灌漿套筒接頭試驗(yàn)的分析與總結(jié)

儲鵬宇 上海能輝科技股份有限公司，上海 200335

1 引言

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)采用與鋼結(jié)構(gòu)類似的辦法，預(yù)先將混凝土梁、板、柱等構(gòu)件在工廠加工完畢，運(yùn)至施工現(xiàn)場拼裝，由于預(yù)制裝配式建筑可以大大縮短工期，節(jié)省施工現(xiàn)場的管理成本，使其備受推崇，尤其是政府的大力倡導(dǎo)，國內(nèi)的預(yù)制裝配式建筑技術(shù)迅速推廣，成為眼下最為流行的建筑形式。

2 灌漿套筒的作用和基本組成

預(yù)制裝配式建筑將預(yù)先制作完成的構(gòu)件在現(xiàn)場組裝一體，盡管梁、板和柱的節(jié)點(diǎn)都會采用混凝土現(xiàn)澆，仍然會有人對其抗震性能產(chǎn)生懷疑和擔(dān)憂。如何使豎向構(gòu)件保持連續(xù)，讓整個建筑物在地震來臨時具有良好的整體性，成為預(yù)制裝配式技術(shù)的關(guān)鍵。豎向構(gòu)件中縱向鋼筋的連續(xù)性對于保證力的傳遞以及整體性發(fā)揮著重要作用，對于預(yù)制裝配式構(gòu)件而言，無法采用傳統(tǒng)的綁扎、機(jī)械連接方式實(shí)現(xiàn)鋼筋的連接，迫切需要一種套筒續(xù)接器來完成構(gòu)件的對接，灌漿套筒應(yīng)運(yùn)而生。

灌漿套筒根據(jù)連接方式的不同可分為：全灌漿套筒、半灌漿套筒；根據(jù)鑄造材料的不同可分為球墨鑄鐵套筒、合金鋼套筒。根據(jù)目前預(yù)制裝配式建筑中灌漿套筒應(yīng)用的特點(diǎn)，本文主要根據(jù)球墨鑄鐵全灌漿套筒的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)。

全灌漿套筒主要分為兩部分，即預(yù)制連接端和現(xiàn)場澆灌端。預(yù)制連接端主要在工廠將鋼筋穩(wěn)固插入套筒，然后連同預(yù)制構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場，將另外需要拼接一體的豎向構(gòu)件的縱向鋼筋插入現(xiàn)場澆灌端，固定就位后，進(jìn)行灌漿養(yǎng)護(hù)，待鋼筋、灌漿料和套筒凝結(jié)成為一體，協(xié)同受力保證豎向構(gòu)件傳力的連續(xù)性，發(fā)揮承重構(gòu)件的抗震性能。

3 灌漿套筒試驗(yàn)內(nèi)容和依據(jù)

3.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

同種規(guī)格的套筒，高性能灌漿料，滿足強(qiáng)度要求的鋼筋，標(biāo)準(zhǔn)試塊。

用于試驗(yàn)的接頭有12支，3支偏心單拉試驗(yàn)、3支居中單拉試驗(yàn)、3支高應(yīng)力反復(fù)拉壓試驗(yàn)、3支大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)成功的判斷依據(jù)

3.2.1 灌漿料的抗壓強(qiáng)度

灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試塊在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28天的抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于85MPa。

3.2.2 鋼筋的抗壓強(qiáng)度、殘余變形和伸長率

（以Ⅰ級接頭、HRB400鋼筋為例）

（1）強(qiáng)度

屈服強(qiáng)度：要求不小于400MPa；

抗拉強(qiáng)度：破壞斷于鋼筋，不小于540MPa；破壞斷于接頭，不小于1.1×540=594MPa。

（2）殘余變形

居中單向拉伸試驗(yàn)：當(dāng)鋼筋直徑d＞32mm，殘余變形不超過0.14mm；當(dāng)鋼筋直徑d≦32，不超過0.1mm。

高應(yīng)力反復(fù)拉壓試驗(yàn)：反復(fù)拉壓20次u20≦0.3mm。

大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)：反復(fù)拉壓4次u4≦0.3mm；反復(fù)拉壓8次u8≦0.6mm。

（3）總伸長率

居中單向拉伸試驗(yàn)：最大力作用下，不小于6%。

4 全灌漿套筒試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 試驗(yàn)成功案例

選用一組鋼筋直徑D=28的全灌漿套筒進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果：12支套筒全部斷于鋼筋，強(qiáng)度、殘余變形和伸長率均滿足要求，試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)詳見表4.1～4.6。

圖4 .1 鋼筋直徑D=28套筒接頭試驗(yàn)

表4 .1 試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，試塊抗壓強(qiáng)度平均值：96.7MPa＞85MPa，滿足要求。

編號 a b c抗拉強(qiáng)度/MPa 605 615 600屈服強(qiáng)度/MPa 435 445 440

表4 .2 鋼筋母材強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表中數(shù)據(jù)可知：鋼筋抗拉強(qiáng)度均大于540MPa、屈服強(qiáng)度均大于400MPa，滿足要求。

表4 .3 居中單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果

由表中數(shù)據(jù)可知：鋼筋抗拉強(qiáng)度均大于540MPa、屈服強(qiáng)度均大于400MPa，滿足要求。

編號 4 5 6抗拉強(qiáng)度/MPa 610 610 605屈服強(qiáng)度/MPa 445 440 450殘余變形/mm 0.056 0.048 0.039最大力下總伸長率/% 8.46 7.98 7.76

