灌浆缺陷补浆对套筒灌浆连接接头力学性能影响的试验研究

2022-05-13李红明李涵清

工程质量 2022年2期

张军，顾盛，李红明，李涵清，王陶

（1.昆山市建设工程质量检测中心，江苏昆山 215337；2.江苏科技大学，江苏镇江 212000）

0 引言

钢筋套筒灌浆连接是在装配式混凝土结构中常用的钢筋连接形式，是一种在预制混凝土构件内预埋的金属套筒中插入钢筋，并灌注高强、微膨胀的水泥基灌浆料而实现的钢筋对接连接方式［1］。但是，由于构件加工精度、现场施工水平等因素，套筒内部可能出现漏浆、少灌的情况。若套筒内部灌浆不饱满，钢筋连接将达不到预期性能，则会带来结构安全隐患［2，3］。因此，针对套筒灌浆饱满度检测以及发现灌浆缺陷后套筒补浆整治技术的研究尤为关键。

对于套筒灌浆饱满度检测技术，研究人员陆续提出了 X 射线法、阻尼振动法、预埋钢丝拉拔法、冲击回波法、超声波法、内窥镜法等多种检测方法［4-8］，但是，对套筒灌浆饱满度进行检测只是“识病”，在发现问题后如何“治病”，目前是一个技术难题，相关的研究很少。JGJ 355－2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》［9］给出了一种补浆方法，将与注射器相连的细管通过出浆孔道伸入套筒内腔，缓慢推动注射器活塞进行补浆，注射补灌至出浆口处有灌浆料溢出，边注射边拔出注射器，并及时封堵出浆口。但是，补浆后的钢筋套筒灌浆连接接头力学性能能否满足标准要求尚未可知，补浆区连接钢筋表面以及套筒内壁会有初始灌浆料残留层，每个套筒的补浆区段长度也不相同，且套筒内腔同时存在特配补浆料与初始灌浆料二种材料，初始灌浆料残留层、补浆区段长度以及特配补浆料与初始灌浆料的协同工作能力是否会对钢筋套筒灌浆连接接头力学性能造成影响，需进一步研究。

本文以全灌浆套筒接头为研究对象，以初始灌浆料残留层、补浆区段长度以及特配补浆料与初始灌浆料的协同工作能力为试验参数，研究灌浆缺陷补浆对钢筋套筒灌浆连接接头力学性能的影响。

1 试验设计

1.1 材料参数

1.1.1 钢筋的力学性能参数

本次试验采用的连接钢筋为 HRB400E 热轧带肋钢筋，直径为 18 mm，根据 GB/T 228.1－2010《金属材料拉伸试验第 1 部分：室温试验方法》［10］对连接钢筋力学性能进行了检测，详细参数如表 1 所示。

表1 试验用连接钢筋力学性能参数

1.1.2 灌浆套筒技术参数

试验所选用的套筒为 GT 18L 型全灌浆套筒，其性能满足 JG/T 398－2019《钢筋连接用灌浆套筒》［11］要求，详细参数如表 2 所示。

表2 试验用全灌浆套筒技术参数 mm

1.1.3 灌浆料及补浆料性能参数

本次试验选用的套筒灌浆料为 CGMJM－VI（6）型灌浆料，特配补浆料为高流动性补浆料，如图 1、图 2 所示。灌浆料拌和时水与灌浆料的质量比为 0.12，特配补浆料拌合时水与灌浆料的质量比为 0.28，按照 JG/T 408－2019《钢筋连接用套筒灌浆料》［12］对灌浆料及补浆料的流动度及强度进行检测，检测结果如表 3 所示，均满足标准要求。

图1 灌浆料

图2 补浆料

1.2 试件设计及制作方法

本次试验共制作了 30 个套筒接头试件，每个套筒接头试件钢筋插入长度均为 8d（d为连接钢筋直径）。预设不同程度的缺陷，套筒接头试件内腔分为两部分：灌浆饱满区以及补浆缺陷区。补浆区段长度分别为 3、4、5、6、8d。为了精确控制灌浆饱满度，在预设缺陷底部位置事先钻孔，如图 3 所示；为了在补浆缺陷区连接钢筋表面及套筒内壁形成初始灌浆料残留层，每个套筒接头试件初始灌浆时均灌满，静置 10 min 后再进行漏浆；补浆采用两种材料，分别为 CGMJM－VI（6）型初始灌浆料以及特配补浆料。

