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實用技術

半套筒灌漿連接的性能檢驗與施工技術

時間:2020-7-1 9:18:18 來源: 點擊次數:3273

半套筒灌漿連接的性能檢驗與施工技術*

張麗華[1],劉洋1,朱清華2

(1.華北科技學院建筑工程學院,河北廊坊 101601;2.北京思達建茂科技發展有限公司,北京 100088)

[摘要]套筒灌漿連接作為裝配式建筑中鋼筋的主要連接方式得到廣泛應用,其中半套筒灌漿連接采用螺紋連接與灌漿連接共同作用的方法,能夠有效減少灌漿料用量并加快施工速度。通過對GT4型鋼筋半套筒灌漿接頭進行單向拉伸試驗、高應力反復拉壓試驗、大變形反復拉壓試驗,證明該型套筒灌漿接頭能夠滿足相關標準中Ⅰ級接頭所規定的強度及變形性能要求,可用于裝配式建筑施工。同時對半套筒灌漿連接施工工藝及灌漿飽滿度檢查方法進行要點總結,對于該技術能夠安全有效應用于裝配式混凝土結構連接節點提供了參考。

[關鍵詞]半套筒灌漿;接頭;性能試驗;施工工藝

0引言

隨著國家推進建筑產業現代化力度的不斷增強,裝配式建筑以其設計標準化、生產工廠化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化的特點受到越來越多的關注。在裝配式建筑建造過程中,構件之間鋼筋的有效連接是保證結構安全穩定的關鍵,由于裝配式結構連接部位較小,采用焊接、綁扎等傳統的連接方式不便于施工,套筒灌漿連接方式便由此產生。早在上世紀60年代,美國的余占疏[1](AlfredA. Yee)博士就在夏威夷38層高的阿拉莫阿納酒店的預制混凝土柱中,首次采用了其發明的套筒灌漿連接技術,此后該技術逐漸被各國引進,在北美、日本、歐洲等地得到廣泛的工程應用[2]。按照套筒形式分類,可將灌漿連接接頭分為半套筒灌漿接頭與全套筒灌漿接頭,其中前者以其尺寸較小、施工便利、性能穩定等優點相較于后者在預制混凝土墻、柱主筋連接中得到更為廣泛的應用。

1 半套筒灌漿連接原理及特點

半灌漿套筒一端設有內螺紋,連接前需將一端連接鋼筋端頭鐓粗加工直螺紋或直接滾軋直螺紋,通過兩端直螺紋間咬合作用形成螺紋連接端。套筒另一端為灌漿端,內部設有剪力鍵,連接鋼筋插入后,從注漿孔注入微膨脹高強水泥基灌漿料,漿料從出漿口處流出后停止注漿,待灌漿料硬化后便將鋼筋與套筒結合成為整體,從而實現鋼筋的連接與力的傳遞。如圖1所示為半套筒灌漿連接構造示意圖。在實際工程應用中,半灌漿套筒可連接HRB335、HRB400和HRB500級鋼筋直徑為12~40mm的熱軋帶肋或余熱處理鋼筋,在預制混凝土結構墻、柱主筋連接中應用廣泛。

與全套筒灌漿連接相比,半套筒灌漿連接具有以下特點:

(1)在工廠即可通過螺紋完成50%的連接,這樣既容易控制連接質量,還方便套筒在模具中安裝固定,能夠最大程度體現預制優勢;

(2)相比全套筒灌漿連接,能夠減少加密區箍筋數量;

(3)與全灌漿相比,能夠大幅度降低灌漿料用量,連接同型號鋼筋時,灌漿高度可降低一半,使得灌漿壓力、分倉難度均大大降低,灌漿質量更容易保證。另外,一旦發生灌漿不滿現象,半灌漿連接出現在鋼筋端頭部位,對連接受力影響較小,而全灌漿連接則恰恰出現在鋼筋受力最大部位,對連接質量影響明顯;

(4)半灌漿套筒材質好、加工精度高,應用于剪力墻結構時,在滿足保護層厚度前提下能最大程度增加雙排鋼筋H值。

2 半套筒灌漿連接性能試驗

2.1套筒灌漿接頭材料性能

2.1.1 灌漿套筒

北京思達建茂設計生產的GT4型半灌漿套筒為機械加工套筒,其截面構造如圖2所示。試驗用套筒為連接鋼筋直徑為20mm的GT420半灌漿套筒,其尺寸參數如表1所示。所采用制造材料為45圓鋼,其性能應符合現行行業標準《鋼筋連接用灌漿套筒》[3](JG/T398-2012)中相應規定要求。套筒內壁設置有交替布置的凹槽與凸肋,此構造有利于鋼筋與灌漿料以及灌漿料與套筒之間力的傳遞。套筒一端為預埋端,設有內螺紋,該端孔口尺寸較小,與擁有外螺紋的鋼筋在預制構件澆筑時即連接;另一端為裝配端,孔口尺寸較大,以保證現場裝配時能夠吸收構件制作上產生的誤差與安裝時產生的偏差。選取2只同一批次GT4型半灌漿套筒進行材料性能試驗,試驗結果如表2所示。

