趙考重，魏方旭，劉夢璇

（1.山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2.山東建大工程鑒定加固研究院，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

建筑物的外墻外保溫系統(tǒng)為安裝在外墻外表面的非承重保溫構(gòu)造層的總稱，由保溫層、保護(hù)層和固定材料（膠粘劑、錨固件等）構(gòu)成。錨栓作為外墻外保溫系統(tǒng)的重要連接部件，其在基層墻體中的抗拉拔承載力對外墻外保溫系統(tǒng)的連接安全性及耐久性影響較大。工程中建筑物保溫層脫落現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此，對錨栓抗拔承載力進(jìn)行研究具有十分重要意義。敲擊式圓盤塑料錨栓由塑料膨脹套管和金屬錨釘（鋼釘）組成，構(gòu)造簡單。施工時(shí)先用電鉆鉆孔，后將塑料套管插入鉆孔中，錨釘采用敲擊的方式錨入，施工方便。

孫樹榮[1]通過大量試驗(yàn)分析得到錨栓在不同基層墻體中的抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值，為錨栓的施工和檢驗(yàn)提供了幫助。張?zhí)梁宛垘r茹[2]介紹了如何確定外墻保溫錨栓承載性能現(xiàn)場檢測方法和判定依據(jù)，并就現(xiàn)場檢測中的抽樣原則提出了相應(yīng)建議。楊春[3]通過案例對類似風(fēng)荷載地區(qū)的外墻保溫系統(tǒng)所受抗力和荷載效應(yīng)展開論述，對外墻保溫系統(tǒng)的安全系數(shù)隨建筑高度的變化進(jìn)行了驗(yàn)證并提出見解。梁曉輝和李娜[4]重點(diǎn)對目前塑料錨栓承載力現(xiàn)場檢測過程中存在的不足和缺陷提出了一些針對性的建議和方法。楊虎[5]針對錨栓抗拉承載力評定中出現(xiàn)的問題，對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，指出問題產(chǎn)生的原因，并提出了相應(yīng)的評定建議。王學(xué)成等[6]通過對不同基層墻體、不同有效錨固深度和不同種類錨栓的試驗(yàn)得到了單個(gè)錨栓抗拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值、平均值及單個(gè)值的差別，并對影響因素進(jìn)行分析。

目前對外墻外保溫系統(tǒng)用塑料錨栓的研究主要集中于錨栓的正確使用及檢測，對錨栓抗拉承載力影響因素研究較少。現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)表明，70%的常規(guī)錨栓錨固拉拔力不符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值要求，且離散性較大。為了提高外墻保溫系統(tǒng)的連接安全性，本文通過大量試驗(yàn)分析了影響外墻外保溫用敲擊式塑料錨栓抗拉承載力的影響因素，研究了錨栓在加氣混凝土砌塊中的受力及破壞機(jī)理，可為錨栓的施工和檢驗(yàn)提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試件設(shè)計(jì)

針對目前加氣混凝土砌塊填充墻體應(yīng)用較廣泛的現(xiàn)狀，本文主要研究了基層墻體材料為加氣混凝土實(shí)心砌塊，塑料錨栓采用敲擊式圓盤錨栓，各種因素對塑料錨栓抗拉承載力的影響。試件設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮了錨固深度、鉆孔直徑、施工順序、孔洞處理方式和溫度變化等因素。砌塊為同批次材料，尺寸為600 mm×200 mm×250 mm，塑料錨栓均采用敲擊式圓盤錨栓，圓盤直徑為50 mm，膨脹套管直徑為10 mm，膨脹套管總長162 mm。塑料膨脹套管和金屬錨釘如圖1所示。錨固深度考慮了5種（30、50、60、70、80 mm）；砌塊上鉆孔直徑3種（8、10、12 mm）；根據(jù)調(diào)查施工順序主要考慮先將塑料膨脹套管插入鉆好的孔內(nèi)然后再將鋼釘打入塑料膨脹套管，或?qū)⑺芰吓蛎浱坠芎弯撫斠黄鸫蛉肫鰤K內(nèi)；孔洞處理方式主要考慮是否加結(jié)構(gòu)膠；溫度因素主要考慮施工時(shí)和使用時(shí)的不同溫差。本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了20組試件，每組15個(gè)錨栓。

圖1 塑料膨脹套管和金屬錨釘

1.2 試驗(yàn)測點(diǎn)布置

錨固點(diǎn)在砌塊上的布置位置見圖2。在同一個(gè)砌塊上影響因素要考慮不同的工況，如在研究錨栓錨固深度對抗拉承載力影響時(shí)，同一砌塊上布置了不同錨固深度的錨栓，以避免砌塊材質(zhì)差異對試驗(yàn)結(jié)果的影響。

圖2 砌塊錨固點(diǎn)布置示意

由于拉拔儀在操作過程中的距離要求，主面上的10個(gè)測點(diǎn)不能同時(shí)植入錨栓，要分成2批，第1批植入錨栓為1、2、5、6、9、10測點(diǎn)，第1批錨栓拔出后即可植入第2批錨栓為3、4、7、8測點(diǎn)，側(cè)面5個(gè)測點(diǎn)可一次性植入5個(gè)錨栓。錨固后的錨栓布置如圖3所示。

