裝配式混凝土結(jié)構(gòu)套筒灌漿新方法改進(jìn)研究＊

宋雙陽 ，李曉鵬 ，樓 昕

（1.山東省建筑科學(xué)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250031；2.山東建科特種建筑工程技術(shù)中心有限公司，山東 濟(jì)南 250031；3.山東省建筑工程質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心有限公司，山東 濟(jì)南 250031）

0 引言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)套筒灌漿連接技術(shù)是我國裝配式建筑重要的施工技術(shù)之一，為此，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部組織相關(guān)單位編制了JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，該標(biāo)準(zhǔn)目前正在修訂中。該標(biāo)準(zhǔn)中泌水率指標(biāo)為0，是依據(jù)JG/T 408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》的指標(biāo)制定的；最新的替代標(biāo)準(zhǔn)JG/T 408—2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》中常溫型和低溫型灌漿料的泌水率為0。最早的標(biāo)準(zhǔn)JC/T 986—2005《水泥基灌漿材料》中泌水率性能要求為≤1%。本文作者推測，泌水率指標(biāo)為0的要求是根據(jù)傳統(tǒng)的套筒灌漿施工工藝在無持續(xù)保壓情況下制定，以減少接縫灌漿層結(jié)合面和套筒內(nèi)壁的孔洞（灌漿料拌合物凝結(jié)后，水分被再次吸收留下的空間）。

筆者在2019年申報了裝配式建筑鋼筋套筒智能化灌漿技術(shù)研究課題，被列為山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳2019年科技計劃項(xiàng)目，項(xiàng)目類別為技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目-新型裝配式建筑技術(shù)，編號為2019-K9-11。該課題提出了1種新的套筒灌漿施工工藝（微壓充漿），可將每個套筒全部灌滿漿料。該課題中間成果已在山東濟(jì)南多個工程上進(jìn)行轉(zhuǎn)化。該灌漿工藝已經(jīng)和豎向預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行結(jié)合，使新工藝更有成效。

在微壓充漿工藝的基礎(chǔ)上，研究提出了1種新改進(jìn)方法。

1 傳統(tǒng)認(rèn)識

GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》提到“宜灑水濕潤”，JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》未規(guī)定是否應(yīng)提前注水。國內(nèi)較統(tǒng)一的不成文意見是不應(yīng)提前注水，以免改變灌漿料的水灰比，降低灌漿料的最終強(qiáng)度。

傳統(tǒng)認(rèn)為灌漿料拌合物泌水是禍害，灌漿料拌合物凝固后水分消失會形成孔洞，對預(yù)制構(gòu)件結(jié)合面質(zhì)量造成不利影響。筆者在以前多個工程套筒灌漿飽滿度檢查過程中，在出漿口位置也發(fā)現(xiàn)了灌漿料泌水留下孔洞現(xiàn)象；在個別的豎向墻板結(jié)合面處，也發(fā)現(xiàn)有水分消失后留下的孔洞。

正常豎向預(yù)制混凝土構(gòu)件底部都需要做粗糙面，粗糙度不小于6mm，而粗糙面干燥會吸水。如今，施工規(guī)范未要求潤濕預(yù)制構(gòu)件粗糙面，造成結(jié)合面處灌漿料拌合物失水，水泥水化不完全，結(jié)合面處灌漿料強(qiáng)度質(zhì)量沒有保障。從側(cè)面反映，灌漿料拌合物泌水對干燥的豎向預(yù)制構(gòu)件底部結(jié)合面具有好處。

2 微壓充漿工藝簡述

2.1 基本原理

流體的特性為只要有切應(yīng)力作用在流體上，不論切應(yīng)力的大小，都能使流體發(fā)生連續(xù)變形，致使流體流動。流動性較好的灌漿料拌合物可看作為擬塑性流體，符合流體靜力學(xué)原理。

灌漿器、連通腔和補(bǔ)漿器形成連通器，在靜力平衡時，補(bǔ)漿器和灌漿器液面高度一致；構(gòu)件的出漿口有透氣透水不透漿的專用封堵塞，接縫灌漿層側(cè)面封倉處有透氣透水不透漿微小孔隙，補(bǔ)漿器、出漿口、側(cè)面封倉料和連通腔形成1個濾氣濾水的模壓系統(tǒng)。模壓系統(tǒng)內(nèi)的壓力可加速將氣體和水通過封堵塞和側(cè)面封倉處排出，補(bǔ)漿器內(nèi)灌漿料不斷下降補(bǔ)充，套筒和接縫灌漿層內(nèi)灌漿料形成密實(shí)漿體。

補(bǔ)漿器高度可隨意調(diào)整，即連通腔內(nèi)壓力可調(diào)。一般情況下，補(bǔ)漿器高度定為1m，接縫灌漿層內(nèi)的壓強(qiáng)p=0.021 7pa。