2.1.2 水泥基灌漿料

鋼筋連接用套筒灌漿料是指以水泥為基本材料,配以細骨料,以及混凝土外加劑和其他材料組成的干混料,填充于套筒和帶肋鋼筋間隙,加水攪拌后具有良好的流動性、早強、高強、微膨脹等性能[4]。其材料性能應符合現行行業標準《鋼筋連接用套筒灌漿料》[5](JG/T 408-2013)中相應規定要求。采用北京思達建茂生產,強度設計值為85MPa的CGMJM-Ⅵ型高強水泥基灌漿料進行材料性能檢驗,檢驗結果如表3所示。

2.2單向拉伸試驗

《鋼筋機械連接技術規程》[8](JGJ 107-2016)規定,鋼筋套筒灌漿接頭試件單向拉伸試驗需制作一組鋼筋偏置試件和一組鋼筋對中試件進行試驗,偏置試件鋼筋偏心示意圖如圖3所示。試驗加載制度為:先由0加載至鋼筋拉應力達到0.6倍鋼筋屈服強度標準值,然后卸載至鋼筋內力為0,此時測量殘余變形,再次施加荷載至試件的最大拉力,記錄極限抗拉強度,最后繼續施加荷載至試件破壞,此時測量最大力下總伸長率。試驗過程及試驗所得結果分別如圖4及表5、表6所示。


2.3高應力反復拉壓試驗

《鋼筋機械連接技術規程》[8]規定,鋼筋套筒灌漿接頭試件高應力反復拉壓試驗加載制度為:先由0加載至鋼筋拉應力達到0.9倍鋼筋屈服強度標準值,然后卸載并反向加載至鋼筋壓應力達到0.5倍鋼筋屈服強度標準值,重復此過程20次后,將試件拉伸至破壞。試驗所得結果如表7所示。


2.4大變形反復拉壓試驗

《鋼筋機械連接技術規程》[8]規定,當接頭試件性能等級不同時,試驗加載制度也不同。對于接頭性能等級為Ⅰ級和Ⅱ級的試件,加載制度為:先由0加載至鋼筋拉應變達到2倍鋼筋屈服應變標準值,然后卸載并反向加載至鋼筋壓應力達到0.5倍鋼筋屈服強度標準值,反復拉壓4次后將接頭試件加載至鋼筋拉應變達到5倍鋼筋屈服應變標準值,此時再次卸載并反向加載至鋼筋壓應力達到0.5倍鋼筋屈服強度標準值,重復此步驟再次反復拉壓4次后將試件拉伸至破壞。對于接頭性能等級為Ⅲ級的試件,加載制度為:先由0加載至鋼筋拉應變達到2倍鋼筋屈服應變標準值,然后卸載并反向加載至鋼筋壓應力達到0.5倍鋼筋屈服強度標準值,重復此步驟反復拉壓4次后將試件拉伸至破壞。試驗所得結果如表8所示。

從以上試驗結果看出,依據《鋼筋機械連接技術規程》[7]的有關規定,對4組GT4型半套筒灌漿連接試件分別進行偏置單向拉伸試驗、對中單向拉伸試驗、高應力反復拉壓試驗、大變形反復拉壓試驗,試驗結果符合標準所規定接頭抗拉強度大于連接鋼筋抗拉強度標準值的要求(試驗用鋼筋抗拉強度標準值為540MPa),且變形性能也滿足相應變形性能指標,因此該型鋼筋半灌漿套筒接頭能夠滿足標準所規定的Ⅰ級接頭性能指標,可用于裝配式建筑施工。

3 半套筒灌漿連接施工工藝及質量檢查方法

3.1預制構件廠灌漿套筒安裝

半灌漿套筒首先需在預制構件廠完成安裝,其工藝流程如圖5所示。

在安裝過程中,我們需要注意以下施工要點:

(1)鋼筋絲頭加工過程中,應嚴格控制保證鋼筋端部平直,同時控制好鋼筋總長度尺寸,要考慮到鋼筋與套筒螺紋重合連接的長度,要求構件拆模后外露鋼筋偏差為0~+10mm;

(2)鋼筋絲頭螺紋直徑應使用螺紋環規檢查:環規通端絲頭應能順利旋入,止端絲頭旋入量不能超過3倍絲頭螺距;

(3)使用力矩扳手將檢驗合格的鋼筋絲頭與灌漿套筒擰緊連接,外露絲扣和擰緊力矩值均要達到要求;

