聚苯顆粒水泥墻板后錨固性能研究

黃林青 龔世豪 陳先睿文杰

（1.重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院 重慶 400000 2.重慶泰的綠色新材有限公司 重慶 401221）

0 引言

后錨固技術(shù)是建筑工程中常見的一種施工技術(shù)，廣泛用于各類結(jié)構(gòu)、用途不同的建筑。常見的后錨固方式有：金屬膨脹螺栓錨固、塑料膨脹套錨固、化學(xué)螺栓錨固、植筋錨固等[1]。根據(jù)相關(guān)學(xué)者的試驗(yàn)研究表明，在混凝土基層上進(jìn)行植筋后錨固，影響后錨固抗拔強(qiáng)度的主要因素有：混凝土基層強(qiáng)度、基層是否配筋、錨固深度、錨固邊距等[2]。在后錨固的研究中，大多數(shù)學(xué)者研究的基層材料主要是混凝土結(jié)構(gòu)，少有在新型復(fù)合墻板的后錨固方面研究。

本文中所研究的聚苯顆粒水泥墻板其芯材由聚苯乙烯顆粒和發(fā)泡水泥組成，芯材內(nèi)部存在小空隙，聚苯乙烯顆粒主要起填充作用，在受壓時(shí)承力效果差[3]。行業(yè)規(guī)范《JG/T 169—2016建筑隔墻用輕質(zhì)條板通用技術(shù)要求》中對(duì)輕質(zhì)隔墻后錨固性能只做了簡(jiǎn)單規(guī)定[4]。本文擬對(duì)聚苯顆粒水泥墻板進(jìn)行金屬膨脹螺栓、塑料膨脹錨栓后錨固，并進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，考慮螺栓直徑、錨固深度、錨固類型等因素對(duì)后錨固拉拔力的影響。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原材料

本試驗(yàn)采用聚苯顆粒水泥墻板作為拉拔試驗(yàn)的錨固基層材料，尺寸為：2440×610×125（mm）。錨固所用螺栓尺寸如表1所示，各型號(hào)螺栓分別做5次后錨固拉拔試驗(yàn)。

表1 螺栓尺寸

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與過程

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)條板進(jìn)行孔位定位與信息標(biāo)注，孔位標(biāo)注信息主要包括：錨固孔位置、錨固方式、錨固直徑、錨固深度等。標(biāo)注完成后，使用沖擊鉆根據(jù)標(biāo)注信息進(jìn)行打孔。打孔完成后，檢驗(yàn)打孔位置、直徑、深度是否滿足要求，對(duì)合格的孔進(jìn)行清孔，處理孔洞中碎渣。

根據(jù)標(biāo)注信息對(duì)各孔洞進(jìn)行后錨固，金屬膨脹螺栓后錨固方法為：將膨脹螺栓整體敲如相應(yīng)孔洞中，采用力矩扳手?jǐn)Q緊螺帽，緊固程度通過力矩控制，不同尺寸的螺栓必須擰到規(guī)定的力矩值內(nèi)。塑料膨脹錨栓錨固方法為：將塑料膨脹套錘擊入孔洞中，塑料膨脹套需整體沒入孔中，將對(duì)應(yīng)型號(hào)的螺釘擰入塑料膨脹套管上。

本試驗(yàn)通過自行設(shè)計(jì)的拉拔裝置進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，拉拔裝置如圖1所示。

圖1 拉拔裝置

把錨固好的板材固定在試驗(yàn)鋼架上，鋼索一端與錨栓相連，另一端連接荷載架，利用定滑輪，將豎直向下的荷載的重力轉(zhuǎn)換為對(duì)后錨固螺栓的拉拔力，拉拔試驗(yàn)過程中，分級(jí)向荷載架中加重物，最終達(dá)到將螺栓拔出的目的。

1.3 受力機(jī)理分析

1.3.1 金屬膨脹螺栓受力機(jī)理分析

金屬膨脹螺栓后錨固拉拔過程主要可以分為三個(gè)階段：錨固階段、拉拔階段、破壞階段。錨固階段：在基層上打孔，敲入螺栓，緊固螺帽使金屬套筒外擴(kuò)，形成對(duì)聚苯顆粒混凝土芯材的擠壓作用，被擠壓后的芯材強(qiáng)度有所提高，且擠壓后芯材與金屬套筒接觸作用更強(qiáng)，金屬膨脹螺栓與芯材的摩擦力與握裹力將會(huì)增大。拉拔階段：對(duì)緊固后的螺栓施加垂直墻板面荷載，荷載主要由芯材抗擠壓力、摩擦力、握裹力所承受，且擠壓力承受主要荷載，擠壓應(yīng)力最大主要在金屬套管所膨脹位置，如圖2所示。破壞階段：內(nèi)部芯材達(dá)到擠壓強(qiáng)度，被擠壓破壞，導(dǎo)致螺栓整體滑移。因此在金屬膨脹螺栓后錨固中，直徑對(duì)后錨固影響較大，錨栓深度影響較小，主要是由于錨栓直徑影響擠壓部位面積，直徑越大，擠壓面越大，極限拉拔力越大。

