灌漿料強度對灌漿套筒連接接頭力學(xué)性能影響分析

朱文運，趙建華，楊 放，相秋迪

（1.江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技發(fā)展中心，江蘇 南京 210000；2.南京市建筑工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，江蘇 南京 210017；3.南京工大建設(shè)工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210002；4.江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 南京 210033）

0 引言

套筒灌漿連接是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的主要連接形式，工程中常常會出現(xiàn)灌漿料實際強度與理論強度的差異，本文通過對預(yù)先設(shè)定不同灌漿料強度的鋼筋套筒灌漿連接接頭進行力學(xué)性能測試，期望能得到滿足接頭力學(xué)要求所需灌漿料強度的限值，為工程質(zhì)量處理提供依據(jù)。

1 研究背景

鋼筋套筒灌漿連接是利用內(nèi)部帶有剪力槽的套筒和注入高強度無收縮灌漿料將受力鋼筋進行連接，因此，連接鋼筋作為主要的載體，發(fā)揮傳遞各預(yù)制構(gòu)件荷載的作用，有效錨固長度取決于套筒內(nèi)部灌漿飽滿度及連接鋼筋插入深度，其中錨固長度與灌漿飽滿度直接影響套筒接頭質(zhì)量及傳力性能。而作為荷載傳遞介質(zhì)的灌漿料，影響了裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和抗震性。

2 研究內(nèi)容

為研究灌漿料強度對灌漿套筒連接接頭力學(xué)性能的影響，采用五種不同強度等級（C40，C50，C60，C70，C80）的灌漿料制作鋼筋套筒灌漿連接件（所有接頭均滿灌，并嚴(yán)格控制鋼筋錨固長度達到 8 d）及相應(yīng)的灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試塊，在規(guī)定齡期下，分別對鋼筋套筒灌漿連接件和灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試塊進行單向拉伸試驗和抗壓試驗，分析確定灌漿料抗壓強度與灌漿接頭抗拉強度的關(guān)系。

2.1 試驗設(shè)計

2.1.1 相關(guān)材料的技術(shù)及性能參數(shù)

1）鋼筋的力學(xué)性能參數(shù)。

試驗采用 HRB400 鋼筋，包括 14、16、20 mm 三種直徑，鋼筋力學(xué)性能參數(shù)如表 1 所示。

表1 鋼筋力學(xué)性能參數(shù)

2）灌漿套筒技術(shù)參數(shù)。

試驗采用思達建茂半灌漿套筒，由鋼質(zhì)機械加工而成，材料性能滿足 JG/T 398－2012《鋼筋連接用灌漿套筒》要求。選擇了 3 種常用型號的灌漿套筒，基本尺寸如表 2 所示。

表2 灌漿套筒尺寸 mm

3）灌漿料性能參數(shù)。

試驗采用某品牌灌漿料廠家特殊配制的五種不同強度等級的灌漿料，設(shè)計強度分別為 40、50、60、70、80 MPa，拌合時水與灌漿料的質(zhì)量比為 0.12。本試驗所用灌漿料除抗壓強度以外其余各項性能均滿足 JG/T 408－2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》要求。

為確保接頭試件試驗時的灌漿料強度在設(shè)計強度值的 ±3 MPa 以內(nèi)，根據(jù)強度增長曲線預(yù)測試壓同條件試塊的強度，并在預(yù)估時間點前提前一定時間試壓試塊。試件拉伸前灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試塊測試結(jié)果如表 3 所示。

表3 灌漿料強度測試結(jié)果

2.1.2 試件制作

在確保套筒灌漿飽滿且下段鋼筋的錨固長度為 8 d的前提下，本次試驗制作了一批灌漿料強度等級不同、套筒規(guī)格尺寸不同的鋼筋套筒灌漿連接件。試件制作數(shù)量如表 4。

表4 試件制作一覽表

2.1.3 試驗方法

試驗方法符合 JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的要求。采用 500 kN 電液伺服萬能材料試驗機進行加載。加載制度為從零到破壞的一次加載，加載速率為 2～10 MPa/s。測試內(nèi)容包括屈服強服、抗拉強度以及破壞形態(tài)。

