中圖分類(lèi)號(hào)：TQ178 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）05-0163-04

Abstract：Inorder to improve the durabilityand safetyof steel thread connection structure inbuildings under freezethaw environment，a freeze-thaw damage mitigation method for steel thread connection joints of polyurethane rubber sleeve is proposed，and the mitigation effctand damagemechanismof steel thread jointsunderthis methodare explored.Theresultsshow that the tension loss of the joint in theearlystage of the freeze-thaw cycleiseffectively slowed down after the polyurethane rubber sleeve thread connection joint is used.The maximum number of cycles of cracks inthe concrete specimens formed at room temperature is 15O times，compared with6times without polyurethane rubber sleeve thread connection joint.The maximum number of cycles of cracks in concrete specimens formed atlow temperature is 43 times.Compared with4 times without polyurethane rubber sleeve threaded connection，the damage time of the specimens is greatlydelayed，which proves the efectiveness of the method in alleviating freezethaw damage.

Key words：assembly building；threaded connection；concrete preparation；freezing and thawing deterioration；damagemechanism

混凝土構(gòu)件連接技術(shù)是當(dāng)前裝配式建筑中預(yù)制混凝土框架連接的一項(xiàng)重要技術(shù)，其連接節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量會(huì)直接影響整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性[1]。鋼筋螺紋連接技術(shù)屬于混凝土構(gòu)件連接技術(shù)中的一種干式連接技術(shù)，其構(gòu)件通常由工廠(chǎng)預(yù)制生產(chǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)直接連接，具有更快的連接效率并降低了現(xiàn)場(chǎng)污染[2]。但是由于整體性能較差，結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的承載力與耗能能力不穩(wěn)定，相較于現(xiàn)澆連接或套筒灌漿連接等濕式連接，鋼筋螺紋連接暫未獲得大面積推廣[3]。為了提高鋼筋螺紋承載力，秦玉靈等選用標(biāo)準(zhǔn)螺紋連接件與楔形螺紋連接件進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)比較，試驗(yàn)結(jié)果表明，楔形螺紋連接件相較于標(biāo)準(zhǔn)連接件可以更有效緊固預(yù)緊力矩值，具有良好的抗震放松性[4]；李佳澤等利用有限元模型，分別對(duì)無(wú)間隙與有間隙的螺栓連接結(jié)構(gòu)在橫向振動(dòng)載荷作用下螺紋連接配合間隙對(duì)螺紋牙根部應(yīng)力與預(yù)緊力變化進(jìn)行模擬仿真，結(jié)果表明，有間隙的螺栓連接結(jié)構(gòu)在較早周期內(nèi)螺紋牙根部應(yīng)力大于無(wú)間隙螺紋牙，較晚周期內(nèi)小于無(wú)間隙螺紋牙，證明間隙的存在降低了螺紋的松脫概率[5]。為了提高鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)在凍融循環(huán)條件下的耐久性與穩(wěn)定性，提出一種聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接的抗凍融方法，并對(duì)采用該方法下減緩效果與抗受損機(jī)理進(jìn)行分析，為鋼筋螺紋連接技術(shù)在寒冷地區(qū)的推廣提供參考。

1試驗(yàn)方案

1.1 材料與設(shè)備

主要材料： M16×220 規(guī)格碳鋼螺栓（政澤交通設(shè)施）、Q235鋼板（無(wú)錫鐵之家）、 水泥（浙江坤都）、MX2.6河沙（晶森礦產(chǎn)）、I類(lèi)碎石（途勝達(dá)建材）、PCA-1聚羧酸減水劑（秦奮建材）聚氨酯預(yù)聚體（武漢拉那白，AR）、聚氨酯橡膠基膠（新領(lǐng)化工，AR）、二月桂酸二丁基錫（武漢拉那白，AR）、正硅酸四乙酯（方信化工，AR）、自來(lái)水等?；炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30，其配合比如表1所示。

