灌漿料強度與灌漿套筒抗拉強度關系試驗研究

【摘 要】針對不同灌漿料強度與灌漿套筒抗拉強度的關系進行試驗研究，結果表明：當灌漿料強度為40 MPa時套筒接頭的破壞形式為鋼筋拔出，當灌漿料強度大于50 MPa時套筒接頭的破壞形式為鋼筋拉斷，且當灌漿料強度大于50 MPa時，套筒接頭的力學性能基本維持不變。

【關鍵詞】灌漿料； 半灌漿套筒； 抗拉強度； 破壞模式

【中圖分類號】TU317+.2【文獻標志碼】A

［定稿日期］2022-12-02

［作者簡介］韓嬌（1993—），女，碩士，助理工程師，研究方向為建筑工程；陳真軍（1983—），男，本科，工程師，研究方向為建筑工程；楊林（1986—），男，本科，工程師，研究方向為建筑工程；王琦（1983—），男，本科，工程師，研究方向為建筑工程。

0 引言

裝配式建筑具有工業化水平高、施工作業快、用工量小、綠色環保等優點，已經成為了國內外建筑業升級轉型的主流方向［1］。目前裝配式建筑中縱向受力鋼筋普遍采用灌漿套筒接頭進行連接，鋼筋套筒灌漿連接是將灌漿套筒預埋于預制構件內，在安裝現場將相鄰預制構件的鋼筋插入金屬套筒內，并灌注高強、早強、可微膨脹的水泥基灌漿料，從而實現縱向受力鋼筋連接的方式［2］。

鄭清林等［3］通過試驗研究發現套筒灌漿缺陷形成的主要因素包括漏漿（考慮灌漿方向、缺陷位置等因素）、鋼筋偏心、灌漿料流動性下降、后續施工的擾動和劣質灌漿料的影響等。黃遠等［4］采用控制變量法設計了87個中心拔出試件來探究抗壓強度、鋼筋強度等級、鋼筋直徑、橫向配箍和黏結長度等因素對鋼筋－灌漿料黏結性能的影響。陳海彬等［5］通過對鋼管混凝土柱的灌漿套筒接頭試件的軸向抗拉性能試驗，分析了灌漿料的強度、鋼筋連接長度兩個因素對鋼管灌漿套筒連接接頭極限承載力和粘結強度的影響因素。試驗結果表明：極限承載力與灌漿料強度和鋼筋連接成正向增長趨勢，粘結強度與灌漿料強度成正增長趨勢，與鋼筋連接長度成反向增長趨勢。鄭永峰等［6］采用低合金無縫鋼管通過冷滾壓工藝制作了一種新型灌漿套筒，通過對鋼筋接頭試件進行單軸拉伸試驗和有限元分析，研究了套筒連接性能、工作機理及設計方法。發現錨固長度為6.9d～7.5d時，接頭滿足JGJ 107—2010《鋼筋機械連接技術規程》［6］對Ⅰ級接頭的強度和變形性能要求。陳萌等［8］對聚丙烯 （PP） 纖維灌漿料進行材性性能以及其全灌漿套筒鋼筋連接件的力學性能研究，通過選用不同摻量、長度PP纖維的灌漿料進行力學性能試驗，確定PP纖維最佳摻量和長度為0.5%和9 mm。

目前，大多數的研究多關注于灌漿套筒灌漿飽滿度、鋼筋錨固長度、鋼筋偏心等情況下灌漿套筒的力學性能，極少研究灌漿料的強度與灌漿套筒抗拉強度的關系，但灌漿料的強度也是影響灌漿套筒接頭受力性能的一個重要因素，與其他因素共同決定著裝配式混凝土結構的承載能力。因此為了研究不同灌漿料強度與灌漿套筒抗拉強度的關系，本文依據JGJ 355-2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》［9］設計了灌漿料強度分別為40 MPa、50 MPa、60 MPa、70 MPa、80 MPa的5組灌漿套筒接頭抗拉試驗，找到滿足灌漿套筒抗拉強度時的灌漿料最低抗壓強度。

2 試驗概況

2.1 試驗材料及儀器

（1） 灌漿套筒：采用北京思達建茂科技發展有限公司JM-GT-12型半灌漿套筒15個，見圖1，具體參數見表1，套筒材料性能滿足GB/T 699—2015《優質碳素鋼》要求。

（2）灌漿料：采用北京思達建茂科技發展有限公司CGMJM-Ⅳ型灌漿料（圖2），設計強度為85 MPa。

（3）鋼筋：采用HRB400級鋼筋，直徑均為12 mm（表2）。

（4）灌漿料試模采用40 mm×40 mm×160 mm的水泥膠砂三聯試模，見圖3。

（5）試驗儀器：灌漿料抗壓試驗采用微機伺服抗折抗壓試驗機（DYE-300A），灌漿套筒抗拉試驗采用電液伺服萬能材料試驗機（WAW-300B）。

2.2 試件設計

本次試驗根據JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》［9］等規范，制作5組（每組3個試件）灌漿套筒試件，同時制作8組（每組3個試塊）灌漿料試件；灌漿料試件標準養護強度達到40 MPa、50 MPa、60 MPa、70 MPa、80 MPa時，對灌漿套筒進行抗拉試驗。

