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实用技术

半套筒灌浆连接的性能检验与施工技术

时间:2020-7-1 9:18:18 来源: 点击次数:885

半套筒灌浆连接的性能检验与施工技术*

张丽华[1],刘洋1,朱清华2

(1.华北科技学院建筑工程学院,河北廊坊 101601;2.北京思达建茂科技发展有限公司,北京 100088)

[摘要]套筒灌浆连接作为装配式建筑中钢筋的主要连接方式得到广泛应用,其中半套筒灌浆连接采用螺纹连接与灌浆连接共同作用的方法,能够有效减少灌浆料用量并加快施工速度。通过对GT4型钢筋半套筒灌浆接头进行单向拉伸试验、高应力反复拉压试验、大变形反复拉压试验,证明该型套筒灌浆接头能够满足相关标准中Ⅰ级接头所规定的强度及变形性能要求,可用于装配式建筑施工。同时对半套筒灌浆连接施工工艺及灌浆饱满度检查方法进行要点总结,对于该技术能够安全有效应用于装配式混凝土结构连接节点提供了参考。

[关键词]半套筒灌浆;接头;性能试验;施工工艺

0引言

随着国家推进建筑产业现代化力度的不断增强,装配式建筑以其设计标准化、生产工厂化、施工装配化、装修一体化、管理信息化的特点受到越来越多的关注。在装配式建筑建造过程中,构件之间钢筋的有效连接是保证结构安全稳定的关键,由于装配式结构连接部位较小,采用焊接、绑扎等传统的连接方式不便于施工,套筒灌浆连接方式便由此产生。早在上世纪60年代,美国的余占疏[1](AlfredA. Yee)博士就在夏威夷38层高的阿拉莫阿纳酒店的预制混凝土柱中,首次采用了其发明的套筒灌浆连接技术,此后该技术逐渐被各国引进,在北美、日本、欧洲等地得到广泛的工程应用[2]。按照套筒形式分类,可将灌浆连接接头分为半套筒灌浆接头与全套筒灌浆接头,其中前者以其尺寸较小、施工便利、性能稳定等优点相较于后者在预制混凝土墙、柱主筋连接中得到更为广泛的应用。

1 半套筒灌浆连接原理及特点

半灌浆套筒一端设有内螺纹,连接前需将一端连接钢筋端头镦粗加工直螺纹或直接滚轧直螺纹,通过两端直螺纹间咬合作用形成螺纹连接端。套筒另一端为灌浆端,内部设有剪力键,连接钢筋插入后,从注浆孔注入微膨胀高强水泥基灌浆料,浆料从出浆口处流出后停止注浆,待灌浆料硬化后便将钢筋与套筒结合成为整体,从而实现钢筋的连接与力的传递。如图1所示为半套筒灌浆连接构造示意图。在实际工程应用中,半灌浆套筒可连接HRB335、HRB400和HRB500级钢筋直径为12~40mm的热轧带肋或余热处理钢筋,在预制混凝土结构墙、柱主筋连接中应用广泛。

与全套筒灌浆连接相比,半套筒灌浆连接具有以下特点:

(1)在工厂即可通过螺纹完成50%的连接,这样既容易控制连接质量,还方便套筒在模具中安装固定,能够最大程度体现预制优势;

(2)相比全套筒灌浆连接,能够减少加密区箍筋数量;

(3)与全灌浆相比,能够大幅度降低灌浆料用量,连接同型号钢筋时,灌浆高度可降低一半,使得灌浆压力、分仓难度均大大降低,灌浆质量更容易保证。另外,一旦发生灌浆不满现象,半灌浆连接出现在钢筋端头部位,对连接受力影响较小,而全灌浆连接则恰恰出现在钢筋受力最大部位,对连接质量影响明显;

(4)半灌浆套筒材质好、加工精度高,应用于剪力墙结构时,在满足保护层厚度前提下能最大程度增加双排钢筋H值。

2 半套筒灌浆连接性能试验

2.1套筒灌浆接头材料性能

2.1.1 灌浆套筒

北京思达建茂设计生产的GT4型半灌浆套筒为机械加工套筒,其截面构造如图2所示。试验用套筒为连接钢筋直径为20mm的GT420半灌浆套筒,其尺寸参数如表1所示。所采用制造材料为45圆钢,其性能应符合现行行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》[3](JG/T398-2012)中相应规定要求。套筒内壁设置有交替布置的凹槽与凸肋,此构造有利于钢筋与灌浆料以及灌浆料与套筒之间力的传递。套筒一端为预埋端,设有内螺纹,该端孔口尺寸较小,与拥有外螺纹的钢筋在预制构件浇筑时即连接;另一端为装配端,孔口尺寸较大,以保证现场装配时能够吸收构件制作上产生的误差与安装时产生的偏差。选取2只同一批次GT4型半灌浆套筒进行材料性能试验,试验结果如表2所示。