以200mm厚剪力墻為例，灌漿層截面推力為：200×20×0.02=80N≈8kg。

在灌漿料失去流動度前，接縫灌漿層每個截面上都有8kg的推力。

2.2 工藝技術(shù)流程

微壓充漿工藝技術(shù)流程：測量放線→鋼筋調(diào)直→基層清理→灑水潤濕→設(shè)置標(biāo)高控制墊片→墻板安裝→設(shè)置斜支撐→調(diào)節(jié)水平位置→調(diào)節(jié)垂直度→封倉及預(yù)埋灌漿嘴和補(bǔ)漿器→養(yǎng)護(hù)封倉料→封堵灌漿孔和出漿孔→安裝灌漿器→灌漿。

微壓充漿工藝器具包括灌漿器、灌漿嘴、補(bǔ)漿器和專用封堵塞（專用塞子只出氣和水，不出漿）。微壓充漿工藝采用在接縫灌漿層進(jìn)行充漿、補(bǔ)漿、監(jiān)測三位一體的方式，提前封住灌漿孔和出漿孔；灌漿器內(nèi)灌漿料靠自重流入灌漿層連通腔及套筒內(nèi)；若灌漿層內(nèi)氣體排出，套筒灌漿料回落，灌漿器內(nèi)灌漿料將自動進(jìn)行補(bǔ)漿，直至灌漿料失去流動性。微壓充漿法需要在封倉時將灌漿嘴預(yù)埋入灌漿層內(nèi)，灌漿時不需要專用的灌漿設(shè)備，只需1名普通工人將灌漿器接入灌漿嘴即可。如果采用配套的專用封倉料，正常情況下60min后即可灌漿而不漏漿；若采用熱水拌和專用封倉料，20min后即可灌漿而不會漏漿；若采用專用封堵模板封堵接縫灌漿層，可立即進(jìn)行灌漿施工。

微壓充漿法灌漿套筒飽滿度檢查：灌漿料失去流動度前可隨時拔出出漿口封堵塞進(jìn)行直觀檢查，若有灌漿料不斷涌出，同時監(jiān)測器內(nèi)灌漿料液面下降，證明套筒內(nèi)灌漿料是飽滿的；灌漿料失去流動度后任意時間內(nèi)可通過出漿口位置鉆孔到套筒內(nèi)部，采用內(nèi)窺鏡檢查。

3 注水試驗(yàn)

眾所周知，干燥的混凝土表面會吸收大量的水分，灌漿料失水后極易失去流動性，不但不能充分水化，還給灌漿帶來困難。

筆者認(rèn)為，采用微壓充漿工藝，可以先灌一部分水，水位接近套筒注漿口；一定時間后，將水在灌漿層底部全部放出。即使有剩余的水，也會因比重不同，在灌漿層側(cè)面、套筒注漿口和出漿口滲出（灌漿層側(cè)面特殊處理，注漿口和出漿口塞專用塞子），在出漿嘴處也會流出一部分。灌漿料泌水時，由于灌漿層內(nèi)部的壓力場，灌漿料會持續(xù)補(bǔ)充粗糙面吸水留下的空間；壓力場協(xié)調(diào)結(jié)合面各處，不留一點(diǎn)兒余地，這樣就會明顯改善接縫灌漿層結(jié)合面處的質(zhì)量。

筆者針對注水后灌漿料拌合物與水是否混合進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和工程現(xiàn)場試驗(yàn)。

3.1 模擬試驗(yàn)

用1根3m長鋼絲塑料管模擬灌漿層，從鋼絲塑料管一端灌入一滿杯清水，然后灌入正常配比的灌漿料。由于比重不同，鋼絲塑料管內(nèi)的水基本流入杯內(nèi)。最后流入的極少部分水渾濁，是由于混入了少量的水泥。

用礦泉水瓶裝填灌漿料模擬接縫灌漿層內(nèi)灌漿料反應(yīng)情況。先裝入灌漿料，再倒入清水，然后密封，記上時間，觀察反應(yīng)情況。觀察發(fā)現(xiàn)，由于比重不同，清水與灌漿料不混合，界限分明。隨著時間延長，水位下降一點(diǎn)，證明有部分水再次與灌漿料反應(yīng)。

用鋼絲塑料管裝填灌漿料模擬灌漿層內(nèi)灌漿料反應(yīng)情況。先裝入灌漿料，然后密封，記錄時間，觀察反應(yīng)情況。觀察發(fā)現(xiàn)，由于此灌漿料泌水，反應(yīng)初期，水集中在灌漿料上部；隨著反應(yīng)的逐步深入，水慢慢滲入灌漿料繼續(xù)反應(yīng)，造成上部空洞。

模擬試驗(yàn)充分反映了灌漿料后期還需一定的水進(jìn)行反應(yīng)。

3.2 工地試驗(yàn)

