灌漿套筒裝配式建筑預制混凝土與灌漿料結合試驗

李民，梅楚南

（1.安徽清石建筑設計研究院，安徽 合肥 230032；合肥鐵川科技有限公司，安徽 合肥 230032）

目前灌漿套筒連接技術應用廣泛，是鋼筋混凝土裝配式建筑節點的重要連接方法，對此連接技術和材料的研究雖有很多，但仍然不夠充分和全面[1、2][8]。

其中對于灌漿料的研究也有很多，主要集中在材料成份變化對性能的影響；工藝性能，流動度、豎向膨脹率、泌水率、體積穩定度等；力學性能，抗壓強度、配合套筒對鋼筋的錨固力等[2-4]。

而對預制混凝土與灌漿料結合研究卻很少，故對此做了初步試驗。

1 試驗設計

模仿現行預制構件豎向連接方式，借鑒混凝土軸心抗拉強度試驗方法[5]，依據規程預制混凝土之間保留20mm接縫，并用灌漿料填充[6]；結合工程實際，7天后測試灌漿料與預制混凝土之間的粘結效果和抗拉強度值，如圖1。

圖1 灌漿料與預制混凝土的粘結

現行裝配式建筑規程和標準：

①《裝配式混凝土結構技術規程》（JGJ1-2014）；

②《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》（JGJ 355-2015）；

③《鋼筋連接用灌漿套筒》（JG/T 398-2012）；

④《鋼筋連接用套筒灌漿料》（JG/T 408-2013）；

⑤《裝配式混凝土建筑技術標準》（GB/T 51231-2016）。

相關規范：

①《混凝土結構技術規范》（GB 50010-2010）；

②《水泥基灌漿料應用技術規范》（GB/T 50488-2015）。

2 試驗方法

2.1 材料準備

制作 6個 100×100×100mm 的C30混凝土試件（C30，由上海建工北亞項目提供），鋼筋居中預埋，深度80mm。

其中2個作下部試件，在上端面用3支小竹楔支撐起20mm接縫作為灌漿層，4只試件的端面均鑿毛，深度5～8mm。

灌漿料從合肥市經開區某項目工地取樣，國外品牌，外觀呈灰色干水泥粉末狀，無大徑硬骨料（＞1mm）；其水灰比14%（重量），攪拌 5min，初凝期30min。

攪拌設備為調速電鉆和塑料桶。

2.2 試驗步驟

①用纖維板將上下試件和灌漿層四面圍住，一側作注漿口并呈開放狀（高位漏斗法(7)），對面一側纖維板上部開孔做出漿口，出漿口高于灌漿層，灌漿密實后用小板封閉。纖維板用膠帶固定在試件四壁，且防止漿料漏出，如圖2、圖3。

②試驗室溫度25℃，制作2對試件，分2次拌合灌漿料，實際水灰比如下：

a.灰料 1010g，水 145g；

b.灰料 705g，水 100g。

③用電動工具攪拌，先慢后快，充分攪拌均勻后，5min內灌注完畢；拌合好的灌漿料具有良好的觸變性，流動度良好，如20℃新鮮酸奶狀。

圖2 纖維板圍住灌漿層四面

圖3 纖維板上部開孔做出漿口

④灌漿時低速緩慢灌入，以確保空氣排出和填充密實；封閉出漿口后，在注漿口外端保留漿料高出灌漿層2cm，讓灌漿料在保持一定壓力環境下初凝硬化。

⑤試件靜置10d，用儀器測試灌漿料與預制混凝土面的結合強度。設備加壓為手控慢速操作。

3 試驗結果

①2對試件均呈現灌漿層上表面脆性斷裂，如圖4；

②灌漿層斷裂端面有直觀氣泡孔100多處，孔徑大多在1～2mm，如圖4（d）；

③灌漿層上表面粘接強度低于下表面；

④2對試件的拉力破壞值分別是1.7kN、1.9 kN；

⑤試件端面鑿毛表面積增大1.8～2.5，取低值1.8計算上表面粘接強度值，分別為 0.94MPa、1.06MPa；

⑥上表面粘接強度值遠低于C30混凝土抗拉強度標準值2.01N/mm2，也小于設計值ft=1.43N/mm2。

4 結果分析

對于上表面出現脆性斷裂的原因初步分析如下：

①自重對水泥基灌漿料與混凝土的結合有較大作用，下表面結合緊密；

②灌漿料的粘接力不高，對非受壓、非緊密接觸的上表面粘結力更弱；

③水化熱產生水蒸氣，聚羧酸減水劑、膨脹劑、引氣劑等多種成份會產生氣體，微小氣泡上浮出漿體，聚集在試件端面，阻隔灌漿料與試件端面結合；

④預制混凝土試件端面會吸收灌漿料中水份，致使灌漿料不能充分水化反應。

5 拓展和建議

①將灌漿料與預制剪力墻的結合面等同于現澆層間施工縫是不合適的。

層間施工縫并不是一種真實存在的縫，它只是因先澆筑混凝土超過初凝時間，而與后澆筑的混凝土之間存在一個結合面。

圖4 灌漿層上表面脆性斷裂

現澆工藝因具有同材質混凝土、受重力壓實、含水量充足、縱向鋼筋連續等因素，是結構整體，而這些都是采用灌漿方式連接的裝配式建筑所不具備的。

因此，將使用灌漿方式連接的豎向剪力墻PC構件視作結構整體是不合理的。

②目前對于灌漿料與預制構件混凝土（也包括灌漿套筒、灌漿料和鋼筋）的抗拉、抗折、彈性模量、耐久老化、振動疲勞、氣體排出量（因封閉施工需要新的檢測內容）等性能研究十分欠缺和迫切[1-2]。

③很多抗震試驗表明灌漿料與預制剪力墻之間受震早期即產生貫通裂縫和破壞[8]。需要更多相關試驗，研究此類裂縫對結構整體抗震承載力的影響。

灌漿料結合面會因上層構件疊加重壓、材料的自收縮、長期干濕冷熱環境變化、熱脹冷縮等效應與上部構件剝離，容易形成貫通裂縫。

④施工工藝可進一步優化。在灌注材料前，應對預制混凝土基材灌注面過水濕潤，不留明水[7]，以減少其對灌漿料中水份的吸收；而灌漿料的水灰比是需要嚴格控制的指標[6-7]，不可隨意添加水份。

使用消泡劑可以分散氣泡，使氣泡不聚集，利于排出漿體，提高灌漿料密實度，但消泡劑不能減少氣體產生的總量[9]；灌漿套筒工藝是封閉施工，氣體難以排出。

建議改進施工工藝，設置“排氣孔”[7]，以排除灌漿料硬化過程產生的氣體。

⑤材料進一步優化，可以考慮將連接鋼筋和混凝土的灌漿材料區別對待。