2.1.2 水泥基灌浆料

钢筋连接用套筒灌浆料是指以水泥为基本材料,配以细骨料,以及混凝土外加剂和其他材料组成的干混料,填充于套筒和带肋钢筋间隙,加水搅拌后具有良好的流动性、早强、高强、微膨胀等性能[4]。其材料性能应符合现行行业标准《钢筋连接用套筒灌浆料》[5](JG/T 408-2013)中相应规定要求。采用北京思达建茂生产,强度设计值为85MPa的CGMJM-Ⅵ型高强水泥基灌浆料进行材料性能检验,检验结果如表3所示。

2.2单向拉伸试验

《钢筋机械连接技术规程》[8](JGJ 107-2016)规定,钢筋套筒灌浆接头试件单向拉伸试验需制作一组钢筋偏置试件和一组钢筋对中试件进行试验,偏置试件钢筋偏心示意图如图3所示。试验加载制度为:先由0加载至钢筋拉应力达到0.6倍钢筋屈服强度标准值,然后卸载至钢筋内力为0,此时测量残余变形,再次施加荷载至试件的最大拉力,记录极限抗拉强度,最后继续施加荷载至试件破坏,此时测量最大力下总伸长率。试验过程及试验所得结果分别如图4及表5、表6所示。


2.3高应力反复拉压试验

《钢筋机械连接技术规程》[8]规定,钢筋套筒灌浆接头试件高应力反复拉压试验加载制度为:先由0加载至钢筋拉应力达到0.9倍钢筋屈服强度标准值,然后卸载并反向加载至钢筋压应力达到0.5倍钢筋屈服强度标准值,重复此过程20次后,将试件拉伸至破坏。试验所得结果如表7所示。


2.4大变形反复拉压试验

《钢筋机械连接技术规程》[8]规定,当接头试件性能等级不同时,试验加载制度也不同。对于接头性能等级为Ⅰ级和Ⅱ级的试件,加载制度为:先由0加载至钢筋拉应变达到2倍钢筋屈服应变标准值,然后卸载并反向加载至钢筋压应力达到0.5倍钢筋屈服强度标准值,反复拉压4次后将接头试件加载至钢筋拉应变达到5倍钢筋屈服应变标准值,此时再次卸载并反向加载至钢筋压应力达到0.5倍钢筋屈服强度标准值,重复此步骤再次反复拉压4次后将试件拉伸至破坏。对于接头性能等级为Ⅲ级的试件,加载制度为:先由0加载至钢筋拉应变达到2倍钢筋屈服应变标准值,然后卸载并反向加载至钢筋压应力达到0.5倍钢筋屈服强度标准值,重复此步骤反复拉压4次后将试件拉伸至破坏。试验所得结果如表8所示。

从以上试验结果看出,依据《钢筋机械连接技术规程》[7]的有关规定,对4组GT4型半套筒灌浆连接试件分别进行偏置单向拉伸试验、对中单向拉伸试验、高应力反复拉压试验、大变形反复拉压试验,试验结果符合标准所规定接头抗拉强度大于连接钢筋抗拉强度标准值的要求(试验用钢筋抗拉强度标准值为540MPa),且变形性能也满足相应变形性能指标,因此该型钢筋半灌浆套筒接头能够满足标准所规定的Ⅰ级接头性能指标,可用于装配式建筑施工。

3 半套筒灌浆连接施工工艺及质量检查方法

3.1预制构件厂灌浆套筒安装

半灌浆套筒首先需在预制构件厂完成安装,其工艺流程如图5所示。

在安装过程中,我们需要注意以下施工要点:

(1)钢筋丝头加工过程中,应严格控制保证钢筋端部平直,同时控制好钢筋总长度尺寸,要考虑到钢筋与套筒螺纹重合连接的长度,要求构件拆模后外露钢筋偏差为0~+10mm;

(2)钢筋丝头螺纹直径应使用螺纹环规检查:环规通端丝头应能顺利旋入,止端丝头旋入量不能超过3倍丝头螺距;

(3)使用力矩扳手将检验合格的钢筋丝头与灌浆套筒拧紧连接,外露丝扣和拧紧力矩值均要达到要求;

(4)套筒与模板固定时应使用专用固定件进行固定,要保证套筒定位准确同时不能漏浆;

(5)灌浆管与排浆管要安装结实,必要时可进行绑扎固定,防止浇筑混凝土时脱落、漏浆;

(6)在构件出厂前需重新对灌浆套筒位置、锚固钢筋长度、套筒内腔以及灌浆、排浆管路进行检查,确保符合要求。

3.2 现场预制构件安装

预制构件现场安装工艺流程如图6所示。


在预制构件安装过程中,我们需要注意以下施工要点:

