装配式结构浆锚搭接节点质量研究

胡 野

（南京市建筑安装工程质量监督站，江苏 南京 210016）

0 引言

2017 年 3 月住房和城乡建设部颁布了《"十三五"装配式建筑行动方案》《装配式建筑示范城市管理办法》及《装配式建筑产业基地管理办法》，要求到 2020 年，全国新建建筑装配化率达到 15 % 以上。作为建筑业大省，江苏省早在 2014 年 10 月就出台了《江苏省关于加快推进建筑产业现代化促进建筑产业转型升级的意见》，明确要求通过试点示范期（2015～2017 年）、推广发展期（2018～2020 年）和普及应用期（2021～2025 年），使得全省在 2025 年末新建建筑装配化率达到 50 % 以上，装饰装修装配化率达到 60 % 以上。如此高的装配率，必然需要采用预制竖向结构构件，而竖向节点的连接方式，目前只有套筒灌浆和浆锚搭接这 2 种形式。在地震等水平荷载作用下，刚性体系的竖向结构构件的上下锚固端均承受最大的弯矩和剪力，工作状况恶劣，受力情况复杂，对竖向节点稳定的力学性能有很高要求。本文结合预制剪力墙的住宅工程，论述浆锚搭接这种连接方式的质量控制要点。

1 浆锚搭接的传力机理

浆锚搭接连接的机理是搭接钢筋通过钢筋与混凝土的粘接作用，在搭接区段实现力的有效传递。浆锚搭接是非接触搭接，因为在搭接区段有波纹管的横向约束，造成环箍效应，相比传统的钢筋搭接形式，其所采用的高强灌浆料的强度和粘接性远高于普通混凝土。在构件受力过程中，外力通过剪力的方式首先传递至浆料中，再通过波纹管和混凝土的粘接，把力传递至混凝土结构。Sagan等［1］在研究了钢筋非接触搭接的往复荷载拉压试验后认为：与钢筋接触类搭接相比较，非接触搭接方式更加可靠。

因为力的传递不仅与钢筋、灌浆料、波纹管的材料质量有关，还与多个界面质量有关，如钢筋与浆料的界面质量、浆料与波纹管的界面质量、波纹管与混凝土的界面质量等。相关研究表明，钢筋与灌浆料的握裹力、波纹管的质量、波纹管与内部灌浆料及外部混凝土的粘接力决定其最终的锚固性能。

预制构件生产厂家比较容易控制波纹管的质量，合格的波纹管对灌浆料及混凝土的粘接力也是有保证的，现场不容易保证的是钢筋与灌浆料的握裹力，而这直接与钢筋的搭接长度和灌浆料的质量有关，本文主要分析影响钢筋与灌浆料握裹力质量的各个方面。

2 浆锚搭接连接缺陷的表现形式及影响因素

2.1 表现形式

现场浆锚搭接连接缺陷的表现形式主要为：浆锚搭接连接的端部或中部缺陷、浆料离散缺陷、浆料本身质量缺陷、钢筋锚固长度不足、施工扰动等。

2.1.1 浆料本身质量和密实度缺陷

徐文杰［2］制作 80 个各种质量缺陷的试件进行单项拉拔试验；制作 4 个采用浆锚搭接连接的预制混凝土柱，进行低周期反复荷载试验，得出各种缺陷对节点质量的影响程度如下所述。

1）浆锚搭接连接的端部缺陷。当缺陷长度≤55 %，对浆锚性能的影响较小；当缺陷长度≥60 % 时，钢筋拔出破坏。

2）浆锚搭接连接的中部缺陷。当缺陷长度≤45 %，对浆锚性能的影响较小；当 45 %≤缺陷长度≤60 %，承载力未出现大的下降，但位移增幅较大，最终钢筋拉断破坏；当缺陷长度≥60 % 时，钢筋拔出破坏。