主要設(shè)備：P3Z凍融試驗(yàn)機(jī)（鼎鵬儀器）、TW80溫度記錄儀（飛朵建材）、FBG濾波用光纖光柵傳感器（昊量光電）、真空升降攪拌機(jī)（偉銘機(jī)械）。

1.2 樣本制備

1.2.1 帶孔混凝土試件制備

按照表1中的配合比，分別在常溫環(huán)境（ ）與低溫環(huán)境 （6% ）澆筑2個(gè)尺寸為 200mm×200mm×

的混凝土試件。

1.2.2帶聚氨酯橡膠套螺紋連接節(jié)點(diǎn)試件制備

（1）使用水鉆在制備混凝土試件中間鉆取一個(gè)直徑約 28mm 的圓形孔洞，并按照工程中干式連接建筑節(jié)點(diǎn)技術(shù)，在常溫混凝土試件與低溫混凝土試件上分別插入1個(gè)未帶聚氨酯橡膠套螺栓與1個(gè)帶聚氨酯橡膠套螺栓進(jìn)行組裝固定[6]。其中，聚氨酯橡膠套使用熱塑性聚氨酯彈性體橡膠，該橡膠材料具有耐水、耐腐蝕、耐紫外線(xiàn)與對(duì)外界溫度適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，常被用于防止長(zhǎng)期暴露環(huán)境下室外設(shè)備老化問(wèn)題中。其制備方法為：

① 稱(chēng)取一定量的聚氨酯預(yù)聚體和聚氨酯橡膠基膠，其中加入二月桂酸二丁基錫與正正硅膠四乙酯分別作為催化劑和交聯(lián)劑，將這些材料熔融混合。② 將混合液置于真空升降攪拌機(jī)中攪拌1h，隨后倒入 25mm×25mm×200mm 模具。③ 將混合液靜置固化 。在固化后的改性聚氨酯橡膠材料中掏出 24mm×24mm×200mm 的孔洞，制得改性聚氨酯橡膠套。

固定過(guò)程中，連接鋼板直徑與厚度分別為120mm 與 11mm ，鋼板中部留有一個(gè)直徑約 24mm 的圓形螺栓孔[7]。每個(gè)混凝土試件統(tǒng)一施加 20kN 的初始預(yù)緊力，未帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接的常溫混凝土試件與低溫混凝土試件編號(hào)分別為PW-20和GW-20；帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接的常溫混凝土試件與低溫混凝土試件編號(hào)分別為PS-20和GS-20。

（2）在螺栓螺桿外套上厚度為 1mm 的聚氨酯橡膠套管，聚氨酯橡膠套吸水率為 1% ，壓縮長(zhǎng)久變形處于 6%～7% ，彈性模量為 ，具體如圖1所示。

1.3 融凍試驗(yàn)方案

參照GB/T50082—2009對(duì)鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行融凍性能測(cè)試。試驗(yàn)中，融凍機(jī)最高溫度與最低溫度分別設(shè)置為 15，-21degreeC 。試驗(yàn)前，采用自然浸泡的方式將帶孔混凝土試件浸泡 96h ，使試件達(dá)到吸水飽和[8]。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，設(shè)置溫度為最高溫度，以每分鐘 的速度下降至最低溫度，并在最低溫度保持 ，完成試件凍結(jié)，總共凍結(jié)時(shí)長(zhǎng)為 。在凍結(jié)完成后，以 1.2‰ 的速度從最低溫度開(kāi)始升溫[9]。在溫度上升至最高溫度后保持 1.5h ，完成試件融化，融化總時(shí)長(zhǎng)為 。反復(fù)以上融凍過(guò)程，直至帶孔混凝土試件出現(xiàn)裂縫后，終止試驗(yàn)[10] C

1.4 測(cè)試與表征

1.4.1 融凍循環(huán)次數(shù)

分別對(duì)6個(gè)試件進(jìn)行融凍試驗(yàn)，并記錄試驗(yàn)終正時(shí)，每個(gè)試件的融凍循環(huán)次數(shù)。

1.4.2 螺栓張緊力監(jiān)測(cè)

