灌浆套筒装配式建筑预制混凝土与灌浆料结合试验

李民，梅楚南

（1.安徽清石建筑设计研究院，安徽 合肥 230032；合肥铁川科技有限公司，安徽 合肥 230032）

目前灌浆套筒连接技术应用广泛，是钢筋混凝土装配式建筑节点的重要连接方法，对此连接技术和材料的研究虽有很多，但仍然不够充分和全面[1、2][8]。

其中对于灌浆料的研究也有很多，主要集中在材料成份变化对性能的影响；工艺性能，流动度、竖向膨胀率、泌水率、体积稳定度等；力学性能，抗压强度、配合套筒对钢筋的锚固力等[2-4]。

而对预制混凝土与灌浆料结合研究却很少，故对此做了初步试验。

1 试验设计

模仿现行预制构件竖向连接方式，借鉴混凝土轴心抗拉强度试验方法[5]，依据规程预制混凝土之间保留20mm接缝，并用灌浆料填充[6]；结合工程实际，7天后测试灌浆料与预制混凝土之间的粘结效果和抗拉强度值，如图1。

图1 灌浆料与预制混凝土的粘结

现行装配式建筑规程和标准：

①《装配式混凝土结构技术规程》（JGJ1-2014）；

②《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》（JGJ 355-2015）；

③《钢筋连接用灌浆套筒》（JG/T 398-2012）；

④《钢筋连接用套筒灌浆料》（JG/T 408-2013）；

⑤《装配式混凝土建筑技术标准》（GB/T 51231-2016）。

相关规范：

①《混凝土结构技术规范》（GB 50010-2010）；

②《水泥基灌浆料应用技术规范》（GB/T 50488-2015）。

2 试验方法

2.1 材料准备

制作 6个 100×100×100mm 的C30混凝土试件（C30，由上海建工北亚项目提供），钢筋居中预埋，深度80mm。

其中2个作下部试件，在上端面用3支小竹楔支撑起20mm接缝作为灌浆层，4只试件的端面均凿毛，深度5～8mm。

灌浆料从合肥市经开区某项目工地取样，国外品牌，外观呈灰色干水泥粉末状，无大径硬骨料（＞1mm）；其水灰比14%（重量），搅拌 5min，初凝期30min。

搅拌设备为调速电钻和塑料桶。

2.2 试验步骤

①用纤维板将上下试件和灌浆层四面围住，一侧作注浆口并呈开放状（高位漏斗法(7)），对面一侧纤维板上部开孔做出浆口，出浆口高于灌浆层，灌浆密实后用小板封闭。纤维板用胶带固定在试件四壁，且防止浆料漏出，如图2、图3。

②试验室温度25℃，制作2对试件，分2次拌合灌浆料，实际水灰比如下：

a.灰料 1010g，水 145g；

b.灰料 705g，水 100g。

③用电动工具搅拌，先慢后快，充分搅拌均匀后，5min内灌注完毕；拌合好的灌浆料具有良好的触变性，流动度良好，如20℃新鲜酸奶状。

图2 纤维板围住灌浆层四面

图3 纤维板上部开孔做出浆口

④灌浆时低速缓慢灌入，以确保空气排出和填充密实；封闭出浆口后，在注浆口外端保留浆料高出灌浆层2cm，让灌浆料在保持一定压力环境下初凝硬化。

⑤试件静置10d，用仪器测试灌浆料与预制混凝土面的结合强度。设备加压为手控慢速操作。

3 试验结果

①2对试件均呈现灌浆层上表面脆性断裂，如图4；

②灌浆层断裂端面有直观气泡孔100多处，孔径大多在1～2mm，如图4（d）；

③灌浆层上表面粘接强度低于下表面；

④2对试件的拉力破坏值分别是1.7kN、1.9 kN；

⑤试件端面凿毛表面积增大1.8～2.5，取低值1.8计算上表面粘接强度值，分别为 0.94MPa、1.06MPa；

⑥上表面粘接强度值远低于C30混凝土抗拉强度标准值2.01N/mm2，也小于设计值ft=1.43N/mm2。

4 结果分析

对于上表面出现脆性断裂的原因初步分析如下：

①自重对水泥基灌浆料与混凝土的结合有较大作用，下表面结合紧密；

②灌浆料的粘接力不高，对非受压、非紧密接触的上表面粘结力更弱；

③水化热产生水蒸气，聚羧酸减水剂、膨胀剂、引气剂等多种成份会产生气体，微小气泡上浮出浆体，聚集在试件端面，阻隔灌浆料与试件端面结合；

④预制混凝土试件端面会吸收灌浆料中水份，致使灌浆料不能充分水化反应。

5 拓展和建议

①将灌浆料与预制剪力墙的结合面等同于现浇层间施工缝是不合适的。

层间施工缝并不是一种真实存在的缝，它只是因先浇筑混凝土超过初凝时间，而与后浇筑的混凝土之间存在一个结合面。

图4 灌浆层上表面脆性断裂

现浇工艺因具有同材质混凝土、受重力压实、含水量充足、纵向钢筋连续等因素，是结构整体，而这些都是采用灌浆方式连接的装配式建筑所不具备的。

因此，将使用灌浆方式连接的竖向剪力墙PC构件视作结构整体是不合理的。

②目前对于灌浆料与预制构件混凝土（也包括灌浆套筒、灌浆料和钢筋）的抗拉、抗折、弹性模量、耐久老化、振动疲劳、气体排出量（因封闭施工需要新的检测内容）等性能研究十分欠缺和迫切[1-2]。

③很多抗震试验表明灌浆料与预制剪力墙之间受震早期即产生贯通裂缝和破坏[8]。需要更多相关试验，研究此类裂缝对结构整体抗震承载力的影响。

灌浆料结合面会因上层构件叠加重压、材料的自收缩、长期干湿冷热环境变化、热胀冷缩等效应与上部构件剥离，容易形成贯通裂缝。

④施工工艺可进一步优化。在灌注材料前，应对预制混凝土基材灌注面过水湿润，不留明水[7]，以减少其对灌浆料中水份的吸收；而灌浆料的水灰比是需要严格控制的指标[6-7]，不可随意添加水份。

使用消泡剂可以分散气泡，使气泡不聚集，利于排出浆体，提高灌浆料密实度，但消泡剂不能减少气体产生的总量[9]；灌浆套筒工艺是封闭施工，气体难以排出。

建议改进施工工艺，设置“排气孔”[7]，以排除灌浆料硬化过程产生的气体。

⑤材料进一步优化，可以考虑将连接钢筋和混凝土的灌浆材料区别对待。