預制裝配式建筑中的套筒灌漿連接技術分析

王月紅

(鄭州輕工業(yè)大學 基建處，河南 鄭州 454000)

1 套筒灌漿連接技術的有關內(nèi)容

1.1 套筒灌漿技術的歷史研究

哈亞市等對套筒灌漿做過鋼筋拔出的試驗研究，得出“在鋼筋屈服階段前，套筒灌漿材料的粘結(jié)應力與強度性能呈正線性關系；在鋼筋屈服階段粘結(jié)應力保持不變，且不受套筒灌漿材料強度性能的影響”。Adajar等用實驗的方式驗證了“當套管內(nèi)鋼筋的錨固深度達到或超過鋼筋直徑的25倍時，最大抗拉強度等于套管注漿中鋼筋的最大抗拉強度”。Einea研究了拉伸普通鋼管的實驗，得出“當選用強度性能合理的灌漿材料，合理約束套管灌漿材料時，鋼筋的錨固長度僅能達到強度要求的7倍鋼筋直徑”。Kim通過Einea的實驗結(jié)果也做了實驗，發(fā)現(xiàn)“套筒灌漿材料的性能和灌漿質(zhì)量對套筒連接性能有重要影響”。吳濤等對12個鋼套灌漿接頭進行了拉拔試驗，結(jié)果表明“套筒灌漿連接件可分為彈性、屈服、加固和縮頸這四個階段。接頭的屈服強度和極限強度與鋼筋性能接近，把鋼筋錨固的長度進行加長后套筒的壁應力會有略微的減小、套筒的鋼筋直徑會增大，這使得套筒壁應力明顯增大”。李銳等研究了將500 MPa的鋼套管利用注漿連接的預制混凝土柱在低周反復不斷荷載作用下的去統(tǒng)計并觀察被破壞的試件變化及變化的差距、變形所需要的力量及它所承受的最大力度，還剖析了不同的箍筋形式和灌漿材料所組成的預制混凝土柱的所能承受的破壞力，通過這些測試得到“預制柱的位移延性、耗能能力和它的承載力同現(xiàn)澆試件的結(jié)果比較相近；還有就是預制試件的套筒區(qū)域會產(chǎn)生剛性區(qū)域，受損部位主要位于套管上部或注漿層的接縫處，對于上部軸向壓力大、箍筋較小的預制柱，混凝土保護層脫落后，核心區(qū)的混凝土會突然破碎破壞。抗震性能差，建議采用大軸壓預制柱，采用一根很長并且內(nèi)部密度很高的箍筋，有效避免混凝土的外層出現(xiàn)掉落的現(xiàn)象”。聶東來等用超聲波來測試了預制混凝土結(jié)構(gòu)中的管筒里面的密實度，得出：“預制建筑混凝土中與豎向鋼筋連接的鋼筋套筒灌漿材料的密實度可以通過測量超聲波的速度和振幅來判斷，但不能確定混凝土鋼套筒中的灌漿材料有缺陷”。

1.2 套筒灌漿連接技術的介紹

套管灌漿連接技術是指先在套管里面插進一些帶肋的鋼筋，然后加入注漿物質(zhì)并使其緊密填充套筒，在加入的注漿物質(zhì)凝固之后，里面的鋼筋和套筒之間就通過注漿物質(zhì)聯(lián)系在一起，形成一個整體，并能一起承受外界給予的力，這是利用了灌漿材料的一些特征(可以將鋼筋、套筒連接在一起)，通過鋼筋和套筒的連接方式可以把它分為全壓漿和半壓漿兩種不同的連接技術，其區(qū)別在于半壓漿連接方式只是注入50%的材料，另外50%沒有注入材料的部分就連接機械，使其在更多領域的利用，以上所述是套筒灌漿技術的具體工作方式及原理。因此，在我國的現(xiàn)代建筑中大多采用套筒灌漿連接技術套，這樣會讓建筑是一個相對的整體，其承受的外界力的能力提升了不少。另外，目前通過套筒灌漿連接技術建造出來的工程還沒有辦法對其進行質(zhì)量上的檢測，所以只有對技術的每一個過程都進行規(guī)范要求，這樣最后的建筑工程的質(zhì)量才會有所保障。