沿螺桿兩側(cè)分別開(kāi)梯形槽，在槽內(nèi)嵌入光纖光柵傳感器，并將其從螺栓突頭頂部引出，實(shí)現(xiàn)對(duì)螺栓內(nèi)部預(yù)緊力的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[]。為了降低溫度對(duì)光纖光柵反射波的影響，設(shè)置溫度傳感器對(duì)光纖光柵傳感器進(jìn)行溫度補(bǔ)償，確保預(yù)緊力的檢測(cè)精度。

1.4.3 SEM微觀(guān)分析

采用微觀(guān)損傷測(cè)試分析，探究?jī)鋈跅l件下帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)的損傷機(jī)理[12]。以上述常溫環(huán)境與低溫環(huán)境下澆筑的混凝土試件為例。在每循環(huán)50次后，對(duì)每個(gè)混凝土試件進(jìn)行SEM掃描電鏡與顯微鏡分析。

2 結(jié)果與討論

2.1有無(wú)帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)張緊力變化

圖2為未帶聚氨酯橡膠套情況下，常溫成型混凝土試件與低溫成型混凝土試件鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)的張緊力變化情況，為了便于對(duì)比，僅保留前6次凍融循環(huán)曲線(xiàn)進(jìn)行研究[13]。其中， 和 分別代表初始預(yù)緊力與實(shí)時(shí)張緊力， 即代表張緊力剩余百分比。

由圖2可知，在第一次凍融循環(huán)中，2個(gè)成型混凝土試件螺紋連接節(jié)點(diǎn)的張緊力損失量整體相似，但跨度有著明顯差別[14]。這主要因?yàn)椴煌尚突炷林g存在一定的熱膨脹差異。凍融循環(huán)過(guò)程中節(jié)點(diǎn)連接材料的收縮膨脹變形不同，也會(huì)使螺紋連接節(jié)點(diǎn)受到的張緊力不同。在凍融循環(huán)達(dá)到4次后，常溫成型混凝土試件與低溫成型混凝土試件鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)剩余張緊力百分比分別為 92.5% 和 81.7% ，張緊力損失出現(xiàn)較大差距。此時(shí)低溫成型混凝土已開(kāi)始出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，因此可以認(rèn)為，在同樣的凍融條件下，低溫成型混凝土相較于常溫成型混凝土更容易受到破壞。

圖3為帶有聚氨酯橡膠套情況下，常溫成型混凝土試件與低溫成型混凝土試件鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)的張緊力變化情況，為了便于對(duì)比，僅保留前50次凍融循環(huán)曲線(xiàn)進(jìn)行研究。

由圖3可知，在融凍循環(huán)過(guò)程中，鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)的張緊力損失表現(xiàn)出前期平穩(wěn)下降，中期加速下降，以及后期快速下降3個(gè)不同階段。相較于低溫成型混凝土試件，常溫成型混凝土試件鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)的快速下降階段并不明顯，在凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到40次時(shí)，低溫成型試件連接節(jié)點(diǎn)的剩余張緊力百分比僅 0.3% 左右，混凝土試件已接近開(kāi)裂；常溫成型試件連接節(jié)點(diǎn)的剩余張緊力百分比卻在0.9% 以上，混凝土試件仍處于較高質(zhì)量。這是因?yàn)榈蜏爻尚突炷料噍^于常溫成型混凝土有更多初始缺陷，在凍融過(guò)程中受到影響更大，螺紋連接節(jié)點(diǎn)張緊力的穩(wěn)定性也相對(duì)更差[15]。因此帶聚氨酯橡膠套的鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)凍融劣化防治方法，雖然可以有效提高常溫混凝土的耐久性，但在應(yīng)用于低溫地區(qū)時(shí)，仍需要進(jìn)一步研究。

2.2 凍融循環(huán)次數(shù)

表2為有無(wú)帶聚氨酯橡膠套情況下不同地區(qū)成型混凝土試件最大凍融循環(huán)次數(shù)，反映不同混凝土試件鋼筋螺栓節(jié)點(diǎn)在凍融過(guò)程中張緊力損失情況。

