預制柱上套筒灌漿連接的試驗研究及平行試件驗證

陳春暉，徐其功，李 娜，黃海斌

（廣東省建科建筑設計院有限公司 廣州510010）

0 引言

鋼筋套筒灌漿連接是裝配式結構的重要連接方式，灌漿質量的好壞對結構的整體性影響非常大，連接接頭的質量及傳力性能是影響裝配式結構受力性能的關鍵［1，2］。針對業界對灌漿套筒質量的擔憂，課題組用亞克力模型模擬柱進行上套筒灌漿連接的試驗研究。

近年來，許多科研工作者針對套筒灌漿密實度的無損檢測方法進行了大量研究。基于X 射線工業CT技術的套筒灌漿飽滿度檢測技術［3］，檢測儀器龐大，適用于實驗室檢測，不能真實反映現場實體情況；預埋傳感器法［4］必須提前在每個出漿口預埋傳感器，費用不菲，不適合一般項目；基于預埋鋼絲拉拔法的套筒灌漿飽滿度檢測技術［5］很難在施工現場保證不擾動破壞；基于便攜式X 射線技術的套筒灌漿飽滿度檢測技術［6］，適用剪力墻灌漿飽滿度測試，但是輻射較大，也不適合工地檢測。以上方法均存在一定的局限性，目前尚無成熟的檢驗方法可以在混凝土外直接探測柱內套筒中灌漿是否達到密實。

現行規范［7-9］中灌漿飽滿度只能靠檢查施工記錄來驗收，同時模擬現場條件制作平行加工試件進行檢驗。這種平行加工試件的灌漿飽滿度也并不能代替柱內套筒灌漿飽滿度。

為了更直接地檢測柱內套筒連接的質量，課題組研發了一種與構件內的套筒直接相連的平行試件檢測法。在構件外部設置1 個灌漿套筒平行試件，平行試件的規格、型號及標高與構件內部的灌漿套筒相同，并且內外灌漿套筒的灌漿孔相聯通的。現場同時進行灌漿施工，設置在構件外部的平行試件齡期后拆除后送檢，檢測灌漿料的密實度和套筒的力學性能，以此獲悉預埋在預制構件內灌漿套筒的狀態，結合施工現場的觀察和施工記錄的檢查，能更準確的判斷鋼筋套筒灌漿連接的質量是否達到工程實際需求。

1 試驗準備

用亞克力板模擬預制柱與下層樓面板，柱內設置4 個半灌漿套筒，柱外設置1 個平行試件。柱內套筒采用返漿法施工，平行試件通過軟管與柱內套筒相連，從離平行試件最遠的套筒灌漿口灌漿，灌漿料拌合物從構件內部灌漿套筒的出漿孔通過聯通管灌入平行試件的灌漿孔，從平行試件的出漿孔流出后，將出漿孔進行堵塞。灌漿過程中保持平行試件與預制構件內的灌漿套筒在同一水平高度，如圖1所示。

圖1 預制柱上套筒及平行試件模擬裝置及三維圖Fig.1 Simulation Device and Three-dimensional Diagram of the Upper Sleeve of the Precast Column and the Parallel Test Piece

本次試驗采用套筒均為北京某廠生產的JM GT25型半灌漿套筒，接頭梁端連接鋼筋均為HRB400，屈服強度標準值fyk=400 N/mm2，鋼筋應力達到屈服強度標準值時的應變εyk=0.002 00。

灌漿過程中，通過亞克力板看到柱鍵槽的角部出現較大氣泡，如圖2所示。通過補灌漿后密實。待28 d齡期后將5個半套筒灌漿連接拆除進行拉伸試驗。

圖2 預制柱鍵槽氣泡Fig.2 Precast Column Keyway Bubble

2 加載裝置及加載制度

采用廣東工業大學結構實驗室電壓萬能試驗機進行加載，試驗裝置圖如圖3所示。

依據文獻［9，10］，灌漿套筒的加載制度及套筒試件檢驗項目如表1所示，其中a5為平行試件。

3 試驗結果及分析

3.1 破壞情況

試驗結果表明，試件有鋼筋拉斷、鋼筋頸縮和鋼筋拉出3 種破壞形式，如圖4所示。

套筒a1 在高應力反復拉壓過程中，套筒上端原有灌漿料崩出；加載到250 kN 左右，下部直螺紋鋼筋絲頭拉出，試件承載力急劇降為0，試驗結束，套筒無損傷。

圖3 灌漿套筒加載示意圖Fig.3 Diagram of Loading Grouting Sleeve

表1 灌漿套筒型式檢驗的加載制度及檢驗項目Tab.1 Loading Systems and Items of Type Inspections for Grouted Sleeve