1.3 套筒灌漿連接技術中的套筒介紹

套筒灌漿連接技術中所用到的套筒又稱作套筒灌漿的接頭，是它給予了鋼筋的所放位置，同時能讓注漿的材料能在其中并與鋼筋緊密結(jié)合，這樣就解決了鋼筋之間只能豎直放著的弊端，讓建筑中的連接形式更多樣化也更安全。這些套筒的材料大多都是鋼鐵類，用得最多的就是球墨鑄鐵這類的合金鋼和高強度的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，同時這些套筒的形狀也并不單一，但常見的形狀也只是圓柱形和長方體形這兩種，這些形狀在建筑中也是最常見的。它們在建筑建造的使用中也是十分的簡單，只需根據(jù)建筑的要求直接拿出套筒就可以使用，使用方便、效率高效是它的優(yōu)點，但其也有一定的弊端，它尺寸大小并不固定，需要根據(jù)建筑的要求進行制作，沒有很好的普及性。從另一個方面來說，它又是優(yōu)點，尺寸不固定為我們的建筑師的設計提供很大幫助，將設計出更多的宏偉建筑。

1.4 套筒灌漿連接技術的失敗類型

如今套筒灌漿技術的難度比較高，能熟練掌握技術的人不多，其中就會出現(xiàn)很多失敗的狀況，其中主要有三種類型，下面介紹失敗的類型、原因及解決方法：①注漿界面會被破壞，由于鋼筋的錨固長度不夠，導致在注入的材料沒有辦法借助鋼筋產(chǎn)生很好的結(jié)合，從而注漿界面會很容易被破壞，可通過增加鋼筋的錨固長度來避免這種破壞；②灌漿材料拔出不成功，由于注入的材料沒有與套筒之間形成很好的隔離界面完全連接在一起了，可以利用增加一些隔離套筒等方式來解決這種問題；③最終產(chǎn)品裂開，這是由于灌漿材料的強度不夠或者套筒的強度不足，使得里面的鋼筋沒有效果，也讓最后的產(chǎn)品失敗。

2 預制裝配式建筑中套筒灌漿連接技術的操作過程及注意事項

預制裝配式建筑中很多地方都需要用到套筒灌漿連接技術，就其中梁柱節(jié)點區(qū)域而言，它的操作過程主要為：前期安排→密封注漿開口處→準備注漿→進行注漿→封堵排漿孔→終檢(注：①前期安排：在施工之前必須清理干凈基礎還要沖幾個小時的水在封漿之前，最好使用有壓力的水管進行沖水，使對接縫內(nèi)沒有灰渣、油污和積水。②密封注漿開口處：把專用的高強封堵料用坐漿的方式在構(gòu)件的底部產(chǎn)生有一定槽型的密閉空間，還有其空間一定要和下面留出的孔道、套筒孔是連通的。③注漿施工準備：在施工前加水并攪拌與施工情況相對應和確定檢測合格的灌漿料3～5 min，其中灌漿料和水的比例為1∶0.125～0.135，然后靜置2～3 min，等里面的氣泡自然排出即可。④進行注漿：循環(huán)幾次把灌漿料倒到灌漿機內(nèi)進行調(diào)漿。為了預防灌漿機堵塞，在把拌制好的灌漿料倒到灌漿機內(nèi)之前需要用過濾篩網(wǎng)進行過濾。灌漿料應以0.8～1.2 L/min流速從灌漿套筒灌漿口倒入灌漿機。⑤封堵排漿口：直接用橡皮塞堵住流出砂漿后的套筒排漿口，等所有的接頭都檢查確認完成灌漿后需要把灌漿口和出漿口表面抹平，并且記錄下灌漿的整個過程)。

3 套管灌漿飽滿度的后驗方法

國家有關技術規(guī)程都要求套管灌漿飽滿密實，應符合國家有關技術規(guī)范《裝配式混凝土建筑技術標準》(GB/T 51231-2016)、《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)范》(JGJ 1-2014)中的規(guī)定。套筒灌漿的內(nèi)部飽滿度的檢測也只能是在整個灌漿的后面階段，只有在灌漿即將結(jié)束的時候才能開始進行檢測，在灌漿的后面時間也只能檢測灌漿的質(zhì)量如何，判斷其是否達到灌漿的有關要求。只有保證灌漿達到飽和充實才能叫做一個很好的工程，但是套筒灌漿是否飽滿密實并不好直接觀察，只能利用灌漿套筒的上面的孔是否有漿液流出來判斷灌漿是否達到飽滿充實。但是，無法直接檢查套管內(nèi)的情況，套管內(nèi)很可能會出現(xiàn)空腔。因此，一定要檢查套筒灌漿的飽滿度，這樣才能使得灌漿的質(zhì)量有所保障。