1.3 試驗(yàn)加載方案

本試驗(yàn)錨栓抗拉承載力采用HC-MD60高精度鉚釘拉拔儀進(jìn)行加載。試驗(yàn)過程中采用力加載模式，單向拉伸荷載施加在錨栓塑料套管上，如圖4所示。加載時(shí)，拉拔儀與錨栓處于同一直線上，加載至拉拔儀顯示荷載值不再變化即認(rèn)為錨栓被拔出達(dá)到最大抗拉承載力。

圖3 砌塊實(shí)際錨栓布置

圖4 試驗(yàn)加載裝置

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)破壞特征

按照上述試驗(yàn)方案，對各組錨栓分別進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。錨栓的破壞有3種形式，如圖5所示：

（1）錨栓整體被拉出[見圖5（a）]：拉拔儀的拉力逐漸增大，當(dāng)拉力達(dá)到錨栓與孔洞之間最大摩擦力時(shí)，錨栓被整體拉出，錨栓和孔洞均無明顯破壞現(xiàn)象。

圖5 錨栓破壞形式

（2）塑料錨盤破壞，金屬錨釘未被拉出[見圖5（b）]：隨著拉拔儀的拉力增大，塑料膨脹套管逐漸被拉長，由于錨栓與孔洞之間最大摩擦力大于圓盤的極限承載力，套管與圓盤連接處被拉斷，屬于脆性破壞，錨釘留在套管中未被拉出。

（3）塑料膨脹套管被拉斷，金屬錨釘被拉出[見圖5（c）]：隨著拉拔儀的拉力增大，塑料膨脹套管逐漸被拉長，變形越來越明顯，由于錨栓與孔洞之間最大摩擦力大于套管的極限承載力，當(dāng)圓盤下方套管達(dá)到極限承載力時(shí)，發(fā)出“嘭”的一聲，塑料套管被拉斷，屬于脆性破壞，錨釘同時(shí)被拉出。

表1 錨固深度對錨栓抗拉承載力的影響

2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.2.1 錨固深度對錨栓抗拉承載力的影響

本組所有錨栓施工順序均為先植入塑料套管再敲入金屬錨釘，錨固深度對錨栓抗拉承載力的影響見表1。

由表1可以看出，當(dāng)錨栓材質(zhì)相同，鉆孔直徑相同時(shí)，錨固深度越大，塑料膨脹套管與孔洞之間的有效摩擦力越大，單個(gè)錨栓的抗拉承載力越高，錨固深度每增加10 mm，錨栓的抗拉承載力約提高22.5%。當(dāng)錨固深度為30 mm時(shí)，其錨固抗拉承載力很小。錨固深度大于50 mm時(shí)，抗拉承載力可達(dá)到0.3 kN以上，錨固深度達(dá)到80 mm時(shí)，抗拉承載力才能大于0.6kN。由此可見，要保證錨栓有一定抗拉承載力，必須滿足一定的錨固深度。

本組試驗(yàn)中所有錨栓均被整體拔出，砌塊孔洞基本沒有被破壞，只有孔洞口有少許砌塊材料被帶出，未出現(xiàn)錐形破壞，如圖6所示。

圖6 錨栓及砌塊破壞形式

2.2.2 鉆孔直徑對錨栓抗拉承載力的影響

本組所有錨栓施工順序均為先植入塑料套管再敲入錨釘，鉆孔直徑對錨栓抗拉承載力的影響見表2。

由表2可以看出，當(dāng)鉆孔直徑大于塑料錨栓直徑時(shí)，與孔徑和塑料錨栓相同的情況相比，無論錨固深度大小，錨栓的抗拉承載力都會大幅度降低，錨固深度不同錨栓的抗拉承載力降幅不同，其降幅為50%～70%，抗拉承載力均未超過0.2 kN。鉆孔直徑小于塑料錨栓直徑時(shí)，其抗拉承載力大幅度提高，鉆孔直徑小于塑料錨栓直徑2 mm時(shí)，錨栓的抗拉承載力提高130%左右。原因?yàn)殂@孔直徑小于套管外徑時(shí)，錨栓與孔壁之間產(chǎn)生的膨脹擠壓力增大，有效剪切摩擦力增大，因此單個(gè)錨栓的抗拉承載力提高。大部分錨栓的破壞形式為錨栓從砌塊內(nèi)拔出，個(gè)別錨栓塑料套管被拉斷。另外要說明的是，由于砌塊強(qiáng)度較低，鉆孔直徑小于塑料錨栓直徑時(shí)，大部分錨栓可敲入孔內(nèi)，但個(gè)別錨栓會出現(xiàn)塑料套管敲彎的現(xiàn)象，如圖7所示。

