灌漿缺陷對接頭高應力反復拉壓和大變形反復拉壓性能影響的試驗研究*

李向民, 高潤東, 張富文, 王卓琳, 肖 順, 許清風

(上海市建筑科學研究院有限公司 上海市工程結構安全重點實驗室，上海 200032)

0 引言

鋼筋套筒灌漿連接是裝配式混凝土結構豎向構件的主要連接方式。大量實際工程調(diào)研表明,套筒灌漿存在材料異常、連通腔失效、出漿孔不出漿、套筒內(nèi)漿體回流等問題[1-3],這些問題在一定程度上均可表征為套筒存在不同程度的灌漿缺陷。以全灌漿套筒為例,落入套筒底部的堵塞物隔離了鋼筋和灌漿料的黏結導致在套筒內(nèi)下段鋼筋錨固段底部形成缺陷;套筒內(nèi)下段鋼筋割短或割斷導致在套筒內(nèi)下段鋼筋錨固段頂部或下段鋼筋全長度范圍形成缺陷;連通腔失效、出漿孔不出漿、套筒內(nèi)漿體回流導致在套筒內(nèi)上段鋼筋錨固段頂部或直至套筒全長范圍形成缺陷。課題組前期研發(fā)了套筒灌漿缺陷檢測方法[4-7]和相應的補灌處理方法[8-9],以及灌漿缺陷及補灌處理對套筒接頭對中單向拉伸性能的影響[8-10]。為更全面反映灌漿缺陷及補灌處理對套筒接頭受力性能的影響,本文擬在前期研究基礎上,進一步研究灌漿缺陷及補灌處理對套筒接頭對中單向拉伸性能、高應力反復拉壓性能和大變形反復拉壓性能的影響。另外,有些特殊情況下需要在套筒中部鉆孔進行檢測及補灌處理,本文同時研究鉆孔對套筒接頭受力性能的影響。

1 試驗設計

1.1 原材料

采用HRB400E抗震鋼筋,鋼筋直徑為20mm,實測鋼筋屈服強度為420MPa,抗拉強度為611MPa,斷后伸長率為29.7%,最大力下總伸長率為14.1%。采用球墨鑄鐵全灌漿套筒,本次試驗套筒內(nèi)上段和下段鋼筋的錨固長度均嚴格控制為鋼筋直徑d的8倍,如圖1所示。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0.13,初始流動度為323mm,30min流動度為282mm,標準養(yǎng)護條件下實測1d抗壓強度為36.7MPa,3d抗壓強度為70.4MPa,28d抗壓強度為108.9MPa。

圖1 套筒接頭示意圖

1.2 套筒接頭設計

(1)端部灌漿缺陷對套筒接頭受力性能影響的試驗。為方便實施,參考文獻[10]在全灌漿套筒內(nèi)下段鋼筋錨固段底部設置缺陷,通過在鋼筋外套內(nèi)徑大于鋼筋直徑的PVC管精確控制缺陷,PVC管兩端頭通過膠水和鋼筋黏結在一起,如圖2所示。根據(jù)文獻[10]研究結果,對于適用20mm鋼筋直徑的套筒灌漿連接接頭,當缺陷長度不超過套筒內(nèi)下段鋼筋錨固長度8d的30%時,接頭對中單向拉伸強度仍滿足要求。基于以上研究結果,本次試驗設置缺陷長度分32mm(相當于鋼筋錨固長度8d的20%)和48mm(相當于鋼筋錨固長度8d的30%)兩種。

(2) 補灌處理對套筒接頭受力性能影響的試驗。在套筒內(nèi)上段鋼筋錨固段頂部設置灌漿缺陷長度為53mm(約相當于鋼筋錨固長度8d的33%),具體設置方法為:先在鋼筋上劃線,然后將鋼筋放入套筒內(nèi)并固定,灌漿時通過在出漿孔放置內(nèi)窺鏡探頭監(jiān)測漿料液面到達高度,當?shù)竭_劃線處即停止灌漿,如圖3所示。3d后通過出漿孔對灌漿缺陷實施注射補灌[8-9],如圖4所示。

圖3 內(nèi)窺鏡監(jiān)測漿料液面高度

圖4 通過出漿孔注射補灌

(3) 套筒中部鉆孔對套筒接頭受力性能影響的試驗。首先保證套筒灌漿飽滿密實,3d后在灌漿套筒上下鋼筋對接部位(最不安全的部位)鉆孔,鉆孔直徑為12mm,要求鉆透套筒壁直至露出內(nèi)部灌漿料,如圖5所示。