表4 .4 偏心單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果

由表中數(shù)據(jù)可知：鋼筋抗拉強(qiáng)度均大于540MPa、屈服強(qiáng)度均大于400；殘余變形平均值：0.048mm＜0.1mm；總伸長率平均值：8.07%＞6%，滿足要求。

表4 .5 高應(yīng)力反復(fù)拉壓試驗(yàn)結(jié)果

由表中數(shù)據(jù)可知：鋼筋抗拉強(qiáng)度均大于540MPa；殘余變形平均值：0.124mm＜0.3mm，滿足要求。

表4 .6 大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)結(jié)果

由表中數(shù)據(jù)可知：鋼筋抗拉強(qiáng)度均大于540MPa；反復(fù)拉壓4次殘余變形平均值：0.067mm＜0.3mm；反復(fù)拉壓8次殘余變形平均值：0.13mm＜0.6mm滿足要求。

4.2 試驗(yàn)失敗案例

4.2.1 鋼筋外露長度過長

圖4 .2 鋼筋扭曲變形

試驗(yàn)中，一支套筒進(jìn)行大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)時，鋼筋變形過大試驗(yàn)終止失敗。

鋼筋插入套筒深度不宜小于8倍鋼筋公稱直徑，且留有20mm左右調(diào)整誤差，鋼筋露出套筒長度一般在200mm左右，如果鋼筋過長，在大變形反復(fù)拉壓作用下鋼筋未達(dá)到強(qiáng)度要求就因失穩(wěn)變形導(dǎo)致試驗(yàn)無法繼續(xù)進(jìn)行，試驗(yàn)失敗。

應(yīng)對措施：鋼筋長度尺寸適中，不應(yīng)過長，根據(jù)大變形反復(fù)拉壓試驗(yàn)測點(diǎn)位置選擇匹配的鋼筋長度。

4.2.2 鋼筋斷于接頭強(qiáng)度不足

圖4 .3 鋼筋斷于接頭

試驗(yàn)中，一支套筒破壞時斷于套筒內(nèi)接頭。

根據(jù)規(guī)范要求，鋼筋斷于接頭時，強(qiáng)度要不小于1.1×540=594MPa，而實(shí)測強(qiáng)度535MPa，不滿足要求，試驗(yàn)失敗。

應(yīng)對措施：選擇鋼筋時，兩端鋼筋盡量采用同一批號，強(qiáng)度均勻，灌漿時注漿均勻，使其受力均衡，在高強(qiáng)度拉力作用下受力薄弱部位不會出現(xiàn)在套筒內(nèi)部。

4.2.3 灌漿接頭養(yǎng)護(hù)條件不滿足要求

圖4 .4 鋼筋與灌漿料拉脫

試驗(yàn)中，一支套筒拉伸過程中鋼筋拉脫，灌漿料開裂。

原因：套筒灌漿后置于露天環(huán)境中，天氣寒冷、氣溫干燥，未采取有效的養(yǎng)護(hù)措施，導(dǎo)致灌漿料失水過快，干縮開裂，鋼筋的粘結(jié)力大大降低，導(dǎo)致鋼筋被拉脫。

應(yīng)對措施：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件的要求，套筒灌漿完成后應(yīng)放入相對濕度在95%以上、溫度在20攝氏度左右的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。通過對此次試驗(yàn)的總結(jié)，后續(xù)試驗(yàn)均進(jìn)行了標(biāo)間養(yǎng)護(hù)，試驗(yàn)成功率大大提高。

4.2.4 套筒本身的構(gòu)造缺陷

試驗(yàn)中，一支套筒未達(dá)到抗拉強(qiáng)度，套筒中部直接斷為兩段。

原因：球墨鑄鐵套筒，因其鑄造工藝和過程的差異造成套筒本身的球化率、硬度等指標(biāo)有所差別，這也就會出現(xiàn)同一批號的套筒抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率試驗(yàn)結(jié)果有所不同，同一個套筒的不同部位的不均勻性也會出現(xiàn)在套筒薄弱部位，受拉時應(yīng)力集中先發(fā)生破壞。

圖4 .5 套筒筒身拉斷

應(yīng)對措施：提高斷裂部位套筒壁厚，增大套筒環(huán)肋倒圓角半徑，減少應(yīng)力集中。

5 結(jié)語

基于灌漿套筒接頭反復(fù)試驗(yàn)所積累的經(jīng)驗(yàn)，并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比分析，在失敗中總結(jié)教訓(xùn)，不斷改進(jìn)套筒本身的構(gòu)造特點(diǎn)，優(yōu)化工藝流程、提高灌漿操作的規(guī)范程度，試驗(yàn)取得了一定進(jìn)展?，F(xiàn)對灌漿套筒試驗(yàn)要點(diǎn)總結(jié)歸納如下：

（1）鋼筋、套筒的強(qiáng)度要滿足要求，出廠前要進(jìn)行檢測。

（2）灌漿結(jié)束后，實(shí)時測量養(yǎng)護(hù)的溫度和濕度并符合要求。

（3）灌漿過程中，注漿要均勻，灌漿密實(shí)，澆筑完成要檢查。

（4）套筒外露鋼筋長度要適中，不宜過長。