2.2 試驗結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定：對于鋼筋套筒灌漿連接強度的試驗結(jié)果分析如下。

1）套筒灌漿接頭的抗拉強度≥連接鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值 540 MPa，且發(fā)生破壞時，接頭外鋼筋斷裂；

2）鋼筋套筒連接接頭的屈服強度≥連接筋屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值 400 MPa（抗拉強度和屈服強度標(biāo)準(zhǔn)值為本試驗所用鋼筋標(biāo)準(zhǔn)值）；在連接接頭單向拉伸壓試驗中，當(dāng)接頭拉力達到連接筋抗拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值的 1.15 倍（即 621 MPa）而未發(fā)生破壞，可停止試驗，表示抗拉強度合格。試驗結(jié)果如表 5 所示。

表5 單向拉伸結(jié)果

從 GT 14 和 GT 20 兩 種規(guī)格的套筒灌漿連接件中每種強度等級挑選一組對其破壞形態(tài)進行展示，如圖 1 所示。試驗中出現(xiàn)的 3 種破壞形態(tài)詳圖如圖 2 所示。

圖1 套筒灌漿連接件破壞形態(tài)展示

圖2 破壞形態(tài)詳圖

由表 5 可見，對于 GT14 接頭，當(dāng)套筒內(nèi)灌注的灌漿料強度不小于40MPa時，其接頭試件的屈服強度和抗拉強度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。對于 GT16 接頭，當(dāng)套筒內(nèi)灌注的灌漿料強度為 40 MPa 時，此時接頭試件的屈服強度滿足要求，但 3 個接頭試件均為鋼筋拔出且抗拉強度小于 621 MPa（1.15倍鋼筋抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值），因此判定改組試件抗拉強度不合格；當(dāng)套筒內(nèi)灌注的灌漿料強度不小于 50 MPa 時，其接頭試件的屈服強度和抗拉強度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。對于 GT20 接頭，當(dāng)套筒內(nèi)灌注的灌漿料強度不大于 60 MPa時，此時接頭試件的屈服強度滿足要求，但鋼筋均被拔出且抗拉強度小于 621 MPa，因此當(dāng)灌漿料強度不大于 60 MPa 時，其接頭試件力學(xué)性能不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求［1］；當(dāng)套筒內(nèi)灌注的灌漿料強度不小于 70 MPa 時，接頭試件屈服強度和抗拉強度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖3 套筒拉斷形態(tài)

另外，需特別說明的是，對于 GT20-60 MPa 中的 3 號試件，套筒被拉斷。圖 3 展示了套筒拉斷形態(tài)。由圖 3 可見，套筒斷裂處位于出漿口處，即上下兩段鋼筋之間。導(dǎo)致套筒先于鋼筋被拉斷的原因有兩點，一方面，連接鋼筋強度高，另一方面，從套筒斷面可見，套筒兩側(cè)壁厚差異較大。

3 結(jié)論

本文試驗結(jié)論主要如下。

1）采用套筒灌漿連接時，灌漿料強度是影響連接接頭力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。

2）針對本次實驗，在設(shè)定套筒內(nèi)鋼筋有效錨固長度為 8 d 的前提下，套筒規(guī)格尺寸越大，所需灌漿料強度也越高。

3）對于 GT 14 接頭，當(dāng)套筒內(nèi)灌漿料強度不小于 40 MPa 時滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4）對于 GT 16 接頭，當(dāng)套筒內(nèi)灌漿料強度不小于 50 MPa 時其接頭力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

5）對于 GT 20 接頭，當(dāng)套筒內(nèi)灌漿料強度不小于70 MPa 時才能確保套筒灌漿連接的可靠性。

通過試驗研究可知：在三種規(guī)格的套筒中灌漿料強度不滿足設(shè)計強度等級但滿足以上試驗結(jié)論中的強度時，接頭的力學(xué)性能能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，可不進行質(zhì)量處理。本研究成果為裝配式建筑節(jié)點現(xiàn)場施工的質(zhì)量控制提供了一個途徑，為套筒灌漿質(zhì)量問題處理提供參考。