表2 鉆孔直徑對錨栓抗拉承載力的影響

圖7 錨栓變形

2.2.3 施工安裝順序?qū)﹀^栓抗拉承載力的影響

常規(guī)施工安裝順序?yàn)橄戎踩胨芰咸坠茉偾萌脲^釘，本組試驗(yàn)改變施工安裝順序，先在塑料套管中敲入鋼釘，然后將塑料錨栓和鋼釘一起敲入孔洞中?？估休d力試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 施工安裝順序?qū)﹀^栓抗拉承載力的影響

由表3可以看出，改變施工順序?qū)﹀^栓的抗拉承載力影響非常大。預(yù)先將錨釘敲入塑料膨脹套管時(shí)，套管前端已經(jīng)脹開，整體敲入時(shí)出現(xiàn)擴(kuò)孔現(xiàn)象，施工后錨栓與孔洞壁之間的有效摩擦長度變短，只有前端膨脹端部位有摩擦力，無膨脹擠壓力作用，因此單個(gè)錨栓的抗拉承載力大幅降低，當(dāng)錨固深度為60 mm，孔徑與錨栓直徑相同時(shí)，抗拉承載力降低了74.3%。

2.2.4 孔洞處理方式對錨栓抗拉承載力的影響

塑料錨栓在加氣混凝土砌塊砌體上的錨固力較小，在正常施工條件下，施工質(zhì)量即使完全符合要求，當(dāng)錨固深度為80 mm時(shí)，錨栓抗拉承載力才可達(dá)到0.6 kN的要求。在孔內(nèi)注膠然后錨固錨栓，可提高錨栓的錨固作用，從而提高抗拉承載力。本組試驗(yàn)分3種情況，第1種是未進(jìn)行處理，按一般施工程序進(jìn)行施工；第2種是先在鉆好的孔內(nèi)注入結(jié)構(gòu)膠，然后打入塑料錨栓和錨釘；第3種情況是在塑料錨栓表面涂覆結(jié)構(gòu)膠，然后敲入鉆好孔內(nèi)，再將鋼釘打入錨栓內(nèi)，不同工況下錨栓試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 孔洞處理方式對錨栓抗拉承載力的影響

由表4可以看出，采用第2、第3種處理方式，錨栓的抗拉承載力均得到大幅度提高，單個(gè)錨栓的抗拉承載力提高了4倍多，而且2種方式的抗拉承載力相差不大，原因是經(jīng)過處理后，2種方式錨栓的破壞形式基本相同，除個(gè)別錨栓外，大部分錨栓均發(fā)生塑料錨栓或圓盤破壞，錨栓未被拔出，如圖8所示。分析原因，注入結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)膠后，錨栓的抗拔由兩部分組成：錨栓與孔壁之間的摩擦力和錨栓與孔壁之間的粘結(jié)力。

圖8 注膠錨栓的破壞形態(tài)

2.2.5 環(huán)境溫度對錨栓抗拉承載力的影響（見表5）

表5 環(huán)境溫度對錨栓抗拉承載力的影響

由表5可以看出：施工時(shí)溫度為20℃，在試驗(yàn)環(huán)境溫度溫度為38℃時(shí)，錨栓抗拉承載力變化不大；但在高溫環(huán)境條件下施工，當(dāng)試驗(yàn)溫度降低時(shí)錨栓的抗拉承載力將會降低，在-5℃時(shí)，抗拉承載力約降低了10%，原因是混凝土砌塊與錨栓的熱膨漲系數(shù)不同，溫度變化會產(chǎn)生溫度變形，錨栓與砌塊之間的擠壓力減小，抗拉承載力也降低。

3 結(jié)論

（1）敲擊式塑料錨栓錨固深度越大，抗拉承載力越高，當(dāng)基層為加氣混凝土砌塊，錨固深度大于50 mm時(shí)，抗拉承載力可達(dá)到0.3 kN以上，錨固深度為80 mm時(shí)，抗拉承載力方可達(dá)到0.6 kN以上。

（2）鉆孔直徑對錨栓抗拉承載力有較大影響，鉆孔直徑大于錨栓直徑時(shí)，錨栓的抗拉承載力降低，鉆孔直徑小于錨栓直徑時(shí)，錨栓的抗拉承載力大大提高，當(dāng)鉆孔直徑大于錨栓直徑2 mm時(shí)，抗拉承載力降低50%～70%，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔直徑。

（3）施工工藝對錨栓的抗拉承載力產(chǎn)生較大影響，若錨栓與錨釘一起敲入孔內(nèi)，錨固深度為60 mm時(shí)，抗拉承載力約降低了74%。

（4）采用在孔內(nèi)注入結(jié)構(gòu)膠或在塑料錨栓表面先涂覆結(jié)構(gòu)膠再將錨栓插入孔內(nèi)的方式施工，錨栓的抗拉承載力大幅度提高。

（5）季節(jié)性溫度對錨栓的抗拉承載力也會產(chǎn)生一定影響，高溫環(huán)境條件下施工的錨栓，處于低溫環(huán)境條件時(shí)，錨栓的抗拉承載力會有所降低。