馬旭 楊方奇 李建新 王新祥 韋江雄 李依妮

（1 廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司；2 華南理工大學(xué)）

0 前言

建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化是未來(lái)建筑業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，是建筑生產(chǎn)方式從粗放型生產(chǎn)向集約型生產(chǎn)的根本轉(zhuǎn)變。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆建筑模式具有環(huán)境污染大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)相比，裝配式建筑這種預(yù)制構(gòu)件的模式具有建設(shè)速度快、質(zhì)量可靠、節(jié)能環(huán)保、節(jié)省勞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)。

裝配式結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是如何保障預(yù)制構(gòu)件之間的連接性能和結(jié)構(gòu)的整體性能，而這些性能的好壞與裝配式建筑構(gòu)件之間的連接有著密切的聯(lián)系，節(jié)點(diǎn)連接的工作性能及耐久性能，將直接影響到連接的可靠性和整體結(jié)構(gòu)的安全性[1]。目前，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中最常用的預(yù)制構(gòu)件主筋連接方式是鋼筋套筒灌漿連接，即將連接鋼筋插入金屬套筒內(nèi)部，再灌注高強(qiáng)灌漿料，通過(guò)灌漿料與套筒壁的粘結(jié)以及灌漿料與鋼筋的粘結(jié)傳遞應(yīng)力[2]。

節(jié)點(diǎn)連接是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，是其整體性能等同于現(xiàn)澆的重要保證，因此，鋼筋套筒灌漿連接質(zhì)量至關(guān)重要。我國(guó)由于鋼筋套筒灌漿連接發(fā)展時(shí)間短且發(fā)展速度快、現(xiàn)場(chǎng)人員培訓(xùn)不足、工廠制作精度有待改善等原因，灌漿質(zhì)量尚存在一些問(wèn)題[3]。并且，在實(shí)際工程中，由于多種因素的影響，也可能出現(xiàn)已注入的灌漿料在自身流動(dòng)性和重力的作用下回流、凝結(jié)、硬化，或套筒內(nèi)部空氣不能有效排出，從而導(dǎo)致套筒內(nèi)部出現(xiàn)端部或中部空鼓，使套筒內(nèi)鋼筋有效錨固長(zhǎng)度減小[4-5]。灌漿缺陷將導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)連接性能降低，嚴(yán)重影響裝配式建筑的整體性能，從而使裝配式建筑存在較大安全隱患，因此，相關(guān)研究非常必要且迫切。

1 原材料

1.1 灌漿料

本試驗(yàn)采用自制鋼筋套筒灌漿料，拌合時(shí)水與灌漿料的質(zhì)量比為0.12，初始流動(dòng)度為347mm，30 分鐘流動(dòng)度為315mm。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下1 天抗壓強(qiáng)度為38.6MPa，3 天抗壓強(qiáng)度為71.8MPa，28 天抗壓強(qiáng)度為102.6MPa，3 小時(shí)膨脹率與24 小時(shí)膨脹率分別為0.2%與0.24%，其基本性能滿(mǎn)足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋連接用套筒灌漿料》（JG/T 408－2013）[6]的要求。其性能指標(biāo)如表1 所示。

表1 灌漿料性能指標(biāo)

1.2 鋼筋及套筒

本試驗(yàn)采用的鋼筋強(qiáng)度等級(jí)為HRB400E，公稱(chēng)直徑為20mm，其基本力學(xué)性能指標(biāo)如表2 所示。HRB400E 鋼筋強(qiáng)度高，安全儲(chǔ)備大，抗震性能好，在建筑行業(yè)中得到大量應(yīng)用。套筒為半灌漿套筒，與鋼筋直徑對(duì)應(yīng)，基本性能滿(mǎn)足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋連接用灌漿套筒》(JG/T 398－2012)[7]的要求。

表2 鋼筋基本力學(xué)性能

2 試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本次試驗(yàn)旨在通過(guò)人為設(shè)置不同長(zhǎng)度、不同部位的缺陷，以及實(shí)際工程中經(jīng)常遇到的鋼筋偏置和鋼筋彎折等情況，探究灌漿缺陷對(duì)鋼筋套筒灌漿連接的影響。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