套筒a2 出于對機器的保護，設定試件峰值承載力下降20%試驗結束。大變形反復拉壓至破壞過程中，套筒上端發生微小膨脹，上部灌漿料崩開，下部鋼筋頸縮，承載力下降，套筒無損傷。

套筒a3 兩端鋼筋過長，單向拉伸試驗前期，套筒上端發生微小膨脹；上部灌漿料崩開，在機器限位下鋼筋發生頸縮，套筒并無損傷。

套筒a4 和a5 應力仍然主要集中在螺紋接頭端部，并產生一定程度不可恢復的變形。單向拉伸試驗前期，套筒上端發生微小膨脹；最終上部灌漿料崩開，上部鋼筋拉斷，套筒并無損傷。

3.2 試驗結果分析

圖5 為試件在單向拉伸情況下力-位移曲線。柱內套筒a3、a4 和平行試件a5 曲線形狀基本一致。圖6a 為試件在高應力反復拉壓下力-位移曲線，通過應變片數據，高應力反復拉壓20 次內，套筒位移呈現一定規律性。因為鋼筋絲頭拉出，未能測出極限抗拉強度。圖6b 為套筒灌漿連接接頭在大變形反復拉壓下力-位移曲線，套筒位移呈現一定規律性，表明套筒灌漿連接件具有較強的抗反復荷載的能力。

圖4 套筒實驗破壞狀態Fig.4 Failure Modes of Grouted Sleeve

圖5 套筒灌漿連接單向拉伸力-位移曲線Fig.5 Force-displacement Curve of Sleeve Grouting Connection with Uniaxial Tensile

圖6 反復拉壓力-位移曲線Fig.6 Repeated Pull Pressure-displacement Curve

表2 列出了各試件的破壞形態、實測屈服強度、抗拉強度、殘余變形、最大力下總伸長率。

表2 灌漿套筒試驗結果Tab.2 Test Results of Grouted Sleeve

文獻［9］規定：鋼筋套筒灌漿連接接頭的抗拉強度不應小于連接鋼筋的抗拉強度標準值，且破壞時應斷于接頭外鋼筋；接頭屈服強度不應小于連接鋼筋屈服強度標準值。套筒灌漿連接接頭的變形性能應符合表2 的要求指標。對于半灌漿套筒連接，機械連接段的鋼筋絲頭加工、連接安裝、質量檢查尚應符合文獻［10］的有關規定，并滿足接頭破壞形態為鋼筋拉斷的要求，接頭的極限抗拉強度必須大于鋼筋的極限抗拉強度標準值。通過表2試驗數據，可以得出結論：本試驗中套筒a3、a4、a5、a2 均能滿足文獻［9，10］要求。a1套筒螺紋鋼筋絲頭拉出，未滿足文獻［9，10］要求。

a5 為平行試件，屈服強度、抗拉強度、殘余變形、最大力總伸長率及破壞形式均與柱內套筒a3、a4 一樣滿足文獻［9，10］要求，通過平行試件的檢測能判斷柱內套筒連接是否合格。

4 結論

通過預制柱上套筒灌漿連接及平行試件的試驗研究，得出以下結論：

⑴單向拉伸試驗和大變形反復拉壓的套筒灌漿連接符合文獻［9，10］的要求；

⑵本試驗中，高應變反復拉壓的套筒灌漿連接，鋼筋絲頭拉出，不符合文獻［9，10］規定。因為本試驗只有1個套筒進行了高應變反復拉壓試驗，后續將進行多組半灌漿套筒高應變反復拉壓試驗進一步進行研究分析；

⑶本課題研發的平行試件檢測，通過本試驗驗證，滿足要求。平行試件檢測法已編制在《裝配式混凝土建筑工程施工質量驗收規范：DBJ/T 15-171-2019》［11］中，值得推廣應用；

⑷柱鍵槽的角部灌漿時出現氣泡，灌漿不密實，后續將進行多組亞克力模型進一步進行研究分析。