由表2可知，帶聚氨酯橡膠套的鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)無(wú)論在常溫成型混凝土試件還是在低溫成型混凝土試件中，凍融次數(shù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未帶聚氨酯橡膠套，證明了采用帶聚氨酯橡膠套的方法可以有效抑制鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)的凍融劣化情況。這是因?yàn)殇摻盥菁y連接節(jié)點(diǎn)一方面會(huì)對(duì)周?chē)炷廉a(chǎn)生壓力，同時(shí)鋼筋材質(zhì)的螺栓會(huì)在凍融過(guò)程中受水結(jié)冰影響，對(duì)螺栓孔孔壁產(chǎn)生凍脹力，這些都是導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的重要原因[1]。而在帶上聚氨酯橡膠套后，螺栓產(chǎn)生的凍脹力將會(huì)有所降低，對(duì)周?chē)炷恋挠绊懸苍谧冃。虼嘶炷猎趦鋈诃h(huán)境下可以擁有更高的耐久性[17]

2.3 SEM微觀(guān)分析

通過(guò)SEM微觀(guān)圖可知，帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接的常溫成型混凝土試件相較于未帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接下的試件，孔洞內(nèi)的水分有了顯著減少[18]。這一方面，降低了孔洞中未凍水產(chǎn)生的水壓力；另一方面使得聚氨酯橡膠的偏軟質(zhì)地足以抵消剩余水結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹力，提高了連接節(jié)點(diǎn)前期的抗凍性能[19]。隨著凍融循環(huán)次數(shù)增加，混凝土本身的抗壓與抗拉強(qiáng)度逐漸下降，此時(shí)混凝土出現(xiàn)較為嚴(yán)重的損傷，使得螺栓剩余張緊力百分比迅速下降，再加上連接節(jié)點(diǎn)附近孔洞結(jié)冰帶的的膨脹力，使得混凝土試件不堪重負(fù)，在循環(huán)第150次時(shí)出現(xiàn)開(kāi)裂。

相較于常溫成型混凝土試件，低溫成型混凝土試件的抗凍性能雖然在采用帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接節(jié)點(diǎn)后有了大幅提升，但是仍然有一定差距[20]。低溫成型混凝土在成型之初就有較多缺陷，相較于常溫成型混凝土更易受凍融循環(huán)作用。在凍融次數(shù)超過(guò)50次時(shí)，混凝土就開(kāi)始出現(xiàn)大面積脫落。此時(shí)混凝土試件雖然并未出現(xiàn)明顯裂縫，但是質(zhì)量和張緊力都出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p失，已經(jīng)失去安全性保障。因此，綜合來(lái)看，使用帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接可以有效減少凍融前期混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象。但是還應(yīng)根據(jù)混凝土材料與力學(xué)性質(zhì)差異，對(duì)后期螺栓張緊力缺失問(wèn)題與節(jié)點(diǎn)材料開(kāi)裂問(wèn)題做出相應(yīng)處理。

3結(jié)語(yǔ)

（1）循環(huán)凍融條件下，鋼筋螺紋連接混凝土試件張緊力受損情況會(huì)隨著凍融次數(shù)增加而逐漸增大，并在4＼～6次循環(huán)后出現(xiàn)裂縫，影響其耐久性與安全性；

（2）采用帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接的混凝土試件相較于未帶聚氨酯橡膠套連接的試件，在循環(huán)凍融條件下，開(kāi)裂時(shí)間被大大推遲。尤其是常溫成型的帶聚氨酯橡膠鋼筋螺紋連接的混凝土試件，直到出現(xiàn)裂縫的最大循環(huán)凍融次數(shù)為150次，抗凍融性能有了顯著提升；

（3）雖然帶聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接的方式通過(guò)減少孔洞內(nèi)水分與抵消水結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹力，可以有效降低凍融前期混凝土的開(kāi)裂現(xiàn)象。但是低溫成型的混凝土試件，由于混凝土本身缺陷較多，抗凍性能較差，在凍融循環(huán)40次時(shí)，雖然沒(méi)有出現(xiàn)明顯開(kāi)裂情況，但剩余張緊力已不足 20% ，應(yīng)用于建筑工程中已無(wú)法保證安全性能。因此在低溫地區(qū)應(yīng)用聚氨酯橡膠套鋼筋螺紋連接技術(shù)時(shí)，應(yīng)與其他混凝土質(zhì)量提升技術(shù)配合，并不能直接使用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]徐惠華.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)連接技術(shù)與質(zhì)量控制研究［J].磚瓦，2024（2）：120-122.