1)經(jīng)過很多專家學者的實驗研究，提出基于混凝土工程經(jīng)驗的套管灌漿取芯取樣方法，這是我國常用的技術。由于它通過局部破壞性試驗得到實際的試驗結(jié)果，這樣的試驗結(jié)果更容易讓人信服接受，但是，取芯取樣只能代表鉆孔范圍內(nèi)混凝土質(zhì)量的一小部分，可能導致誤判或漏判。適用于未壓實套筒灌漿等工程質(zhì)量范圍的修補和更換。

2)姜杰等提出將體積法運用在灌漿技術里面，在設計階段確定灌漿套筒孔、導管和底倉整個灌漿空間的大小，嚴格按圖紙要求控制生產(chǎn)，根據(jù)灌漿體積判斷套筒灌漿的密實度材料，這種理論方法非常簡單明了，并不會考慮各方面的構(gòu)造。

3)DelRiolm提出了用超聲波來分析套筒灌漿的內(nèi)部實際情況。聶東來等發(fā)現(xiàn)超聲波法可以判斷補強套管灌漿材料的密實度，但不能準確確定哪種補強套管灌漿存在內(nèi)部缺陷，不適合現(xiàn)場檢測。

4)劉志浩等通過各種理論加實踐的方法證明了用沖擊回波的辦法完全能檢測出套筒灌漿里面是否飽滿，但這種方法很難知道雙排鋼套灌漿密集區(qū)和非密集區(qū)在哪里，也不準確知道灌漿段與非灌漿段的界面在哪里。

5)王卓林等提出X射線法就能比較輕松地知道管道中灌漿段和非灌漿段的界面在何處，但其有效檢測對試件厚度有明顯的限制。

6)鄭周蓮等運用工業(yè)CT方法來檢測套筒灌漿，證明了用工業(yè)CT檢測裝配廠房套筒灌漿飽滿度缺陷的有效性。CT檢測可以確定灌漿材料中缺陷的位置，定量分析缺陷大小、面積和體積的分布規(guī)律，確定試件的密實度，判斷鋼筋是否移位。建議在試件按相同的施工工藝和材料固化后，在現(xiàn)場用CT進行檢測。

7)高潤東等提出了預埋鋼絲拉拔法和預埋傳感器法。其中預埋鋼絲拉拔法是通過拉撥鋼絲觀察它的承載的力度來確定灌漿內(nèi)部是否是飽滿的狀態(tài)，預埋傳感器的方法則是在套筒管道的出口安裝具有感應震動的阻尼傳感器，這個傳感器會將套筒內(nèi)部的震動波形數(shù)據(jù)傳出來，通過這些數(shù)據(jù)就可以判斷套筒內(nèi)是否飽滿充實。

8)李輝等利用提前把微型傳感器放到注漿的套管里面，只需要把傳感器在空氣中的振幅減少的程度同注漿材料的衰減程度進行對比就可以知道套筒內(nèi)的灌漿是否達到飽滿充實。這個方法完全可以對灌漿的整個過程進行觀察，知道什么時候就能達到飽滿，在未達到飽滿的時候就可以再進行灌漿。

9)郭正星等提出通過安裝排氣觀測管和灌漿觀測管來觀測管道的液位，從而從另一個方面來檢測灌漿的質(zhì)量。灌漿質(zhì)量的檢測方法對施工現(xiàn)場來說是否方便、有效是一個很重要的問題，如何在裝配套管注漿中使管道充分密實，是如今裝配式建筑發(fā)展中仍然要考慮的一個問題。

