本發(fā)明涉及灌漿套筒密實性的檢測領域，特別是小樣本容量(n<30)的灌漿套筒密實性的超聲波檢測方法。

背景技術：

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對建筑節(jié)能和居住環(huán)境等日益關注，裝配式建筑的推廣成了大勢所趨。但是其連接質量問題仍存在技術不成熟、設備不完善、理論依據(jù)不充分等問題，而連接方式中的濕法連接主要采用灌漿套筒連接。灌漿套筒連接利用無收縮灌漿料作為粘結材料來連接鋼筋以確保荷載傳遞的連續(xù)性。套筒通常采用鑄造工藝或機械加工工藝制造，灌漿料以水泥為基本材料，配以細骨料，以及混凝土外加劑和其他材料組成的干混料，加水攪拌后具有良好的流動性、早強、高強、微膨脹等性能。

裝配式建筑的套筒灌漿質量屬于暗箱，在實際施工中影響梁筋連接套筒灌漿質量的因素不易控制，往往部分套筒存在頂部脫空缺陷，因此施工中如何檢測套筒灌漿質量成為工程界普遍關注的問題。近十年來，國內(nèi)也開始研究灌漿連接技術，但主要是力學性能方面的研究，對其施工或運營階段的檢測或監(jiān)測卻罕見報道?！陡＝ㄊ☆A制裝配式混凝土結構技術規(guī)程》和《裝配式混凝土結構技術規(guī)程》對套筒是否密實的質量檢測并沒有給出明確方法，而在具體的構件拼裝施工中，施工人員很少關注套筒灌漿情況，且沒有有效的檢測手段，單憑施工人員或監(jiān)理人員現(xiàn)場監(jiān)督施工操作并不能判斷灌漿是否密實。

國外已有的研究大部分是針對灌漿套筒連接的力學性能，對其施工或運營階段的檢測或監(jiān)測卻極為稀少，僅有的研究尚處于實驗室探索階段。國內(nèi)類似的預應力管道壓漿質量檢測主要使用超聲波法、沖擊回波法、電磁法、雷達法和x射線法等。超聲波法因其定向性好、穿透性強、清潔無污染、能夠穿透被檢測材料，在機械、航天等領域常用來對材料、焊縫等進行探傷和可靠性評定，是最有發(fā)展?jié)摿Φ臋z測方法。而根據(jù)統(tǒng)計學抽樣分布原理，若樣本量較大時(n≥30)，可以采用正態(tài)分布來近似抽樣分布；但是若樣本量較少(n<30)，用正態(tài)分布來近似抽樣分布可能會帶來較大的誤差，導致施工中檢測的漏判、誤判。因此研發(fā)一種樣本量較少(n<30)的灌漿套筒密實性的檢測方法顯得極具意義,。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種樣本量較少(n<30)的灌漿套筒密實性的超聲波檢測方法，包括以下步驟：

步驟s1：對超聲波首波路徑進行論證；

步驟s2：在施工工藝與施工條件不變的情況下，采集聲速數(shù)據(jù)；

步驟s3：將各測點的聲速由大到小按順序排列，即x1≥x2≥...≥xn≥xn+1......，將排在后面明顯小的數(shù)據(jù)視為可疑，再將這些可疑數(shù)據(jù)中最大的一個，假定xn，連同其前面的數(shù)據(jù)按式(1)(2)計算出mx及sx，并按式(3)計算出異常情況的判斷值x0；

mx＝∑xi/n(1)

x0＝mx-t·sx(3)；

步驟s4：將判斷值x0與可疑數(shù)據(jù)的最大值xn比較，當xn不大于x0時，則xn及排列于其后的各數(shù)據(jù)均為異常值，并且去掉xn，再用x1-xn-1進行計算和判別，直至判不出異常值為止；當xn大于x0時，應再將xn+1放進去重新計算和判別；

步驟s5：統(tǒng)計算出判斷值后，在施工工藝與施工條件不變的情況下，將其作為判斷其他套筒灌漿密實與否的標準。

所述步驟s1具體包括以下步驟：

步驟s11：計算首波聲時：

(1)繞射脫空區(qū)后透射灌漿料，首波沿套筒壁繞射再透射灌漿料到達接收探頭時，首波聲時計算如下：

其中，t1為首波沿套筒壁繞射再透射灌漿料傳播聲時，單位為μs；t為套筒壁厚度，單位為mm；vs為超聲波在套筒中傳播速度，單位為km/s；vc為超聲波在灌漿料中傳播速度，單位為km/s；lac為套筒壁ac弧長，單位為mm；lcb為透射距離cb長度，單位為mm；

