装配式混凝土建筑中钢筋套筒连接技术分析

2020-05-22胡倪赟孙焱焱冯兴悦宿迁学院建筑工程学院江苏宿迁223800

安徽建筑 2020年4期

胡倪赟，孙焱焱，冯兴悦（宿迁学院建筑工程学院，江苏宿迁 223800）

0 前言

建筑业的环保、节能、低碳、减排等已经成为我国国民经济增长方式转变和国民经济可持续发展的主要矛盾。装配式混凝土建筑相比传统现浇混凝土建筑具有产品质量好、生产效率高，环境污染小、能源消耗少，生产成本低、可持续发展强等优点[1]。2016年国务院发布《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》及《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》，文件要求力争用10年左右的时间，使得装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30%，装配式建筑近年来在全国范围内迅速发展。装配式构件的连接是装配式混凝土建筑的关键技术，影响着装配式混凝土建筑的整体性[2]。节点区域现浇混凝土和钢筋连接是我国现行装配式混凝土建筑构配件连接的主要方式，在工程实践中，装配式混凝土建筑构配件钢筋连接主要采用套筒灌浆，同时也是《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）推荐采用的主要钢筋连接技术。本文主要介绍了装配式混凝土建筑中套筒灌浆连接的传力机制、施工工艺和技术特点，总结装配式混凝土套筒灌浆连接技术存在的问题，为套筒灌浆技术今后的发展提供一些参考。

1 装配式混凝土建筑概述

装配式建筑是指在工厂或现场生产预制建筑部品和构配件，在现场采用机械化施工技术装配而成的建筑物，其组织过程分为三个阶段：结构设计、构配件制作及工业化装配。从结构体系上装配式建筑主要有装配式框架结构、装配式剪力墙结构和装配式框架-剪力墙结构；从材料上装配式建筑主要分为装配式混凝土结构、装配式钢结构、装配式竹木结构和装配式砌块结构，其中装配式混凝土结构应用最广泛。

2 套筒灌浆连接

装配式混凝土连接按施工工艺上主要分为湿式连接和干式连接。湿式连接为区域现浇配合钢筋连接，钢筋连接主要分为套筒灌浆、浆锚搭接等；干式连接主要为预应力连接。对于混凝土框架结构，装配式连接的位置主要在梁-柱、柱-柱、叠合梁等部位；对于剪力墙结构，装配式连接的位置主要在剪力墙的底部、顶部，约束边缘等部位。钢筋套筒灌浆连接是在预制混凝土构件中预埋的金属套筒中插入钢筋并灌注水泥基灌浆料而实现的钢筋连接方式。根据钢筋与套筒接头连接的形式，可分为全套筒灌浆和半套筒灌浆。全套筒灌浆接头两端的钢筋均采用灌浆方式，且两端钢筋为带肋钢筋。框架结构梁柱节点处预制梁的纵向受力钢筋连接通常采用全套筒灌浆连接。半套筒灌浆则是一端钢筋采用套筒灌浆方式，另一端采用螺纹等方式（非灌浆连接），主要用于竖向构件连接节点。

2.1 套筒灌浆机理

套筒灌浆是梁端钢筋接头传力的介质，相当于钢结构连接中的连接板。水泥基灌浆料具有强度高、龄期短、微膨胀等特点，当它受到灌浆套筒的约束作用时，在灌浆料和灌浆套筒内侧筒壁之间产生较大的正向压应力，从而在钢筋的带肋粗糙表面产生较大的摩擦力，实现钢筋应力的传递。钢筋套筒灌浆连接接头的力学性能主要取决于钢筋、灌浆套筒、水泥基灌浆料三者材料性能以及连接钢筋锚固长度、施工时的灌浆饱满度。

全/半套筒灌浆图

2.2 套筒灌浆施工工艺

套筒灌浆连接是确保受力构件连接可靠的重要因素，主要施工流程为：灌浆孔检查→预制构件底部接缝四周封堵→灌浆料灌浆[3]。

①灌浆孔检查

灌浆前，露出混凝土楼面连接钢筋的长度偏差控制在0～10mm，中心位置偏差控制在0～2mm，保证钢筋倾斜度，检查灌浆孔和排浆孔是否畅通。

②接缝四周封堵

预制柱定位后，将预制构件接缝的四周用坐浆料进行密封；预制墙板构件则在吊装前沿长度方向进行分仓，每个分仓长度控制在1.2m左右，坐浆料强度不低于墙体混凝土强度，确保灌浆连接仓能够承受至少1MPa的压力。

③灌浆料灌浆

采用压降法进行灌浆作业，从套筒下方的灌浆孔处向套筒内压力灌浆，待上方的排浆孔连续均匀流出灌浆料后，用专用的橡胶塞对灌浆孔、排浆孔进行封堵，封堵时灌浆泵持续保持压力。灌浆之后，灌浆料试块在同等条件下，强度达到35MPa后方可进入下一道工序。通常情况下构件和灌浆层在灌完浆24h不能有振动或碰撞，温度较低时应采取措施加热钢筋套筒连接处。

2.3 套筒灌浆技术特点

灌浆套筒通常采用金属钢材料机械加工或碳素钢而成，与传统铁铸产品相比，性能可靠稳定。套筒内部沟槽设置肋纹，正反向倾斜，受力合理。高强水泥基灌浆料流动性大、操作简单、早期性能好、终期强度高。套筒连接技术广泛应用于装配式混凝土建筑中。与此同时，套筒灌浆连接筒内灌浆料密实度缺乏有效检测手段，且试验研究表明套筒灌浆连接的韧性不足，易出现爆裂现象，质量难以保证。

近年来部分学者从三个方面提高钢筋套筒连接的力学性能：

①文献[4]以钢筋直径、锚固长度、套筒内径和套筒壁厚等主要影响参数为因变量，进行灌浆套筒中钢筋与灌浆料的黏结试验，提出了基于响应面法的黏结强度计算表达式，同时运用ABAQUS有限元软件对有环形凹槽的钢套筒的受力性能进行数值模拟分析，结果表明对于HRB500级以下钢筋的锚固长度取7d可满足设计要求；

②文献[5]在水泥基灌浆料中掺入聚乙烯醇纤维，通过不锈钢钢筋拉伸试验，结果表明：掺入聚乙烯醇纤维的灌浆料流动度下降，抗压强度变化不明显，抗折强度增大，韧性增加；

③文献[6]设计制作了4组不同强度的套筒灌浆料试件并进行表面里氏硬度和抗压强度试验，结果表明：套筒灌浆料标准试件表面里氏硬度较好地服从正态分布；两次测试或对称侧面测试的结果具有重复性；通过拟定的数据处理方法，里氏硬度离散性显著减小，灌浆料表面里氏硬度与其抗压强度具有显著相关性，其中采用指数回归拟合综合效果最好。对于现有的套筒灌浆连接技术研究，多为考虑套筒内部构造、钢筋的锚固长度及直径等参数，分析套筒灌浆连接的力学性能，且水泥基灌浆料脆性大、韧性低，拉拔过程中易产生爆裂。在灌浆料掺入聚乙烯醇等以提高其韧性，但同时灌浆料的流动性能下降。在保证套筒灌浆连接强度的同时，通过有效措施提高套筒灌浆连接的韧性和流动性，从而保证套筒灌浆连接的可靠性，是套筒灌浆连接研究的主要方向。