圖2 擠壓

1.3.2 塑料膨脹螺栓受力機(jī)理分析

與金屬膨螺栓相比，塑料膨脹螺栓受力較簡(jiǎn)單，因?yàn)槠洳馁|(zhì)為塑料，在錨固和拉拔過程中，其對(duì)芯材的擠壓變形較小，拉拔時(shí)的荷載主要由膨脹套管與芯材之間的摩擦力所提供，摩擦面積越大，抗拔強(qiáng)度越大。與金屬膨脹螺栓不同，塑料膨脹螺栓若增加錨固深度，拉拔力將會(huì)得到較大提升。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 破壞機(jī)理分析

（1）對(duì)6組共計(jì)30次金屬膨脹螺栓進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，其中直徑6mm、錨固深度60mm的螺栓破壞時(shí)出現(xiàn)一次螺栓被完全拔出，其余金屬膨脹螺栓破壞模式均為螺栓整體滑移破壞，螺栓滑移后并未被完全拔出。螺栓被拔出滑移破壞時(shí)，墻板表面未明顯破壞或出現(xiàn)明顯裂紋，螺栓被拔出一定位移后，螺栓整體和墻板基層連接更加牢固，螺栓抗拔強(qiáng)度有所增加。

使用切割機(jī)對(duì)金屬膨脹螺栓后錨固拉拔后的孔位進(jìn)行切割，觀察后錨固達(dá)極限破壞時(shí)芯材內(nèi)部與螺栓的破壞形態(tài)，以及芯材的截面破壞形式。可知不同直徑的金屬膨脹螺栓，在板材內(nèi)部有兩種變形，直徑為6mm的金屬膨脹螺栓膨脹形式為：距金屬套管端頭8mm處金屬膨脹套管隆起，形成對(duì)芯材的擠壓作用，如圖3（a）所示。直徑為8mm、10mm的膨脹螺栓膨脹形式為螺栓端頭被擠入金屬膨脹套管中，膨脹套管端部呈裂開狀如圖3（b）所示。可見錨固孔中泡沫混凝土被膨脹螺栓擠壓密實(shí)，金屬膨脹套管達(dá)預(yù)期膨脹效果，后錨固效果良好。

圖3 螺栓膨脹

（2）對(duì)3組不同直徑共計(jì)15次塑料膨脹錨栓進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，塑料膨脹錨栓達(dá)到極限拉拔強(qiáng)度時(shí)，破壞形式與金屬膨脹螺栓不同，主要破壞形式為塑料螺栓被整體拔出破壞和塑料膨脹套被拔斷破壞，其中直徑6mm、8mm的塑料膨脹螺栓主要為整體拔出破壞，直徑為10mm的塑料膨脹套主要為拔斷破壞。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.2.1 金屬膨脹螺栓試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

各型號(hào)金屬膨脹螺栓試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

（1）分別對(duì)直徑為10mm，錨固深度為70/80/100

（mm）三組螺栓拉拔極限力平均值為955.5/989.5/990（N），可知錨固深度超過70mm時(shí)，錨固深度對(duì)極限拉拔力的影響較小。

（2）對(duì)錨固深度為80mm，不同錨固直徑6/8/10

（mm）的三組試驗(yàn)平均拉拔力為662.5/757/989.5，可知在相同錨固深度的條件下，螺栓的極限拉拔力受螺栓直徑較大。

表2 金屬膨脹螺栓極限拉拔力（N）

2.2.2 塑料膨脹螺栓試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

各型號(hào)塑料膨脹螺栓拉拔試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 塑料膨脹螺栓拉拔力（N）

由表3與表2對(duì)比可知，在相同直徑下不同類型的膨脹螺栓錨固，拉拔力相差較大，同直徑金屬膨脹螺栓拉拔力為塑料膨脹螺栓的2.5倍左右，如圖4所示。

圖4 塑料膨脹螺栓拉拔力

3 結(jié)語

（1）聚苯顆粒水泥墻板等新型復(fù)合墻板進(jìn)行金屬膨脹螺栓后錨固時(shí)，當(dāng)金屬膨脹螺栓錨固深度大于70mm時(shí)，錨固深度增加極限拉拔力提升不明顯。相同錨固深度條件下，錨固直徑改變對(duì)后錨固拉拔力有較大影響。

（2）金屬膨脹螺栓與塑料膨脹螺栓后錨固拉拔時(shí)，受力機(jī)理、破壞機(jī)理均不同，相同直徑下金屬膨脹螺栓拉拔力遠(yuǎn)大于塑料膨脹螺栓。

（3）聚苯顆粒水泥墻板進(jìn)行金屬膨脹螺栓后錨固時(shí)，錨固效果良好，拉拔破壞時(shí)未出現(xiàn)脆性破壞或是基材破壞，在實(shí)際工程中可合理使用，推薦使用直徑、長度為10*70的膨脹螺栓，錨固深度較小，對(duì)墻板破壞較小，抗拉拔荷載相對(duì)較大。