(4)套筒與模板固定時應使用專用固定件進行固定,要保證套筒定位準確同時不能漏漿;

(5)灌漿管與排漿管要安裝結實,必要時可進行綁扎固定,防止澆筑混凝土時脫落、漏漿;

(6)在構件出廠前需重新對灌漿套筒位置、錨固鋼筋長度、套筒內腔以及灌漿、排漿管路進行檢查,確保符合要求。

3.2 現場預制構件安裝

預制構件現場安裝工藝流程如圖6所示。


在預制構件安裝過程中,我們需要注意以下施工要點:

(1)首先重點檢查灌漿套筒內腔和灌漿、出漿管路是否通暢,保證后續灌漿作業順利;

(2)采用水平縫坐漿單套筒灌漿方法時,漿料層須高于構件底面標高,同時為防止空氣憋堵在構件底部,宜中間高、兩邊低;

(3)采用水平縫聯通腔分倉封縫的多套筒灌漿方法時,分倉時需把座漿料塞在構件水平縫下方,形成30~40mm寬的分倉隔墻,將長度較大的構件底面分成2部分或3部分,單倉最大尺寸不宜超過1.5m,周圈再用封縫座漿料密封壓實,等待封縫料硬化達到預期強度后實施后續灌漿施工。

3.3 現場灌漿施工

預制構件現場灌漿工藝流程如圖7所示。

在灌漿過程中,我們需要注意以下施工要點:

(1)在灌漿料制備過程中,應先將水倒入攪拌桶,然后加入約70%灌漿料,用專用攪拌機攪拌1~2分鐘后,將剩余灌漿料全部加入,再攪拌3~4分鐘至灌漿料徹底均勻,此時靜置約2~3分鐘,使漿內氣泡自然排出后再使用;

(2)當環境溫度超過灌漿料使用溫度上限(35℃)時,須做實際可操作時間檢驗,保證在灌漿料可操作時間內完成灌漿;

(3)特別注意,灌漿料應在自加水攪拌開始45分鐘內灌完,為施工過程中可能出現的突發狀況保留一定的應急操作時間;

(4)灌漿料凝固后,取下灌漿孔、排漿孔處專用橡膠堵頭,保證孔內凝固的灌漿料上表面高于排漿孔下邊緣5mm以上;

(5)灌漿結束后,在灌漿料同條件養護試塊抗壓強度達到35MPa后,方可進行后續施工。通常,環境溫度在15℃以上,24小時內構件不得受擾動;環境溫度位于5~15℃,48小時內構件不得受擾動;環境溫度在5℃以下時,應采取保溫措施。

3.4 灌漿飽滿度檢查

在實際工程施工過程中,灌漿的飽滿程度是保證施工質量最為關鍵的部分,因此在灌漿料凝固后,需對全部灌漿接頭進行灌漿飽滿度檢查。由于在預制構件生產制作過程中,套筒已澆筑在構件內部,因此灌漿飽滿度的檢查一直以來都是施工驗收中的一道難題。通常方法為取下排漿孔處封堵膠塞,檢查孔內凝固的灌漿料上表面是否高于孔口下緣5mm以上;蛘呶覀兛梢酝ㄟ^測試預埋導線之間的電阻值,來判定灌漿飽滿度,即將灌漿套筒靠近排漿口的下方對稱打孔,將測量導線預埋在套筒內壁和鋼筋之間的間隙內,如圖8所示。由于灌漿料內部主要以離子導電,其電阻值遠大于鋼筋和套筒,若灌漿不飽滿,預埋導線之間的電阻值應無限大;若灌漿飽滿,則測定的電阻值接近灌漿料自身的阻值。

4 結語

套筒灌漿連接技術作為裝配式建筑施工過程中一項重要的鋼筋連接技術,對于保證建筑結構的安全穩定起到至關重要的作用。其中半套筒灌漿連接以其套筒尺寸小、灌漿料用量少、施工便利迅速的優點得到非常廣泛的應用。通過對北京思達建茂設計生產的GT4型半套筒灌漿連接接頭進行單向拉伸試驗、高應力反復拉壓試驗、大變形反復拉壓試驗,證明該型半套筒灌漿接頭的強度及變形性能能夠滿足相關標準所規定的Ⅰ級接頭性能要求,可用于裝配式建筑施工。同時給出半套筒灌漿連接技術在施工過程中應注意的要點與灌漿飽滿度檢查方法。證明只要按照相關規范要求進行施工,半套筒灌漿連接完全可以滿足裝配式建筑構件之間鋼筋的連接需求。

參考文獻

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[9] 朱萬旭,邵煉,汪洋,付委.鋼筋的半灌漿式套筒連接技術研究[J].建筑技術,2015,46(10):937-940.

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