灌漿飽滿度對鋼筋套筒灌漿連接接頭力學性能的影響研究

吳玉龍，顧 盛，張 軍，曹 曠

（1.昆山市建設工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 昆山 215337；2.南京工大建設工程技術有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引言

鋼筋套筒灌漿連接是目前裝配式混凝土結構采用的主要連接方式，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插入的受力鋼筋進行連接。由于鋼筋套筒灌漿連接構造復雜又屬于隱蔽工程，灌漿質(zhì)量控制難度較大［1］。

德國、日本等發(fā)達國家依靠工人系統(tǒng)培訓、先進工藝和科學管理來保證施工質(zhì)量，國內(nèi)由于發(fā)展時間較短、預制構件制作精度欠佳、現(xiàn)場人員培訓不足、監(jiān)管缺位等原因頻發(fā)灌漿質(zhì)量問題。灌漿質(zhì)量問題直接導致裝配式混凝土結構連接節(jié)點的受力鋼筋無法有效連接，嚴重影響結構安全［2-3］。

因此，鋼筋套筒灌漿連接的灌漿飽滿度檢測及內(nèi)部缺陷的評級尤為重要。針對鋼筋套筒灌漿連接的灌漿飽滿度檢測，課題組研發(fā)的內(nèi)窺鏡法、x 射線法，經(jīng)過大量實驗室和工程現(xiàn)場驗證［4］，可在實際工程中推廣應用。為了便于對套筒灌漿質(zhì)量進行評估以及為后期整治提供依據(jù)，課題組針對工程上常用的不同型號套筒，研究了不同灌漿飽滿度對連接接頭力學性能以及變形性能的影響。

1 試驗設計

1.1 材料參數(shù)

1.1.1 鋼筋的力學性能參數(shù)

試驗采用 HRB400E 熱軋帶肋鋼筋，包括 14 mm，25 mm 兩種直徑，實測鋼筋力學性能參數(shù)如表 1 所示。

表1 鋼筋力學性能參數(shù)

1.1.2 灌漿套筒技術參數(shù)

試驗所用套筒為思達建茂牌半灌漿套筒，由優(yōu)質(zhì)碳素鋼加工而成，性能滿足 JG/T 398－2012《鋼筋連接用灌漿套筒》［5］要求，技術參數(shù)如表 2 所示。

表2 半灌漿套筒技術參數(shù) mm

1.1.3 灌漿料性能參數(shù)

試驗采用與套筒相配套的灌漿料，拌合時水與灌漿料的質(zhì)量比為 0.12，灌漿料各項性能如表 3 所示，均滿足 JG/T 408－2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》［6］要求。

表3 灌漿料性能參數(shù)

1.2 灌漿飽滿度精確控制方法及試件制作

根據(jù)預設灌漿飽滿度換算確定半灌漿套筒內(nèi)部的灌漿飽滿區(qū)，套筒內(nèi)的其余區(qū)域為灌漿缺陷區(qū)。封堵套筒的出漿口和灌漿口，并使用泡沫板顆粒對灌漿缺陷區(qū)進行填充，如圖 1（a）所示。當保溫板的表面靠近灌漿飽滿區(qū)時，換用工業(yè)橡皮泥繼續(xù)填充并將其搗實平整，期間使用鋼尺精確控制橡皮泥表面高度，直至橡皮泥表面高度與灌漿缺陷區(qū)高度齊平，如圖 1（b）所示。清理灌漿飽滿區(qū)的套筒內(nèi)壁，完成后將套筒倒置固定在木質(zhì)支撐架上，插入灌漿端連接鋼筋，對灌漿飽滿區(qū)高度進行復核，如圖 1（c）所示。使用灌漿槍緩慢灌漿，待灌漿料凝固后制作完成，如圖 1（d）所示。灌漿 3 d 后將接頭試件從固定支架上取下，然后自然養(yǎng)護到 28 d 進行試驗［7］。

