灌浆缺陷对装配式建筑中钢筋套筒灌浆连接影响的试验研究

广东建材2020年第11期

灌浆缺陷对装配式建筑中

钢筋套筒灌浆连接影响的试验研究马旭1,2杨方奇2李建新1王新祥1韦江雄2李依妮1,2

（1广东省建筑科学研究院集团股份有限公司；2华南理工大学）

【摘要】钢筋套筒灌浆连接是目前装配式混凝土结构中最常用的预制构件主筋连接方式，然而在

实际工程中由于多种因素的影响，灌浆不饱满造成的灌浆缺陷时有发生。本研究通过试验设计，探究

了中部灌浆缺陷和端部灌浆缺陷工况下，不同灌浆料锚固钢筋长度缺失（1倍、2倍、3倍、4倍、5倍钢

筋直径）对连接节点在单向拉伸受力下的性能影响。研究结果表明：缺陷长度对节点连接性能有显著

影响，当缺陷长度为4倍钢筋直径时，连接破坏模式将由套筒外钢筋拉断变为钢筋拔出破坏，但缺陷

部位对节点连接性能影响不大。

【关键词】套筒灌浆连接；灌浆缺陷；单向拉伸试验

0前言

建筑产业现代化是未来建筑业发展的趋势，是建筑生产方式从粗放型生产向集约型生产的根本转变。与传统的现浇建筑模式具有环境污染大、生产周期长相比，装配式建筑这种预制构件的模式具有建设速度快、质量可靠、节能环保、节省劳动力等优点。

装配式结构的关键是如何保障预制构件之间的连接性能和结构的整体性能，而这些性能的好坏与装配式建筑构件之间的连接有着密切的联系，节点连接的工作性能及耐久性能，将直接影响到连接的可靠性和整体结构的安全性[1]。目前，装配式混凝土结构中最常用的预制构件主筋连接方式是钢筋套筒灌浆连接，即将连接钢筋插入金属套筒内部，再灌注高强灌浆料，通过灌浆料与套筒壁的粘结以及灌浆料与钢筋的粘结传递应力[2]。

节点连接是装配式混凝土结构的关键，是其整体性能等同于现浇的重要保证，因此，钢筋套筒灌浆连接质量至关重要。我国由于钢筋套筒灌浆连接发展时间短且发展速度快、现场人员培训不足、工厂制作精度有待改善等原因，灌浆质量尚存在一些问题[3]。并且，在实际工程中，由于多种因素的影响，也可能出现已注入的灌浆料在自身流动性和重力的作用下回流、凝结、硬化，或套筒内部空气不能有效排出，从而导致套筒内部出现端部或中部空鼓，使套筒内钢筋有效锚固长度减小[4-5]。灌浆缺陷将导致节点连接性能降低，严重影响装配式建筑的整体性能，从而使装配式建筑存在较大安全隐患，因此，相关研究非常必要且迫切。

1原材料

1.1灌浆料

本试验采用自制钢筋套筒灌浆料，拌合时水与灌浆料的质量比为0.12，初始流动度为347mm，30分钟流动度为315mm。标准养护条件下1天抗压强度为38.6MPa，3天抗压强度为71.8MPa，28天抗压强度为102.6MPa，3小时膨胀率与24小时膨胀率分别为0.2%与0.24%，其基本性能满足现行行业标准《钢筋连接用套筒灌浆料》（JG/T408－2013）[6]的要求。其性能指标如表1所示。

1.2钢筋及套筒

本试验采用的钢筋强度等级为HRB400E，公称直径为20mm，其基本力学性能指标如表2所示。HRB400E钢筋强度高，安全储备大，抗震性能好，在建筑行业中得到大量应用。套筒为半灌浆套筒，与钢筋直径对应，基本性能满足现行行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》(JG/T 398－2012)[7]的要求。