圖5 套筒中部鉆孔

1.3 試驗方法

按照《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規(guī)程》(JGJ 355—2015)[11](簡稱鋼筋套筒灌漿連接應用規(guī)程)進行套筒接頭試件的對中單向拉伸試驗、高應力反復拉壓試驗和大變形反復拉壓試驗。測試內(nèi)容包括屈服強度、抗拉強度、殘余變形、最大力下總伸長率和破壞形態(tài)。

2 試驗結果分析

2.1 端部灌漿缺陷對套筒接頭受力性能的影響分析

端部灌漿缺陷對套筒接頭受力性能影響的試驗結果如表1所示,套筒接頭破壞形態(tài)如圖6所示。由表1和圖6可見,對于20mm直徑的鋼筋套筒灌漿連接接頭,當灌漿缺陷長度為32mm(相當于鋼筋錨固長度8d的20%)時,套筒接頭對中單向拉伸試驗結果、高應力反復拉壓試驗結果、大變形反復拉壓試驗結果均滿足鋼筋套筒灌漿連接應用規(guī)程的規(guī)定;當灌漿缺陷長度為48mm(相當于鋼筋錨固長度8d的30%)時,套筒接頭對中單向拉伸試驗結果和大變形反復拉壓試驗結果均滿足鋼筋套筒灌漿連接應用規(guī)程的規(guī)定,但高應力反復拉壓試驗存在鋼筋拉脫現(xiàn)象,不符合鋼筋套筒灌漿連接應用規(guī)程要求。綜上可見,當端部灌漿缺陷長度不超過鋼筋錨固長度8d的20%時,灌漿缺陷對套筒接頭的受力性能(包括單向拉伸、高應力反復拉壓和大變形反復拉壓)沒有明顯不利影響。

表1 端部灌漿缺陷對套筒接頭受力性能影響的試驗結果

圖6 端部灌漿缺陷套筒接頭的破壞形態(tài)

2.2 補灌處理對套筒接頭受力性能的影響分析

補灌處理對套筒接頭受力性能影響的試驗結果如表2所示,套筒接頭破壞形態(tài)如圖7所示。由表2和圖7可見,對于20mm直徑的鋼筋套筒灌漿連接接頭,當灌漿缺陷為53mm(約相當于鋼筋錨固長度8d的33%)時,通過出漿孔對灌漿缺陷實施注射補灌后,套筒接頭對中單向拉伸試驗結果、高應力反復拉壓試驗結果、大變形反復拉壓試驗結果均滿足鋼筋套筒灌漿連接應用規(guī)程的規(guī)定,全面證實了注射補灌技術的可靠性。

表2 補灌處理對套筒接頭受力性能影響的試驗結果

圖7 補灌處理套筒接頭的破壞形態(tài)

2.3 套筒中部鉆孔對套筒接頭受力性能的影響分析

套筒中部鉆孔對套筒接頭受力性能影響的試驗結果如表3所示,套筒接頭破壞形態(tài)如圖8所示。由表3和圖8可見,對于20mm直徑的鋼筋套筒灌漿連接接頭,在灌漿飽滿密實情況下,在套筒上下鋼筋對接部位鉆直徑為12mm的小孔時,套筒接頭對中單向拉伸試驗結果、高應力反復拉壓試驗結果、大變形反復拉壓試驗結果均滿足鋼筋套筒灌漿連接應用規(guī)程的規(guī)定。綜上可見,當鉆孔直徑不超過12mm時,鉆孔不會影響套筒接頭的受力性能(包括單向拉伸、高應力反復拉壓和大變形反復拉壓)。

表3 套筒中部鉆孔對套筒接頭受力性能影響的試驗結果

圖8 中部鉆孔套筒接頭的破壞形態(tài)

3 結論

(1) 當套筒接頭端部灌漿缺陷長度不超過鋼筋錨固長度8d的20%時,灌漿缺陷對套筒接頭的單向拉伸、高應力反復拉壓和大變形反復拉壓等受力性能均沒有明顯不利影響。

(2) 對套筒灌漿缺陷實施注射補灌處理后,套筒接頭的單向拉伸、高應力反復拉壓和大變形反復拉壓等受力性能均滿足鋼筋套筒灌漿連接應用規(guī)程的要求,證實了注射補灌技術的可靠性和有效性。

(3) 當套筒管壁鉆孔直徑不超過12mm時,鉆孔不會明顯影響套筒接頭的單向拉伸、高應力反復拉壓和大變形反復拉壓等受力性能。