鋼筋套筒灌漿連接在施工過(guò)程中，通常會(huì)產(chǎn)生套筒端部缺陷、套筒中部缺陷、鋼筋偏心缺陷這三種缺陷。套筒端部的膠塞或坐漿層、灌漿口和出漿口的封堵松動(dòng)，造成灌漿料外流，從而產(chǎn)生套筒端部灌漿料缺失（套筒端部缺陷）。初始灌漿結(jié)束一段時(shí)間后或者出現(xiàn)漏漿后進(jìn)行補(bǔ)灌，都有可能導(dǎo)致套筒內(nèi)部的空氣無(wú)法排除，從而產(chǎn)生套筒中部的灌漿料缺失（套筒中部缺陷）。實(shí)際工程的套筒裝配過(guò)程中，進(jìn)行構(gòu)件的位置、垂直度和標(biāo)高調(diào)整時(shí)，都可能導(dǎo)致鋼筋和套筒的偏心（鋼筋偏心缺陷）。

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了正常鋼筋組與偏置彎折鋼筋組兩大組試驗(yàn)。正常鋼筋組設(shè)置了無(wú)灌漿缺陷組（1-1）、1d 端部缺陷組（1-2）、3d 端部缺陷組（1-3）、5d 端部缺陷組（1-4）、1d 中部缺陷組（1-5）、3d 中部缺陷組（1-6）、5d中部缺陷組（1-7），每組三個(gè)試樣。無(wú)灌漿缺陷組指鋼筋錨固長(zhǎng)度為8d（d 為鋼筋直徑20mm）。

偏置彎折鋼筋組設(shè)置了無(wú)灌漿缺陷組（2-1）、1d 端部缺陷組（2-2）、2d 端部缺陷組（2-3）、4d 端部缺陷組（2-4）、1d 中部缺陷組（2-5）、2d 中部缺陷組（2-6）、4d中部缺陷組（2-7），每組三個(gè)試樣。試驗(yàn)編號(hào)對(duì)應(yīng)缺陷如表3 所示。

表3 試驗(yàn)編號(hào)

內(nèi)置缺陷用寬度20mm 的雙面膠設(shè)置，一層雙面膠相當(dāng)于1d。端部缺陷從鋼筋端部開(kāi)始設(shè)置。中部缺陷從距離鋼筋端部40mm 處開(kāi)始設(shè)置。缺陷設(shè)置如圖1 所示。

圖1 缺陷設(shè)置圖

鋼筋在套筒內(nèi)偏置指鋼筋與套筒內(nèi)壁接觸放置。鋼筋端部彎折指通過(guò)機(jī)械方法在距離鋼筋端部160mm 處彎折4 度。考慮到在實(shí)際工程中，鋼筋與套筒對(duì)中時(shí)，可能存在誤差，因此在本試驗(yàn)中設(shè)置鋼筋在套筒內(nèi)偏置工況?？紤]到在實(shí)際工程中，鋼筋與套筒位置存在偏差時(shí)，有可能將鋼筋略微彎折使其插入套筒內(nèi)，因此在本試驗(yàn)中設(shè)置鋼筋端部彎折工況。

2.3 成型及養(yǎng)護(hù)

將鋼筋灌漿套筒的螺紋端與鋼筋固定并用鐵絲固定在定制的架子上，設(shè)置有缺陷的鋼筋插入灌漿套筒之后同樣用鐵絲綁定在固定的位置，確保在灌漿過(guò)程中以及灌漿后套筒與鋼筋的位置不會(huì)發(fā)生變化。自制灌漿料通過(guò)攪拌機(jī)混勻后，加水快速攪拌，之后通過(guò)灌漿筒從灌漿孔手動(dòng)擠入灌漿套筒中，待灌漿料從出漿孔平穩(wěn)流出后停止灌漿，并用橡膠塞堵住灌漿孔和出漿孔。灌漿構(gòu)件成型之后放置在室溫條件下靜置28 天。

2.4 試驗(yàn)方法

根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ355－2015）[8]，對(duì)鋼筋套筒試件進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 試驗(yàn)結(jié)果