4 預制裝配式灌漿技術的控制措施

4.1 分析影響注漿套管性能的因素

裝配式建筑中的豎向結(jié)構(gòu)的重要承受力量的節(jié)點是灌漿套筒連接點，所以很有必要保證施工過程中的灌漿質(zhì)量。套管灌漿連接方式的產(chǎn)品能承受的力度與工程的材料(鋼筋、套筒、注漿材料)及其整個施工的過程操作有密切關系。例如操作過程中的封堵排漿口沒有做好，那么就會有空氣在里面，使里面的密實度嚴重下降，產(chǎn)生一些空腔，導致最后產(chǎn)品的質(zhì)量嚴重下降；如果兩個套筒的尺寸不一致，這將會導致在連接的時候其材料的重心不一致，最終注漿材料沒有辦法填滿套筒；如果注入的材料在混合的時候所花的時間過長，就會嚴重降低漿液的流動性，影響套管內(nèi)的受力不均勻。這些都是影響注漿套管性能的因素，這就要求施工人員在操作過程中要有一定的技術要求，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

4.2 材料需通過試驗檢測

其最后產(chǎn)品的質(zhì)量需要有所保障，這樣才能保障建筑的質(zhì)量，其中套筒、注漿的材料都需要經(jīng)過檢測合格后才能保障最后的產(chǎn)品質(zhì)量。在檢測套筒時應在之前就檢查它的質(zhì)量、標識及有關尺寸等物理性質(zhì)，還要對其進行單向拉伸或者變形處理、反復施壓等有強度的處理，對其的強度要求進行檢測，這些檢測都達到要求才能稱作“一級接頭”。然后檢測每一種規(guī)格的灌漿材料，對應的材料要達到要求才能進行生產(chǎn)。這些實驗檢測都是為了最后的建筑質(zhì)量。

4.3 灌漿腔密封質(zhì)量控制

把需要的套筒放到合適的位置(按照要求：水平和垂直的具體要求)，用提前準備好的各類輔助機具來連接安裝基礎面，然后注入灌漿材料，一定要將灌漿連接腔用密封膠條或高強水泥基座漿材料來進行密封，防止灌漿之前就有其他東西進入腔內(nèi)，同時使得在灌漿的過程中沒有灌漿流出，在進行密封處理24 h后才能進行施工。其中的密封質(zhì)量要求是后面工程進行的前提條件。

4.4 灌漿作業(yè)質(zhì)量控制

在灌漿施工前，應采用透光檢查法對預制柱套管內(nèi)部進行檢查。柱套內(nèi)的雜物用高壓空氣代替水清洗，以保證灌漿套內(nèi)的暢通。灌漿施工時，應在施工現(xiàn)場制作灌漿材料試件，灌漿材料加水量一般控制在12.5%～13.5%，原則上不放水，流動性不小于270 mm。必須對水進行稱重、加水、攪拌均勻，未使用的灌漿材料部分不得再次攪拌。漿體溫度控制在5 ℃～30 ℃?；旌虾蟮墓酀{應在30 min內(nèi)使用。灌漿的時候只能從套管的專用灌漿地方的灌漿口進行灌漿，而且在灌漿的過程中應該做到連續(xù)、緩慢、均勻，在等到已經(jīng)有灌漿從灌漿出口溢出的時候應該立刻密封堵住灌漿出口，然后密封灌漿出口，以確保灌漿完全填滿和壓實。為了避免出現(xiàn)空氣夾層的情況，只能從一個灌漿口進行灌漿，不能多個口同時進行。

4.5 施工擾動控制

灌漿套筒連接處的應力滿足設計要求后，可以把預制構(gòu)件的斜撐給拆下來，繼續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工，這樣才能算是解決了施工的前提要求，在后面的施工之中就不會有承載力不夠的情況，施工才能安全進行。

5 總 結(jié)

灌漿套管連接是一種擁有性能優(yōu)良、造價低廉、施工方便的新型鋼管結(jié)構(gòu)連接形式，彌補了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點在許多方面和領域的不足，它的應用前景和研究空間還有很大，很值得我們?nèi)パ芯康摹？偺淄补酀{技術用在預制裝配式建筑建設中是一項值得施工人員去學習和實踐的技術，只有施工人員對技術的每一個步驟、每一個細節(jié)有足夠的了解，以后的建筑才會更加有安全感，建筑行業(yè)就能快速健康地持續(xù)發(fā)展下去。

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