語言作為一種重要的非物質(zhì)文化要素，是推動歷史發(fā)展和社會進步的重要力量，是文化得以發(fā)生、發(fā)展、傳遞的根本保證，因此應該把開發(fā)和運用方言所承載的優(yōu)秀文化視為當前語言文字工作中的重點。在語言可持續(xù)發(fā)展道路上，要突出方言文化多元豐富的特色，要依靠新技術、新媒體進行創(chuàng)新傳播，最大程度地激發(fā)大眾的自我需求和文化認同，真正做到在新媒體環(huán)境下保護、傳播和傳承優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。

圖1 精確控制灌漿飽滿度的試件制作

1.3 試驗內(nèi)容和方法

制作不同灌漿飽滿度、不同型號的半灌漿套筒連接接頭試件，參照 JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規(guī)程》［8］進行接頭試件的對中單向拉伸、偏置單向拉伸、高應力反復拉壓以及大變形反復拉壓等四項試驗，研究灌漿飽滿度對鋼筋套筒灌漿連接接頭強度性能以及變形性能的影響［9］。

1.3.1 對中單項拉伸及偏置單項拉伸試驗

半灌漿套筒連接接頭試件對中單向拉伸及偏置單向拉伸試驗所用儀器為 500 kN 電液壓伺服萬能材料試驗機，如圖 2 所示。

試驗內(nèi)容包括屈服強度、抗拉強度以及破壞模式，各試件具體的試驗結果如表 4、表 5 所示。

圖2 單向拉伸試驗

表4 鋼筋對中單向拉伸試驗結果

注：BC 代表灌漿端鋼筋拔出破壞、LD 代表灌漿端鋼筋拉斷破壞、HS 代表螺紋端鋼筋滑絲破壞，下文參照此標注。

表5 鋼筋偏置單向拉伸試驗結果

由表 4、表 5 可知，試驗中接頭試件出現(xiàn)了三種破壞模式，如圖 3 所示，分別為：灌漿端鋼筋拔出破壞（表中BC 表示）、灌漿端鋼筋拉斷破壞（表中 LD 表示）、螺紋端鋼筋滑絲破壞（表中 HS 表示）。

圖3 接頭試件破壞模式

根據(jù) JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規(guī)程》，進行套筒灌漿連接接頭試件單向拉伸及偏置單向拉伸試驗時，滿足套筒灌漿連接接頭試件強度應符合表 6 的規(guī)定。

表6 套筒灌漿連接接頭單向拉伸強度

對于 GT 14 接頭，當灌漿飽滿度達到 65 %，所有接頭均發(fā)生灌漿端連接鋼筋拉斷破壞，且接頭屈服強度和抗拉強度均合格，滿足標準要求。對于 GT 25 接頭，當灌漿飽滿度達到 70 %，接頭發(fā)生灌漿端連接鋼筋拉斷破壞或灌漿端連接鋼筋拔出破壞，但是所有接頭破壞時抗拉強度均＞ 630 MPa，由此可以推斷接頭在抗拉強度達到 621 MPa，即 1.15 倍連接鋼筋抗拉強度標準值時，仍未發(fā)生破壞，其屈服強度和抗拉強度均合格，滿足標準要求。

對于 GT 14 鋼筋偏置接頭，當灌漿飽滿度達到 80 %，所有接頭均發(fā)生灌漿端連接鋼筋拉斷破壞，且接頭屈服強度和抗拉強度均合格，滿足標準要求。對于 GT 25鋼筋偏置接頭，當接頭灌漿飽滿度達到 80 %，接頭發(fā)生灌漿端連接鋼筋拉斷破壞或灌漿端連接鋼筋拔出破壞，但是所有接頭破壞時抗拉強度均＞ 621 MPa，由此可以推斷接頭在抗拉強度達到 621 MPa，即 1.15 倍連接鋼筋抗拉強度標準值時，仍未發(fā)生破壞，其屈服強度和抗拉強度均合格，滿足標準要求。

1.3.2 高應力反復拉壓試驗

高應力反復拉壓接頭試件在反復拉壓試驗機上進行加載，如圖 4 所示。

圖4 高應力反復拉壓試驗

套筒灌漿連接接頭試件高應力反復拉壓試驗內(nèi)容包括反復拉壓 20 次后的殘余變形、屈服強度、抗拉強度以及破壞模式，各試件具體的試驗結果如表 7 所示。

表7 高應力反復拉壓試驗結果

根據(jù) JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規(guī)程》，進行套筒灌漿連接接頭試件高應力反復拉壓試驗時，合格套筒灌漿連接接頭試件強度應符合表 8 的規(guī)定。