3）浆料离散缺陷。缺陷长度为 40 % 时，承载力变化较小，但位移增幅较大，最终钢筋拉断破坏；缺陷长度≥40 % 时，钢筋拔出破坏。

4）浆料本身质量缺陷。不合格的灌浆料无法保证浆体的性能。浆料掺水二次搅拌，造成浆料分层离析现象严重，强度离散性很大。浆料掺砂 18 % 时，浆料强度下降 24 %，并且离析很快，无法顺利灌浆。

2.1.2 钢筋锚固缺陷

东南大学陈云钢等［3］制作了 162 个不同钢筋直径、搭接长度的预制装配式混凝土浆锚搭接试件，进行钢筋锚固长度拉拔试验研究，结果均为钢筋拉断破坏。研究结论为：采用按现行规范计算的锚固长度的 60 % 设置浆锚钢筋，锚固长度仍可满足受力要求，拉拔试验能保证浆锚钢筋充分发挥其强度而拉断。

2.1.3 钢筋位置偏差

位置偏移或钢筋歪斜对浆锚搭接连接性能影响较小。但如集束钢筋相互紧密，无浆料有效包裹时，会造成握裹力下降。

2.1.4 施工扰动影响

在灌浆料强度未达到要求前，施工扰动将造成钢筋和浆体间的握裹力下降。握裹力和浆体强度成正比关系。根据相关试验，C80 灌浆料的强度随时间变化如表 1 所示。

表1 浆体强度随时间变化表

7 d 内浆体强度增长迅速，达到设计强度 97 %，14 d 后增长缓慢。在早期浆体硬化阶段，扰动对钢筋握裹力有很大影响。目前未见浆锚扰动相关试验数据，但可以参照钢筋与混凝土的握裹力试验。戴妙娴等［4］通过对早龄期钢筋混凝土进行拉拔试验，分析各种扰动对混凝土早期钢筋握裹力的影响。试验表明，混凝土初凝后的扰动对钢筋握裹力的影响最为严重，龄期为 12 h 时，钢筋握裹力损失最大，达 13.86 % 。

2.2 影响因素

2.2.1 灌浆料质量

灌浆料质量对锚固质量影响很大。不论是使用不合格灌浆料还是合格灌浆料二次加水搅拌，都严重影响灌浆节点的连接性能，极大降低可靠性。

灌浆料二次加水搅拌对强度的影响未见相关研究，但曹忠露等［5］研究了混凝土拌和后二次加水对其强度的影响，文献表明：混凝土拌和后的加水量和加水时间对其抗压强度有显著影响。当加水量为 15 kg/m3时，加水时间为 0、1、2 h 所对应的混凝土，水中养护 7 d 抗压强度分别降低 9.3 %、13.4 %、9.0 %，水中养护 28 d 抗压强度分别降低 9.0 %、9.1 %、7.7 %；当加水量为 30 kg/m3时，加水时间为 0、1、2 h 所对应的混凝土，水中养护 7 d 抗压强度分别降低 29.2 %、22.1 %、18.8 %，水中养护 28 d 抗压强度分别降低 25.2 %、17.1 %、19.9 %。同样，混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度也有明显下降。类似于混凝土，灌浆料二次加水对浆体强度，特别是早期强度有显著的降低，并且还会增大离散性，恶化泌水性能。

对于使用产品不合格灌浆料来说，影响不仅严重，而且影响范围广。不合格灌浆料有流动性差、离散性大的表现，造成后期强度低、收缩大等多方面不良后果，严重影响结构的可靠性。

2.2.2 施工影响

1）浆体的离散性对变形影响很大，不论离散性小时表现为变形大而承载力变化小，还是离散性大时表现为钢筋锚固失效，都对节点的连接性能有很大影响。

2）浆体未达到强度前，在浆体硬化阶段的扰动对握裹力影响较大。

3）施工造成的端部或中部不密实。随着浆体不密实长度的增加，钢筋握裹力不断减小，至临界点时，钢筋拔出。对此，设计会在图纸中明确密实的灌浆高度的最小值，以保证钢筋不被拔出破坏。