(2)透射脫空區(qū)后透射灌漿料

有脫空時,首波沿徑向透射，首波聲時計算如下：

其中，t2為首波沿徑向傳播聲時，單位為μs；d為套筒外徑，單位為mm；d為鋼筋直徑，單位為mm；va為超聲波在空氣中傳播速度，單位為km/s；x為脫空厚度，單位為mm；

(3)沿套筒壁環(huán)向傳播

有脫空時,首波沿套筒壁環(huán)向傳播到達接收探頭時,首波聲時計算如下：

其中，t3為首波沿套筒壁環(huán)向傳播聲時，單位為μs；

步驟s12：進行脫空情況首波路徑論證；

步驟s13：灌漿密實首波聲時計算：

套筒灌漿密實，首波沿連接發(fā)射探頭和接收探頭的直線傳播，首波聲時計算如下：

其中，t4為首波沿沿連接發(fā)射探頭和接收探頭的直線傳播傳播聲，單位為μs；

步驟s14：進行灌漿密實首波路徑的論證；

步驟s15：脫空情況聲時與密實情況聲時比較。

與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明的技術方案在樣本量較少(n<30)的概率判缺法在減少抽樣工作量的同時又不會降低缺陷判別效果，提高了檢測效率。

附圖說明

圖1為灌漿不密實首波可能路徑(1)。

圖2為灌漿不密實首波可能路徑(2)。

圖3為灌漿不密實首波可能路徑(3)。

圖4為灌漿密實首波可能路徑(4)。

圖5為灌漿密實首波可能路徑(5)。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步說明。

本實施例提供了一種樣本量較少(n<30)的灌漿套筒密實性的超聲波檢測方法，包括以下步驟：

步驟s1：對超聲波首波路徑進行論證；

步驟s2：在施工工藝與施工條件不變的情況下，采集聲速數(shù)據(jù)；

步驟s3：將各測點的聲速由大到小按順序排列，即x1≥x2≥...≥xn≥xn+1......，將排在后面明顯小的數(shù)據(jù)視為可疑，再將這些可疑數(shù)據(jù)中最大的一個(假定xn)連同其前面的數(shù)據(jù)按式(1)(2)計算出mx及sx，并按式(3)計算出異常情況的判斷值(x0)；

mx＝∑xi/n(1)

x0＝mx-t·sx(3)

步驟s4：將判斷值(x0)與可疑數(shù)據(jù)的最大值(xn)比較，當xn不大于x0時，則xn及排列于其后的各數(shù)據(jù)均為異常值，并且去掉xn，再用x1-xn-1進行計算和判別，直至判不出異常值為止；當xn大于x0時，應再將xn+1放進去重新計算和判別；

步驟s5：統(tǒng)計算出判斷值后，在施工工藝與施工條件不變的情況下，可將其作為判斷其他套筒灌漿密實與否的標準。

進一步地，所述步驟s1具體包括以下步驟：

步驟s11：灌漿不密實首波路徑如附圖1-3，計算公式如下:

(1)繞射脫空區(qū)后透射灌漿料

有脫空時,首波可能沿路徑1傳播,如圖1所示，即首波沿套筒壁繞射再透射灌漿料到達接收探頭。首波聲時計算如下：

其中，t1為首波沿路徑1傳播聲時(μs)；t為套筒壁厚/mm；vs為超聲波在套筒中傳播速度/(km/s)；vc為超聲波在灌漿料中傳播速度/(km/s)；lac為套筒壁ac弧長/mm；lcb為透射距離cb長度/mm。

(2)透射脫空區(qū)后透射灌漿料

有脫空時,首波可能沿路徑2傳播,如圖2所示，即沿徑向透射。首波聲時計算如下：

其中，t2為首波沿路徑2傳播聲時(μs)；d為套筒外徑/mm；d為鋼筋直徑/mm；va為超聲波在空氣中傳播速度/(km/s)；x為脫空厚度/(mm)；t、vs、vc與(4)式相同。