2.3 試件制作

灌漿套筒試件制作：將準備好的鋼筋與套筒連接，灌漿端用橡膠封堵，并用塑料薄膜纏繞以防止灌漿后出現漏漿，在套筒灌漿口及出漿口連接塑料管便于灌漿后封堵及安裝灌漿飽滿度檢測器，再將連接好的鋼筋套筒豎直綁扎于灌漿架上。攪拌灌漿料時，先將稱量好的全部水加入攪拌桶中，然后加入約70%的灌漿料干料，用電動攪拌機攪拌至成漿且大致均勻后將剩余的灌漿料干料全部加入，再攪拌3～4 min至漿體完全均勻，漿料攪拌均勻后，靜置，目測漿料表面氣泡涌出，排氣約2～3 min后，檢測漿料的初始流動度，流動度合格后將灌漿料倒入專用注射器內，從灌漿套筒下部注漿口緩緩推入套筒，套筒上部出漿口出漿，出漿口出漿填滿灌漿飽滿度檢測器時停止注漿，膠塞封堵下部注漿口。對灌漿套筒試件進行編號GT-xx-x：xx表示灌漿料強度，x表示試件編號（GT-40-1表示灌漿料強度為40 MPa的第1塊灌漿套筒試件）。

灌漿料試模采用40 mm×40 mm×160 mm的水泥膠砂三聯試模，灌漿料試塊制作前用黃干油等密封材料涂覆模型的外接縫，在試模內表面薄涂一層脫模油或機油，然后將試模放置于平整的地面上，灌漿料試塊制作采取非振動成型，分三層澆筑，澆筑完成后用鋼直尺刮去多余的灌漿料，保持灌漿料成型面與試模上沿平齊，再用塑料薄膜覆蓋在試模的表面，防止水分散失。灌漿料試件成型24 h脫模編號，移入標養室水養箱內養護。對灌漿料試件進行編號xx-x：xx表示灌漿料強度，x表示試件編號（40-1表示灌漿料強度為40 MPa的第1塊灌漿料試件）（圖4、圖5）。

2.4 試驗方法

預估灌漿料強度達到40、50、60、70、80 MPa的時間，及時對灌漿料試件進行試驗，若達到相應強度立即對灌漿套筒進行抗拉試驗。灌漿料抗壓試驗采用微機伺服抗折抗壓試驗機（DYE-300A）進行加載，首先將試件置于抗折試驗臺架上，加載至試件折斷，記錄灌漿料抗折強度；后將折斷試塊置于抗折試驗臺架上，加載至試件壓壞，記錄灌漿料抗壓強度。灌漿料試件抗折抗壓試驗如圖6所示。

灌漿套筒抗拉試驗采用電液伺服萬能材料試驗機（WAW-300B）進行加載，用萬能機上的上下兩夾頭分別夾住套筒兩端鋼筋使套筒垂直固定后，對灌漿套筒試件進行單軸拉伸，直至試件拉伸至破壞狀態，記錄灌漿套筒抗拉強度。灌漿套筒抗拉試驗如圖7所示。

3 試驗結果

灌漿料試件在28 h后，灌漿料強度達到40 MPa，在44 h后，灌漿料強度達到50 MPa，在53 h后，灌漿料強度達到60 MPa，在126 h后，灌漿料強度達到70 MPa，在6天后，灌漿料強度達到90 MPa。灌漿料試件抗壓試驗結果見表3，試驗結果基本與預期值符合。

灌漿套筒抗拉試驗結果如表4，由表4可知，灌漿料強度在40 MPa左右時，套筒接頭均為鋼筋拔出破壞，套筒接頭抗拉強度在600 MPa左右，最大力下伸長率在2%左右；當灌漿料強度大于50 MPa時，鋼筋套筒的力學性能基本維持不變，套筒接頭均為鋼筋拉斷破壞，套筒接頭抗拉強度在640 MPa左右，最大力下伸長率在10%左右。灌漿套筒試件的最終破壞形式如圖8所示。

4 結論

本文對灌漿料強度分別為40、50、60、70、80 MPa的5組灌漿套筒試件進行了單向拉伸試驗，研究灌漿料強度對灌漿套筒接頭抗拉強度的影響。試驗結論：

（1）灌漿后28 h后，灌漿料強度達到40 MPa，此時套筒接頭均為鋼筋拔出破壞。

（2）灌漿后44 h后，灌漿料強度達到50 MPa，此時套筒接頭均為鋼筋拉斷破壞，其后，灌漿料強度均滿足套筒接頭為鋼筋拉斷破壞的要求。

（3）灌漿料強度大于50 MPa后，灌漿套筒接頭的抗拉強度和最大力下伸長率基本維持在同一水平，因此在工程實際中可合理選擇適當強度的灌漿料。

參考文獻

［1］ 劉瓊， 李向民， 許清風. 預制裝配式混凝土結構研究與應用現狀［J］. 施工技術， 2014（22）：7.

［2］ 顧盛. 裝配式混凝土結構連接節點質量檢測的困惑與破解之道［J］. 工程質量， 2018， 36（11）：1-6.

［3］ 鄭清林， 王霓， 陶里，等. 灌漿套筒力學性能影響因素分類及其機理分析［J］. 四川建筑科學研究， 2017， 43（3）：5.

［4］ 黃遠，韓冰.高強灌漿料與鋼筋黏結滑移試驗研究［J］.地震工程與工程振動，2022，42（2）：52-61.

［5］ 陳海彬， 武立偉， 蘇幼坡. 鋼管灌漿套筒連接受拉性能的試驗研究［J］. 世界地震工程， 2016， 32（2）：18-24.

［6］ 鄭永峰，郭正興. 變形灌漿套筒連接性能試驗研究及有限元分析［J］. 建筑結構學報， 2016， 37（3）：9.

［7］ 鋼筋機械連接技術規程：JGJ107—2016［S］.北京：中國建筑工業出版社，2016.

［8］ 陳萌， 趙倫， 李攀杰，等. 聚丙烯纖維灌漿料及其鋼筋套筒連接受力性能試驗研究［J］. 復合材料學報， 2022， 39（2）：10.

［9］ 鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程：JGJ355—2015［S］.北京：中國建筑工業出版社，2015.