鋼筋灌漿套筒連接受力時(shí)，通過(guò)鋼筋與灌漿料結(jié)合面的粘結(jié)作用傳遞給灌漿料，灌漿料再通過(guò)其與套筒內(nèi)壁結(jié)合面的粘結(jié)作用傳遞給套筒。粘結(jié)作用由表面摩擦力、化學(xué)粘結(jié)力和機(jī)械咬合力構(gòu)成。套筒灌漿接頭的破壞模式主要包括套筒外鋼筋拉斷、鋼筋拔出破壞（分為鋼筋與灌漿料錨固強(qiáng)度不足、灌漿料與套筒內(nèi)壁錨固強(qiáng)度不足）、灌漿料強(qiáng)度破壞（拉裂破壞和劈裂破壞）及套筒拉斷破壞。

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)鋼筋套筒試件進(jìn)行單向拉伸測(cè)試，探究由于灌漿缺陷造成鋼筋錨固長(zhǎng)度減少對(duì)節(jié)點(diǎn)連接性能的影響，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)鋼筋錨固長(zhǎng)度減少到4d（4倍鋼筋直徑）時(shí)，鋼筋出現(xiàn)拔出破壞。詳細(xì)的試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表4 鋼筋套筒單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果

3.2 結(jié)果分析

本試驗(yàn)重點(diǎn)研究了灌漿缺陷對(duì)鋼筋灌漿套筒連接的影響，比較分析了無(wú)缺陷（灌漿料填充高度為8d）、端部缺陷（1d、2d、3d、4d、5d 缺陷）、中部缺陷（1d、2d、3d、4d、5d 缺陷）在單向拉伸試驗(yàn)下鋼筋灌漿套筒破壞模式的區(qū)別。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：無(wú)論是端部缺陷還是中部缺陷，鋼筋由于錨固不足而產(chǎn)生的拔出破壞均是從4d 缺陷開(kāi)始（2-4 和2-7），說(shuō)明缺陷部位在端部還是中部，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大。鋼筋灌漿套筒在單向拉伸作用下，鋼筋與灌漿料之間會(huì)出現(xiàn)滑移，隨著缺陷長(zhǎng)度的增加，鋼筋在破壞之前所發(fā)生的的滑移越長(zhǎng)，而相同缺陷長(zhǎng)度不同缺陷部位未對(duì)破壞模式或者滑移距離有明顯影響。

4 結(jié)論與展望

本研究對(duì)不同灌漿缺陷的半灌漿套筒鋼筋連接試件進(jìn)行了單向拉伸試驗(yàn)，探究了灌漿缺陷對(duì)節(jié)點(diǎn)連接性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)：

⑴隨著灌漿缺陷的增加，連接破壞模式將由套筒外鋼筋拉斷變?yōu)殇摻畎纬銎茐?，灌漿端鋼筋破壞的抗拉強(qiáng)度與灌漿的飽滿(mǎn)程度密切相關(guān)。本試驗(yàn)當(dāng)鋼筋錨固長(zhǎng)度減少到4 倍鋼筋直徑時(shí)，連接破壞模式變?yōu)殇摻畎纬銎茐摹?/p>

⑵缺陷部位在端部還是中部，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大，即相同缺陷長(zhǎng)度不同缺陷部位未對(duì)破壞模式有明顯影響。

在實(shí)際工程中，由于多種因素的影響，或多或少地會(huì)造成灌漿缺陷的引入，從而使裝配式混凝土建筑存在較大安全隱患。一方面，與灌漿缺陷相關(guān)的研究仍需進(jìn)一步深入，尤其是關(guān)于循環(huán)荷載下灌漿缺陷對(duì)節(jié)點(diǎn)安全性的影響。另一方面，灌漿套筒鋼筋連接屬于隱蔽工程，如果在施工過(guò)程中沒(méi)有做好有效的施工過(guò)程質(zhì)量監(jiān)管，造成的灌漿缺陷將較難通過(guò)后期檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，因此，與之相關(guān)的有效檢測(cè)技術(shù)的研究也非常迫切。