不断推进，装配式混凝土结构得到了大量的应用，预制构件检测体系也得到了长足的发展，其中叠合面缺陷检测技术也在近年来不断进步，对其发展有如下展望：

（1）不管是装配式混凝土结构检测技术的整体发展，还是细分到叠合面缺陷检测技术，从有损检测到无损检测，都朝着精确化、高效率的方向不断推进。

（2）随着5G通讯、人工智能、大数据等新技术的应用和推广，叠合面缺陷检测也将建立相应的数据库，并随着数字成像技术的发展而进一步提升检测的效率和精度。

（3）随着预制构件叠合面缺陷检测技术的研究，在此基础上，后续应重点开展叠合面缺陷对预制构件结构性能影响的深入研究，提出叠合面缺陷检测、评估与整治的成套技术体系，为全面提高我国装配式结构的建造水平提供关键技术支撑。

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作者简介：周子健（男），1987年-，民族：汉族，籍贯：湖南岳阳，学历：硕士，职称：工程师，研究方向：主体结构检测与装配式建筑研发

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