图3 预设缺陷底部位置套筒壁钻孔

套筒灌浆连接接头试件具体成型步骤如下：将套筒安装在支撑固定架上，灌浆前使用透明胶带将套筒壁钻孔处封住，如图 4（a）所示；拌制 CGMJM－VI（6）型灌浆料，使用灌浆枪在灌浆孔道处进行灌浆，等到出浆孔道处有浆料成股流出，使用橡胶塞对出浆孔道进行封堵，拔出灌浆枪，使用橡胶塞将灌浆孔道封堵，如图 4（b）所示；10 min 后，移除胶带进行漏浆操作，如图 4（c）所示；静置 1 d，等到初始灌浆料凝固。

图4 试件制作过程

凝固后使用内窥镜进行校核，确保补浆区连接钢筋表面以及套筒内壁有初始灌浆料残留层，如图 5 所示；校核完成后将套筒倒置安装在支撑固定架上，拌制套筒灌浆料以及补浆料，使用灌浆枪在出浆孔道处进行灌浆，直至套筒壁钻孔处有浆料流出；等到浆料凝固，确定接头试件不会受到扰动后，将接头试件从固定架上取下，自然条件下养护 28 d。

图5 内窥镜校核

1.3 试验内容及方法

试件制作完成后，参照 JGJ 355－2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》进行接头试件的单向拉伸试验，试验在 500 kN 电液压伺服万能材料试验机上进行，加载时，加载速率为 1.0 MPa/s，加载制度为从 0 加载至最大拉力，再卸载至 0，如图 6 所示。

图6 加载装置

2 试验结果

试验内容包括接头试件的屈服强度、极限抗拉强度以及破坏模式，各试件具体的试验结果如表 4 所示。

从表 4 中可以发现，所有的套筒灌浆连接接头试件均发生接头外钢筋拉断破坏，区别在于灌浆端钢筋拉断和出浆端钢筋拉断，具体破坏模式如图 7 所示。

表4 接头试件单项拉伸试验结果

图7 接头试件破坏模式

由 JGJ 355－2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》可知，进行套筒灌浆连接接头试件单向拉伸检测时，其强度应符合表 5 的规定。

接头试件套筒内壁与连接钢筋表面均有初始灌浆料残留层，试验中未观察到连接钢筋滑移破坏或灌浆料滑移破坏，所有的灌浆套筒连接接头试件发生灌浆端钢筋拉断破坏或者出浆端钢筋拉断破坏，接头试件力学性能满足表 5 中标准要求，表明补浆料与连接钢筋、套筒内壁之间的粘结强度大于接头试件极限抗拉强度，即灌浆缺陷补满后，初始灌浆残留层几乎不会影响补浆后接头试件的连接性能。

表5 套筒灌浆连接接头单向拉伸强度

套筒内腔缺陷程度越大，补浆区段长度越大，试验中随着补浆区段长度的增大，接头试件屈服强度、极限抗拉强度以及破坏形式未有明显变化，所有的灌浆套筒连接接头试件发生灌浆端钢筋拉断破坏或者出浆端钢筋拉断破坏，接头试件力学性能满足表 5 中标准要求，表明补浆区段长度对接头试件极限抗拉强度与破坏形式没有显著影响。

接头试件分别使用补浆料与灌浆料进行补浆。两种接头试件屈服强度、极限抗拉强度接近，所有的灌浆套筒连接接头试件发生灌浆端钢筋拉断破坏或者出浆端钢筋拉断破坏，破坏形式未有明显区别，接头试件力学性能满足表 5 中标准要求，表明补浆料与灌浆料能够很好地协同工作，实现力的传递，保证接头试件的连接性能。