(1)首先重点检查灌浆套筒内腔和灌浆、出浆管路是否通畅,保证后续灌浆作业顺利;

(2)采用水平缝坐浆单套筒灌浆方法时,浆料层须高于构件底面标高,同时为防止空气憋堵在构件底部,宜中间高、两边低;

(3)采用水平缝联通腔分仓封缝的多套筒灌浆方法时,分仓时需把座浆料塞在构件水平缝下方,形成30~40mm宽的分仓隔墙,将长度较大的构件底面分成2部分或3部分,单仓最大尺寸不宜超过1.5m,周圈再用封缝座浆料密封压实,等待封缝料硬化达到预期强度后实施后续灌浆施工。

3.3 现场灌浆施工

预制构件现场灌浆工艺流程如图7所示。

在灌浆过程中,我们需要注意以下施工要点:

(1)在灌浆料制备过程中,应先将水倒入搅拌桶,然后加入约70%灌浆料,用专用搅拌机搅拌1~2分钟后,将剩余灌浆料全部加入,再搅拌3~4分钟至灌浆料彻底均匀,此时静置约2~3分钟,使浆内气泡自然排出后再使用;

(2)当环境温度超过灌浆料使用温度上限(35℃)时,须做实际可操作时间检验,保证在灌浆料可操作时间内完成灌浆;

(3)特别注意,灌浆料应在自加水搅拌开始45分钟内灌完,为施工过程中可能出现的突发状况保留一定的应急操作时间;

(4)灌浆料凝固后,取下灌浆孔、排浆孔处专用橡胶堵头,保证孔内凝固的灌浆料上表面高于排浆孔下边缘5mm以上;

(5)灌浆结束后,在灌浆料同条件养护试块抗压强度达到35MPa后,方可进行后续施工。通常,环境温度在15℃以上,24小时内构件不得受扰动;环境温度位于5~15℃,48小时内构件不得受扰动;环境温度在5℃以下时,应采取保温措施。

3.4 灌浆饱满度检查

在实际工程施工过程中,灌浆的饱满程度是保证施工质量最为关键的部分,因此在灌浆料凝固后,需对全部灌浆接头进行灌浆饱满度检查。由于在预制构件生产制作过程中,套筒已浇筑在构件内部,因此灌浆饱满度的检查一直以来都是施工验收中的一道难题。通常方法为取下排浆孔处封堵胶塞,检查孔内凝固的灌浆料上表面是否高于孔口下缘5mm以上。或者我们可以通过测试预埋导线之间的电阻值,来判定灌浆饱满度,即将灌浆套筒靠近排浆口的下方对称打孔,将测量导线预埋在套筒内壁和钢筋之间的间隙内,如图8所示。由于灌浆料内部主要以离子导电,其电阻值远大于钢筋和套筒,若灌浆不饱满,预埋导线之间的电阻值应无限大;若灌浆饱满,则测定的电阻值接近灌浆料自身的阻值。

4 结语

套筒灌浆连接技术作为装配式建筑施工过程中一项重要的钢筋连接技术,对于保证建筑结构的安全稳定起到至关重要的作用。其中半套筒灌浆连接以其套筒尺寸小、灌浆料用量少、施工便利迅速的优点得到非常广泛的应用。通过对北京思达建茂设计生产的GT4型半套筒灌浆连接接头进行单向拉伸试验、高应力反复拉压试验、大变形反复拉压试验,证明该型半套筒灌浆接头的强度及变形性能能够满足相关标准所规定的Ⅰ级接头性能要求,可用于装配式建筑施工。同时给出半套筒灌浆连接技术在施工过程中应注意的要点与灌浆饱满度检查方法。证明只要按照相关规范要求进行施工,半套筒灌浆连接完全可以满足装配式建筑构件之间钢筋的连接需求。

参考文献

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[2] 韩超,郑毅敏,赵勇.钢筋套筒灌浆连接技术研究与应用进展[J]. 施工技术,2013,42(21):113-116.

[3] J G/T 398—2012钢筋连接用灌浆套筒[S].北京:中国标准出版社,2012.

[4] 《钢筋套筒灌浆连接施工技术》编委会.钢筋套筒灌浆连接施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2017:56.

[5] J G/T408—2013钢筋连接用套筒灌浆料[S].北京:中国标准出版社,2013.

[6] GB/T 228.1—2010金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法[S].北京:中国标准出版社,2010.

[7] JGJ 107—2016钢筋机械连接技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.

[8] JGJ 355—2015钢筋套筒灌浆连接应用技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.

[9] 朱万旭,邵炼,汪洋,付委.钢筋的半灌浆式套筒连接技术研究[J].建筑技术,2015,46(10):937-940.

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