[2]周永成，張齊齊，張寶，等.裝配式混凝土結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)連接技術(shù)與質(zhì)量控制研究［J].安徽建筑，2023，30（9） ：99-101.

[3]楊晶晶，陳繼東，李崎.汽車(chē)制造過(guò)程中的螺紋連接質(zhì)量監(jiān)控及預(yù)警[J].汽車(chē)零部件，2024，（3）：64-67.

[4］秦玉靈，李超鋒，李曉東.楔形螺紋緊固件預(yù)緊力矩設(shè)計(jì)方法研究[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2023，（3）：11-14.

[5]李佳澤，朱曉磊，陸曉峰.橫向振動(dòng)載荷下有無(wú)螺紋配合間隙對(duì)連接松脫性能的影響[J].化工機(jī)械，2024，51（2） ：242-251.

[6]謝寧.預(yù)制混凝土節(jié)段膠拼構(gòu)件接縫粘接機(jī)理及耐久性研究[J].粘接，2024，51（5）：25-28.

[7]萬(wàn)夫，于佩航，孫剛強(qiáng)，等.典型載荷下鉆具接頭螺紋強(qiáng)度分析[J].石油機(jī)械，2024，52（2）：56-64

[8]游箭峰，郟鴻韜，唐超，等.寒區(qū)混凝土構(gòu)件連接螺栓張緊力的松弛行為[J].山西建筑，2024，50（13）：6-9.

[9]：馮中立，鄧秋深，張?jiān)崎?，?擠壓和車(chē)削成型方式對(duì)螺紋連接松動(dòng)行為影響研究[J].機(jī)械，2024，51（1）：53-60.

[10]．李厚杰.混凝土梁多層鋼筋與鋼柱交錯(cuò)連接施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2023，54（22）：2694-2697.

[11］許松林.螺紋連接在橫向振動(dòng)或沖擊作用下自動(dòng)旋轉(zhuǎn)松動(dòng)的原因及防松［J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2024，40（6） ：88-96.

[12]王濤.裝配式建筑暗柱鋼筋連接變更設(shè)計(jì)淺析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2024（12）：211-213.

［13］郟鴻韜.高原地區(qū)裝配式鄉(xiāng)村住宅螺栓連接部位凍融劣化及防治[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2023.

[14]張虎.直螺紋連接技術(shù)在鋼筋工程施工中的應(yīng)用[J].居業(yè)，2023，（3）：43-45.

[15］李永波，李曙生.軟連接對(duì)螺紋緊固接頭質(zhì)量影響的研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2023，52（2）：64-67.

[16]王慶利，趙杰，彭寬.螺紋連接圓套圓中空夾層鋼管混凝土軸壓性能試驗(yàn)[J].工業(yè)建筑，2024，54（7）：13-22.

[17]唐亮，程燾，張勇波，等.預(yù)制裝配式混凝土墩柱連接研究進(jìn)展[J].工業(yè)建筑，2023，53（S1）：160-166.

[18］王永全.裝配式建筑套筒灌漿技術(shù)在房建工程施工中應(yīng)用[J].新疆有色金屬，2024，47（4）：91-92.

[19］王釗.智能建造下裝配式住宅建筑施工關(guān)鍵技術(shù)分析[J].居舍，2024（11）：86-89.

[20]宋佳峰.裝配式空心板剪力墻混凝土冬期防凍技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2023，54（12）：1429-1432.

（責(zé)任編輯：蘇帆）