综上所述，根据理论模型和试验数据，对现场节点质量控制来说，灌浆料的质量和浆体的离散性的合格与否，直接决定节点质量的合格与否；浆体达到强度前的施工扰动直接造成握裹力下降，以上缺陷属于不可接受范围。而浆体的密实度、钢筋锚固长度和握裹力之间存在密切关系，并且存在临界指标，需要设计予以明确；其他如钢筋位置偏差等对节点质量影响不大。

3 浆锚搭接节点质量控制

杨庄 6 号工程为住宅小区，其中 2 栋住宅楼，3 层以上采用装配式剪力墙结构，共 21 层，建筑面积为 40 553 m2，建筑高度为 62.2 m，是 2017 年度当时在建的江苏省最大单体面积装配式住宅，也是当时预制率最高的剪力墙结构。

该工程预制剪力墙构件采用浆锚搭接的连接形式。波纹管外侧设置螺旋箍筋，下部竖向钢筋以集中约束方式锚入预留孔道中，注入灌浆料，形成整体结构，如图 1～ 2 所示。

图1 预制剪力墙浆锚节点剖面

图2 波纹管设置灌浆及排浆口（单位：mm）

根据前面浆锚搭接质量影响因素的分析，施工现场重点需对灌浆料质量、注浆质量、施工扰动等三方面进行重点控制，具体如下所述。

3.1 灌浆料的质量控制

现在市场上的高强度灌浆料品类繁多，价格不一，质量良莠不齐，且生产标准不统一。南京市场灌浆料从每吨 1 000 多元至 5 000 多元不等，差价之大难以想象。

JGJ 1－2014《装配式混凝土结构技术规程》第6.5.4 条规定：“采用浆锚搭接时，对预留孔成孔工艺、孔道形状和长度、构造要求、灌浆料和被连接钢筋，应进行力学性能及适用性的试验验证”。

为确保使用合格的、适合本工程特点的灌浆料，项目部首先建立和工程相同的样板单元，通过构件的力学性能试验来验证浆锚搭接的可靠性。

首先对前期选择的几种灌浆料样品进行流动性、膨胀率、抗压强度及泌水性 4 个方面试验，然后按图纸进行钢筋设置和注浆施工，并对浆锚搭接节点实体进行破坏性检测，通过对浆锚节点的拉拔检测（见图 3）和取芯芯样的密实度检测（见图 4），验证灌浆料及连接方式的可靠性，并从中选择表现最优的样品。

图3 浆锚搭接节点现场拉拔检测

图4 浆锚搭接节点取芯芯样

根据试验结果及施工人员反馈，最终选用的是某公司的产品：H80 灌浆料和普通型（H50）坐浆料，其产品性能如表 2～ 3 所示。

在对比试验中，普通型（H50）坐浆料 28 d 抗压强度在 60.8～65.3 MPa，H80灌浆料 28 d 抗压强度在 91.1～103.5 MPa。而 1 d 早期强度 H50 在 30 MPa 左右，H80 灌浆料在 40 MPa 左右。在浆锚搭接节点的实体破坏性检测中，钢筋均未拔出，并且取芯芯样灌浆密实。另外，试验中发现价格低的灌浆料在流动性、膨胀率、抗压强度及泌水性等方面的表现均较差，不能满足基本的施工质量要求。

表2 H80 灌浆料的技术性能

表3 普通型（H50）坐浆料的技术性能

3.2 灌浆施工质量的控制

3.2.1 选用合格的灌浆机器

市场上的绝大多数灌浆机无压力表，个别有压力表的也不是主要针对灌浆压力的控制，而是对灌浆机的保护开关。选用附带压力表的灌浆机器是保证灌浆密实度的前提。

3.2.2 分仓及坐浆

预制剪力墙安装前应先做分仓隔墙，分仓长度不超过 1 m。采用 40 cm 长的 PVC 管做隔墙两侧模板，隔墙宽度≥ 2 cm，填塞坐浆料，安装剪力墙板，确保上下混凝土面结合密实后，抽出 PVC 管。再用 PVC 管做内衬，对剪力墙外沿进行填塞，宽度约 1.5～2 cm，如图 5 所示。常温 24 h 后，强度基本达到 30 MPa。坐浆料需在拌制完成后 30 min 内使用完成。