表1灌浆料性能指标

抗压强度/MPa流动度/mm竖向膨胀率/%

1d3d28d初始30min3h24h与3h差值38.671.8102.63473150.20.04

工程试验与研究

45

--

广东建材2020年第11期

表2钢筋基本力学性能

钢筋直径/mm

屈服强度/MPa

抗拉强度/MPa

20

445

600

表3试验编号

试验编号钢筋端部弯折钢筋在套筒内偏置缺陷位置缺陷长度试验编号钢筋端部弯折钢筋在套筒内

偏置缺陷位置缺陷

长度1-1否否无缺陷无2-1是是无缺陷无1-2否否端部1d 2-2是是端部1d 1-3否否端部3d 2-3是是端部2d 1-4否否端部5d 2-4是是端部4d 1-5否否中部1d 2-5是是中部1d 1-6否否中部3d 2-6是是中部2d 1-7否否中部5d 2-7

是

是

中部

4d

1-8

否

是

无缺陷

无

2试验

2.1试验目的

本次试验旨在通过人为设置不同长度、不同部位的缺陷，以及实际工程中经常遇到的钢筋偏置和钢筋弯折

等情况，探究灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接的影响。

2.2试验设计

钢筋套筒灌浆连接在施工过程中，通常会产生套筒端部缺陷、套筒中部缺陷、钢筋偏心缺陷这三种缺陷。套筒端部的胶塞或坐浆层、灌浆口和出浆口的封堵松动，造成灌浆料外流，从而产生套筒端部灌浆料缺失（套筒端部缺陷）。初始灌浆结束一段时间后或者出现漏浆后进行补灌，都有可能导致套筒内部的空气无法排除，从

而产生套筒中部的灌浆料缺失（套筒中部缺陷）。实际工程的套筒装配过程中，进行构件的位置、垂直度和标高调整时，都可能导致钢筋和套筒的偏心（钢筋偏心缺

陷）

。本试验设计了正常钢筋组与偏置弯折钢筋组两大

组试验。正常钢筋组设置了无灌浆缺陷组（1-1）、1d 端

部缺陷组（1-2）、3d 端部缺陷组（1-3）、5d 端部缺陷组（1-4）、1d 中部缺陷组（1-5）、3d 中部缺陷组（1-6）、5d 中部缺陷组（1-7），每组三个试样。无灌浆缺陷组指钢筋锚固长度为8d

（d 为钢筋直径20mm）。

偏置弯折钢筋组设置了无灌浆缺陷组（2-1）、1d 端

部缺陷组（2-2）、2d 端部缺陷组（2-3）、4d 端部缺陷组

（2-4）、1d 中部缺陷组（2-5）、2d 中部缺陷组（2-6）、4d 中部缺陷组（2-7），每组三个试样。

试验编号对应缺陷如表3所示。

内置缺陷用宽度20mm 的双面胶设置，一层双面胶

相当于1d。端部缺陷从钢筋端部开始设置。中部缺陷从距离钢筋端部40mm 处开始设置。缺陷设置如图1所示。

钢筋在套筒内偏置指钢筋与套筒内壁接触放置。钢筋端部弯折指通过机械方法在距离钢筋端部160mm 处弯折4度。考虑到在实际工程中，钢筋与套筒对中时，可能存在误差，因此在本试验中设置钢筋在套筒内偏置工况。考虑到在实际工程中，钢筋与套筒位置存在偏差时，

有可能将钢筋略微弯折使其插入套筒内，因此在本试验中设置钢筋端部弯折工况。

2.3成型及养护

将钢筋灌浆套筒的螺纹端与钢筋固定并用铁丝固

定在定制的架子上，设置有缺陷的钢筋插入灌浆套筒之

后同样用铁丝绑定在固定的位置，

确保在灌浆过程中以及灌浆后套筒与钢筋的位置不会发生变化。

自制灌浆料通过搅拌机混匀后，

加水快速搅拌，之后通过灌浆筒从灌浆孔手动挤入灌浆套筒中，待灌浆料从出浆孔平稳流出后停止灌浆，并用橡胶塞堵住灌浆孔和出浆孔。灌浆构件成型之后放置在室温条件下静置28天。

2.4试验方法

根据现行行业标准《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ355－2015）[8]

，对钢筋套筒试件进行单向拉伸试验。

3试验结果及分析

3.1试验结果

钢筋灌浆套筒连接受力时，通过钢筋与灌浆料结合

面的粘结作用传递给灌浆料，

灌浆料再通过其与套筒内壁结合面的粘结作用传递给套筒。粘结作用由表面摩擦力、化学粘结力和机械咬合力构成。套筒灌浆接头的破

图1缺陷设置图

工程试验与研究

46--