(3)沿套筒壁環(huán)向傳播

有脫空時,如圖3所示首波可能沿路徑3傳播，即沿套筒壁環(huán)向傳播到達接收探頭。此時,首波聲時計算如下：

其中，t3為首波沿路徑3傳播聲時(μs)；t、vs、d與(5)式相同。

步驟s12：進行脫空情況首波路徑論證；

步驟s13：灌漿密實首波可能路徑如附圖4-5：

套筒灌漿密實，首波可能沿路徑4或路徑5傳播，如圖4和圖5所示。此時，路徑4首波聲時計算如下：

其中，t4為首波沿路徑4傳播聲時(μs)；d、t、vs、vg、vc、d與步驟s11相同。

步驟s14：進行灌漿密實首波路徑的論證；

步驟s15：脫空情況聲時與密實情況聲時比較。

具體的，在本實施例中，首先對表1所示4種型號套筒進行首波路徑的論證，得出結論：灌漿密實時首波沿徑向直線傳播，有脫空時首波繞射脫空區(qū)后透射灌漿料，且有脫空缺陷的聲時均大于灌漿密實聲時。以發(fā)射、接收探頭間的距離作為傳播距離，傳播距離固定的情況下，根據(jù)t＝s/v，聲時增大，聲速就減小。

表14種型號套筒的尺寸參數(shù)

人工灌注灌漿密實的套筒51個，不同程度脫空的套筒9個，灌漿套筒均養(yǎng)護28天。

(1)采用沿套筒橫截面徑向(直徑方向)對測法采集聲速，表2序號1-51為灌漿密實聲速值，序號52-54為90％體積密實聲速值，序號55-57為70％體積密實聲速值，序號58-60為50％體積密實聲速值。

表2聲速表

表3統(tǒng)計的聲速個數(shù)n與對應的λ值

實際應用中預先并不知道哪些測值是異常值，所以用混雜了灌漿不密實聲速的60個測值(表2所示)來統(tǒng)計計算判斷值，此時根據(jù)步驟s3、s4首先對明顯的可疑值予以剔除，得到一試算的判斷值。然后進行判斷、取舍并反復計算，最后才能得到正式的判斷值。

表4重新排列后聲速表

(1)表2數(shù)據(jù)重新排列后如表4，序號52_60聲速值明顯可疑，根據(jù)式(10)(11)算出序號1-52聲速平均值mx＝4.780km/s、標準差sx＝0.128；查表3得分位值λ＝2.07，根據(jù)式(12)算得x0＝4.515km/s；

(2)序號1-52聲速值可疑數(shù)據(jù)最大值3.902km/s小于x0，則序號52-60聲速值為異常值；

(3)計算序號1-51聲速平均mx＝4.797km/s、標準差sx＝0.031；查表3得分位值λ＝2.06，根據(jù)式(12)算得異常情況判斷值x0＝4.733km/s；序號1-51聲速值均大于x0，判不出異常值，停止計算，則此時x0為最終聲速判斷值。

表2灌漿密實套筒聲速均大于4.733km/s，灌漿不密實套筒聲速均小于4.733km/s，因此利用本發(fā)明可以在套筒灌漿密性度未知時，不對套筒破壞的情況下，評價套筒接頭是否密實。

從人工灌注的51個密實套筒和9個脫空套筒中采集20個聲速值，序號1-17為灌漿密實聲速值，序號18-20為脫空聲速值，用混雜了灌漿不密實聲速的20個測值(表5所示)來統(tǒng)計計算判斷值。

表5聲速表

表6重新排列后聲速表

表7統(tǒng)計的聲速個數(shù)n與對應的t分布上分位值

注：β取0.02，表示反復抽樣多次，得到的100個聲速值區(qū)間中出現(xiàn)異常值的區(qū)間有2個。

(1)表5數(shù)據(jù)重新排列后如表6，序號18-20聲速值明顯可疑，根據(jù)式(10)(11)算出序號1-18聲速平均值mx＝4.740km/s、標準差sx＝0.212；查表7得分位值t＝2.26，根據(jù)式(13)算得x0＝4.281km/s；

(2)序號18-20聲速值可疑數(shù)據(jù)最大值3.902km/s小于x0，則序號18-20聲速值為異常值；

(3)計算序號1-17聲速平均值mx＝44.796km/s、標準差sx＝0.030；查表7得t＝2.27，根據(jù)式(13)算得x0＝4.728km/s；序號1-17聲速值均大于x0，判不出異常值，停止計算，則此時x0為最終聲速判斷值。

表8對比表

對比如表8，可見樣本容量前者比后者多2倍的情況下，統(tǒng)計算得判斷值極為接近，前者為完全密實理論聲速的0.970倍，后者為0.969倍，因此樣本量較少(n<30)的概率判缺法在減少抽樣工作量的同時又不會降低缺陷判別效果，提高了檢測效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。