图5 分仓示意图

3.2.3 浆制作

严格按照产品合格证的要求，对灌浆料进行制作：灌浆料的加水量控制在 13 %～15 %，采用电子秤进行秤量，精确至 0.1 kg。采用专用拌料桶搅拌灌浆料。先将水全部加入桶中，然后加入一半灌浆料，采用电动搅拌机将料拌匀后，添加另外一半灌浆料，然后搅拌 4～5 min，静置 2～3 min，待气泡基本排出。每次拌制的灌浆料应进行流动度的检查，确保流动度 ≥300 mm 方可使用。

3.2.4 注浆过程控制

将拌好的灌浆料加入灌浆机中，然后从灌浆孔进行慢速注浆，控制注浆料流速为 0.8～1.2 L/min。从下排注浆孔向套筒内注浆，其余下排注浆孔出浆后，待无气泡后进行封堵，继续注浆；待上部每个出浆孔成股出料后，采用专用橡皮塞进行封堵出浆的出浆孔，待上部最后一个出浆孔也成股出浆后稳压 3～5 s 后停止注浆，采用专用橡皮塞进行封堵最后的注浆孔与出浆孔。注浆泵口撤离注浆孔时，应立即进行封堵。正常注浆状态下的压力表的数字不超过 1 MPa。

3.2.5 注浆施工通病防治要点

注浆前应严格检查每个注浆孔是否通畅；灌浆施工开始时，坐浆强度需满足 30 MPa，因本工程在夏季施工，24 h 后均能满足；同一仓只能在一个注浆孔进行灌浆，不可同时选择 2 个以上注浆孔；同一仓应连续注浆，不得停顿；注浆料应从加水算起 30 min 内使用完成，未用完的注浆料应丢弃不得二次使用。现场试验表明，浆料前 30 min 流动性能良好，45 min 时流动度下降 22 %，60 min 时下降 32 %。

3.3 避免施工扰动

1）每件预制剪力墙板设置 2 个底部限位装置，采用预埋形式，确保安全。每件预制剪力墙板设置 2 套临时斜撑系统，每套 2 道斜支撑，由长、短斜向可调节螺杆组成。上支撑点位置设置在墙高的 1.4 m 处（剪力墙高度在 2.35～2.40 m），如图 6 所示。

2）安装就位后，施工人员通过墙底钢垫片、临时斜撑对预制剪力墙板的水平位置、垂直度、高度等进行调整，直至满足规范相关的允许偏差要求。钢垫片规格为 40 mm×40 mm×（1、3、5、10、20 mm 厚）

图6 斜撑系统

3）临时斜撑全部调整完毕，固定锁死后，进行坐浆、灌浆施工。根据检测现场制作的灌浆料 2 d 早期抗压强度试块，均能达到 48 MPa 以上，而预制剪力墙最大标号为 C50，所以灌浆 2 d 后即可进行水平预制构件的吊装，而在灌浆后 2 d 期间内，进行预制剪力墙板之间的现浇部位施工（钢筋绑扎，竖向模板搭设）以及顶板间现浇部位的下部支撑模板的搭设，不扰动剪力墙。