采用微壓充漿工藝，灌漿料不需要靜置，灌漿層禁止分倉。注漿嘴和出漿嘴放置在構(gòu)件兩個遠(yuǎn)端最有效。

先做1個地面吸水試驗(yàn)。一瓶礦泉水倒在混凝土樓板表面，幾分鐘就不見明水，說明混凝土吸水嚴(yán)重。豎向預(yù)制構(gòu)件的粗糙面同理。

微壓充漿工藝下，灌漿層外用封倉料封倉，提前塞上專用塞，先倒入3瓶500ml礦泉水。30min后，灌漿器開始灌漿，5min內(nèi)補(bǔ)漿器（兼做監(jiān)視器）出現(xiàn)灌漿料，停止灌漿；補(bǔ)漿器上部是10mm左右的渾濁水，說明接縫灌漿層內(nèi)部分水被排出。觀察發(fā)現(xiàn)，專用塞及接縫灌漿層處有少量的渾濁水流出。隨機(jī)拔出專用塞，均流出柱狀灌漿料拌合物，未見渾濁水。

4 套筒灌漿新工藝優(yōu)勢

在改進(jìn)后的微壓充漿工藝下，水可作為潤滑劑，使任何符合標(biāo)準(zhǔn)的灌漿料都可使用，極大降低了灌漿成本，不但保證了100%的飽滿度，接縫灌漿層結(jié)合面質(zhì)量也明顯提高。若有大量的試驗(yàn)證明結(jié)合面的質(zhì)量優(yōu)于現(xiàn)澆豎向構(gòu)件，JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中水平接縫的受剪承載力公式則可以去掉了，那將是一個大改進(jìn)。套筒灌漿新工藝的優(yōu)勢總結(jié)如下。

1）傳統(tǒng)灌漿工藝施工，灌漿工人為3～4人，采用新工藝可以降為1～2人，大大節(jié)省人工成本。

2）傳統(tǒng)灌漿工藝采用專用的灌漿設(shè)備，使用和維修費(fèi)用高，且使用電力，不方便；新工藝不用電力，采用價格極低的灌漿器，成本大大降低。

3）傳統(tǒng)灌漿工藝采用較大壓力灌漿，掌握不好容易爆倉，導(dǎo)致灌漿失敗，因此需要專業(yè)素質(zhì)高的工人；新工藝采用持續(xù)微重力，保持灌漿層內(nèi)的壓力場，不容易爆倉，不需要專業(yè)工人。

4）傳統(tǒng)灌漿工藝1個隊(duì)伍（3～4人）在相同時間內(nèi)只能灌1個倉，有時不能將套筒灌滿，無法保證灌漿工程質(zhì)量；而新工藝可在同一時間內(nèi)灌多面墻，每面墻均在5min內(nèi)灌完，每個套筒均100%灌滿，能保證灌漿工程質(zhì)量。

5）傳統(tǒng)灌漿工藝必須分倉，效率低；而新工藝禁止分倉，效率高。

6）傳統(tǒng)灌漿工藝必須各有關(guān)方旁站，同時需照相和錄像；新工藝不需要有關(guān)方旁站，當(dāng)需證明質(zhì)量時，未初凝時可隨機(jī)拔專用塞檢查是否有灌漿料柱狀流出，終凝后的任意時間采用內(nèi)窺鏡檢查即可，節(jié)省大量的管理成本。

7）傳統(tǒng)灌漿工藝需要灌漿料外流，浪費(fèi)材料；新工藝不需要灌漿料外流，極大節(jié)省灌漿材料。

8）傳統(tǒng)灌漿工藝對灌漿料的流動度和泌水率有嚴(yán)格要求；新工藝不挑剔灌漿料的流動度和泌水率，可以開發(fā)更實(shí)惠的灌漿料，極大降低成本。

9）新工藝能隨吊隨灌，極大縮短建筑施工工期，如果安排合理，灌漿時間可以不計入施工工期。

10）新工藝所需輔助產(chǎn)品價格遠(yuǎn)低于一臺灌漿機(jī)，且產(chǎn)品均可重復(fù)利用，綠色環(huán)保。

5 技術(shù)拓展

在補(bǔ)漿端抽氣，形成負(fù)壓，可以減少接縫灌漿層內(nèi)的大部分空氣，有效改善接縫灌漿層結(jié)合面質(zhì)量。相關(guān)技術(shù)內(nèi)容由于篇幅所限，本文不再贅述。

6 結(jié)語

研究表明，改進(jìn)后的微壓充漿工藝下，提前灌水不但能濕潤粗糙面，還可以作為潤滑劑，即使流動度較小的灌漿料也能順利灌滿每個套筒；豎向預(yù)制構(gòu)件的接縫灌漿層結(jié)合面質(zhì)量也可明顯改善。