表8 高應力反復拉壓試驗接頭性能要求

對于 GT 14 接頭，當灌漿飽滿度達到 70 %，高應力反復拉壓 20 次后殘余變形均＜ 0.20 mm，接頭發(fā)生灌漿端連接鋼筋拉斷破壞或灌漿端連接鋼筋拔出破壞，但是所有接頭破壞時抗拉強度均＞ 624 MPa，由此可以推斷接頭在抗拉強度達到 621 MPa，即 1.15 倍連接鋼筋抗拉強度標準值時，仍未發(fā)生破壞，其屈服強度、抗拉強度和殘余變形量均合格，滿足標準要求。對于 GT 25 接頭，當接頭灌漿飽滿度達到 70 % 時，試驗后殘余變形量均≤ 0.30 mm，接頭發(fā)生灌漿端連接鋼筋拉斷破壞或灌漿端連接鋼筋拔出破壞，但是所有接頭破壞時抗拉強度均＞ 628 MPa，由此可以推斷接頭在抗拉強度達到 621 MPa，即 1.15 倍連接鋼筋抗拉強度標準值時，仍未發(fā)生破壞，其屈服強度、抗拉強度和殘余變形量均合格，滿足標準要求。

1.3.3 大變形反復拉壓試驗

大變形反復拉壓接頭試件在反復拉壓試驗機上進行加載，如圖 5 所示。

圖5 大變形反復拉壓試驗

套筒灌漿連接接頭試件大變形反復拉壓試驗內(nèi)容包括反復拉壓 4 次后的殘余變形、反復拉壓 8 次后的殘余變形、屈服強度、抗拉強度以及破壞模式，各試件具體的試驗結果如表 9 所示。

表9 大變形反復拉壓試驗結果

根據(jù) JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規(guī)程》，進行套筒灌漿連接接頭試件大變形反復拉壓試驗時，合格套筒灌漿連接接頭試件強度應符合表 10 的規(guī)定。

表10 大變形反復拉壓試驗接頭性能要求

對于 GT 14 接頭，當灌漿飽滿度達到 70 %，大變形反復拉壓 4 次后的殘余變形均＜ 0.25 mm，大變形反復拉壓 8 次后的殘余變形均＜ 0.50 mm，接頭均發(fā)生灌漿端連接鋼筋拉斷破壞，破壞時抗拉強度均＞617 MPa，其屈服強度、抗拉強度和殘余變形量均合格，滿足標準要求。對于 GT 25 接頭，當接頭灌漿飽滿度達到 70 %，大變形反復拉壓 4 次后殘余變形均＜ 0.25 mm，大變形反復拉壓8次后的殘余變形＜ 0.55 mm，接頭發(fā)生灌漿端連接鋼筋拉斷破壞或灌漿端連接鋼筋拔出破壞，但是所有接頭破壞時抗拉強度均＞ 628 MPa，由此可以推斷接頭在抗拉強度達到621 MPa，即 1.15 倍連接鋼筋抗拉強度標準值時，仍未發(fā)生破壞，其屈服強度、抗拉強度和殘余變形量均合格，滿足標準要求。

2 結論

1）采用套筒灌漿連接時，套筒灌漿飽滿度是影響連接接頭力學性能的關鍵因素。

2）對 GT 14 和 GT 25 兩種鋼筋直徑的套筒灌漿連接接頭，當灌漿飽滿度到達 70 % 時，其接頭的對中單向拉伸強度、反復拉壓后的變形性能和極限抗拉強度能滿足標準要求。

2）對 GT 14 和 GT 25 兩種鋼筋直徑的套筒灌漿連接接頭，套筒內(nèi)連接鋼筋的偏位會使套筒灌漿連接接頭的力學性能略有降低，當灌漿飽滿度到達 80 % 時，其接頭的單向拉伸強度才能滿足標準要求。