4）在施工人员熟悉施工工序、质量要求后，为避免搭设脚手、模板支撑、吊装楼板时对预制竖向构件的碰撞，为在吊装楼板完成后，再次对竖向构件进行定位测量和微调，为进一步提高施工效率，现场调整了灌浆时间。临时斜撑全部固定锁死后，进行后续模板、吊装施工，在上一层预制剪力墙固定完成后，再进行本层的灌浆施工。采用此种方法灌浆施工后，无施工荷载扰动，确保了灌浆料浆体和钢筋及波纹管的粘结性能。因本工程采用的是定制铝合金模板支撑系统，无横杆，便于施工人员在楼层中进行注浆施工。

5）临时斜撑必须在灌浆料强度达到设计要求后方可拆除，如设计无要求，灌浆料强度应达到设计强度的 75 % 以上方可拆除。

4 浆锚搭接连接节点的密实度检测

4.1 浆锚搭接连接节点密实度检测的依据

根据 JGJ 1－2014《装配式混凝土结构技术规程》［6］要求，装配式结构验收时不仅需要提供灌浆料强度、坐浆料强度检测报告，主控项目 13.2.2 条还要求浆锚搭接连接的灌浆应密实饱满。检查灌浆施工质量检查记录可以间接反映灌浆密实情况，而如果能对灌浆密实度进行检测，无疑更加直观。考虑到本工程是装配率很高的高层保障房项目，所以参建各方一致认为需要对灌浆密实度进行检测。由于密实度判定需要进行破损检测，而这会影响竖向结构构件的力学性能，设计单位建议采取无损检测方法。

4.2 检测方法的选取

经咨询、对比后，建设单位委托江苏省建筑工程质量检测中心采用扫描式冲击回波测试法（IEC）对密实度进行检测。该方法是基于应力波的一种检测结构厚度、缺陷的无损检测方法，它不仅能够快速确定混凝土结构中孔洞、蜂窝、裂缝、剥离以及其他缺陷，而且能确定结构构件的厚度、各种缺陷的深度。相比其他需检测混凝土对应的 2 个面的检测方法，其只需要一个侧面就可以进行测试。该方法配备 IEC 扫描式冲击回波测试系统，具有下列优势：①其采用滚动传感器技术，可以快速大面积连续检测；②数据经软件处理可以快速成像，直观显示缺陷位置及程度；③检测的混凝土厚度范围广，对 5～500 cm 厚混凝土内缺陷均可检测。

4.3 无损检测结果

江苏省建筑工程质量检测中心随机对 30、31 号楼各 29 面墙体，共 58 面墙体进行灌浆料密实度现场试验。每面墙体包含端部 2 根波纹套管，在非注浆面的墙体上布置 5～10 条水平测线，测线长根据 2 根波纹套管位置，确定为 600～700 mm；测线间距在上部较密，因为不密实部位主要发生在上部出浆口；每条测线上测点间距为 25 mm。根据仪器反馈的各测线名义厚度图、各测点的时域及频谱图，分析波纹套管内灌浆料的缺陷情况。灌浆密实度无损检测结果基本符合要求。

4.4 取芯检测验证检测结果

杨庄 6 号工程灌浆密实度检测日期在 2018 年 3 月份，当时在南京市范围内，采用扫描式冲击回波测试法（IEC）对密实度进行检测还是第一次，也是江苏省建筑工程质量检测中心第一次采用该方法对灌浆密实度进行检测，所以慎重起见，对检测中 9 个较难准确判断的图形，对相应实体进行取芯检测，如图 7 所示。根据 9 个取芯芯样的外观质量判定密实度合格，并以此验证了扫描式冲击回波测试法（IEC）的可靠性。

5 结语

图7 取芯芯样外观质量

装配式结构浆锚搭接节点的质量直接关系到装配式结构的整体安全性能，从设计、构件制作、现场施工各环节均应高度重视。对于现场施工来说，灌浆料原材料质量、注浆过程、早期施工扰动等关键工序必须严格控制。工程实践证明，浆锚搭接连接方式是可靠的，能满足设计和规范验收要求。目前还有些理论试验、技术要点、检测方法等有待进一步研究，相信浆锚搭接连接将会有更大的发展。