灌漿料強度對灌漿套筒連接接頭力學性能影響分析

朱文運，趙建華，楊 放，相秋迪

（1.江蘇省住房和城鄉建設廳科技發展中心，江蘇 南京 210000；2.南京市建筑工程質量安全監督站，江蘇 南京 210017；3.南京工大建設工程技術有限公司，江蘇 南京 210002；4.江蘇省建筑工程質量檢測中心有限公司，江蘇 南京 210033）

0 引言

套筒灌漿連接是裝配式混凝土結構的主要連接形式，工程中常常會出現灌漿料實際強度與理論強度的差異，本文通過對預先設定不同灌漿料強度的鋼筋套筒灌漿連接接頭進行力學性能測試，期望能得到滿足接頭力學要求所需灌漿料強度的限值，為工程質量處理提供依據。

1 研究背景

鋼筋套筒灌漿連接是利用內部帶有剪力槽的套筒和注入高強度無收縮灌漿料將受力鋼筋進行連接，因此，連接鋼筋作為主要的載體，發揮傳遞各預制構件荷載的作用，有效錨固長度取決于套筒內部灌漿飽滿度及連接鋼筋插入深度，其中錨固長度與灌漿飽滿度直接影響套筒接頭質量及傳力性能。而作為荷載傳遞介質的灌漿料，影響了裝配式混凝土結構的承載力和抗震性。

2 研究內容

為研究灌漿料強度對灌漿套筒連接接頭力學性能的影響，采用五種不同強度等級（C40，C50，C60，C70，C80）的灌漿料制作鋼筋套筒灌漿連接件（所有接頭均滿灌，并嚴格控制鋼筋錨固長度達到 8 d）及相應的灌漿料標準試塊，在規定齡期下，分別對鋼筋套筒灌漿連接件和灌漿料標準試塊進行單向拉伸試驗和抗壓試驗，分析確定灌漿料抗壓強度與灌漿接頭抗拉強度的關系。

2.1 試驗設計

2.1.1 相關材料的技術及性能參數

1）鋼筋的力學性能參數。

試驗采用 HRB400 鋼筋，包括 14、16、20 mm 三種直徑，鋼筋力學性能參數如表 1 所示。

表1 鋼筋力學性能參數

2）灌漿套筒技術參數。

試驗采用思達建茂半灌漿套筒，由鋼質機械加工而成，材料性能滿足 JG/T 398－2012《鋼筋連接用灌漿套筒》要求。選擇了 3 種常用型號的灌漿套筒，基本尺寸如表 2 所示。

表2 灌漿套筒尺寸 mm

3）灌漿料性能參數。

試驗采用某品牌灌漿料廠家特殊配制的五種不同強度等級的灌漿料，設計強度分別為 40、50、60、70、80 MPa，拌合時水與灌漿料的質量比為 0.12。本試驗所用灌漿料除抗壓強度以外其余各項性能均滿足 JG/T 408－2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》要求。

為確保接頭試件試驗時的灌漿料強度在設計強度值的 ±3 MPa 以內，根據強度增長曲線預測試壓同條件試塊的強度，并在預估時間點前提前一定時間試壓試塊。試件拉伸前灌漿料標準試塊測試結果如表 3 所示。

表3 灌漿料強度測試結果

2.1.2 試件制作

在確保套筒灌漿飽滿且下段鋼筋的錨固長度為 8 d的前提下，本次試驗制作了一批灌漿料強度等級不同、套筒規格尺寸不同的鋼筋套筒灌漿連接件。試件制作數量如表 4。

表4 試件制作一覽表

2.1.3 試驗方法

試驗方法符合 JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》的要求。采用 500 kN 電液伺服萬能材料試驗機進行加載。加載制度為從零到破壞的一次加載，加載速率為 2～10 MPa/s。測試內容包括屈服強服、抗拉強度以及破壞形態。

2.2 試驗結果分析

根據現行行業標準 JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》的規定：對于鋼筋套筒灌漿連接強度的試驗結果分析如下。

1）套筒灌漿接頭的抗拉強度≥連接鋼筋抗拉強度標準值 540 MPa，且發生破壞時，接頭外鋼筋斷裂；

2）鋼筋套筒連接接頭的屈服強度≥連接筋屈服強度標準值 400 MPa（抗拉強度和屈服強度標準值為本試驗所用鋼筋標準值）；在連接接頭單向拉伸壓試驗中，當接頭拉力達到連接筋抗拉荷載標準值的 1.15 倍（即 621 MPa）而未發生破壞，可停止試驗，表示抗拉強度合格。試驗結果如表 5 所示。

表5 單向拉伸結果

從 GT 14 和 GT 20 兩 種規格的套筒灌漿連接件中每種強度等級挑選一組對其破壞形態進行展示，如圖 1 所示。試驗中出現的 3 種破壞形態詳圖如圖 2 所示。

圖1 套筒灌漿連接件破壞形態展示

圖2 破壞形態詳圖

由表 5 可見，對于 GT14 接頭，當套筒內灌注的灌漿料強度不小于40MPa時，其接頭試件的屈服強度和抗拉強度均滿足標準要求。對于 GT16 接頭，當套筒內灌注的灌漿料強度為 40 MPa 時，此時接頭試件的屈服強度滿足要求，但 3 個接頭試件均為鋼筋拔出且抗拉強度小于 621 MPa（1.15倍鋼筋抗拉強度標準值），因此判定改組試件抗拉強度不合格；當套筒內灌注的灌漿料強度不小于 50 MPa 時，其接頭試件的屈服強度和抗拉強度均滿足標準要求。對于 GT20 接頭，當套筒內灌注的灌漿料強度不大于 60 MPa時，此時接頭試件的屈服強度滿足要求，但鋼筋均被拔出且抗拉強度小于 621 MPa，因此當灌漿料強度不大于 60 MPa 時，其接頭試件力學性能不滿足標準要求［1］；當套筒內灌注的灌漿料強度不小于 70 MPa 時，接頭試件屈服強度和抗拉強度均滿足標準要求。

圖3 套筒拉斷形態

另外，需特別說明的是，對于 GT20-60 MPa 中的 3 號試件，套筒被拉斷。圖 3 展示了套筒拉斷形態。由圖 3 可見，套筒斷裂處位于出漿口處，即上下兩段鋼筋之間。導致套筒先于鋼筋被拉斷的原因有兩點，一方面，連接鋼筋強度高，另一方面，從套筒斷面可見，套筒兩側壁厚差異較大。

3 結論

本文試驗結論主要如下。

1）采用套筒灌漿連接時，灌漿料強度是影響連接接頭力學性能的關鍵因素。

2）針對本次實驗，在設定套筒內鋼筋有效錨固長度為 8 d 的前提下，套筒規格尺寸越大，所需灌漿料強度也越高。

3）對于 GT 14 接頭，當套筒內灌漿料強度不小于 40 MPa 時滿足標準要求。

4）對于 GT 16 接頭，當套筒內灌漿料強度不小于 50 MPa 時其接頭力學性能滿足標準要求。

5）對于 GT 20 接頭，當套筒內灌漿料強度不小于70 MPa 時才能確保套筒灌漿連接的可靠性。

通過試驗研究可知：在三種規格的套筒中灌漿料強度不滿足設計強度等級但滿足以上試驗結論中的強度時，接頭的力學性能能夠滿足標準要求，可不進行質量處理。本研究成果為裝配式建筑節點現場施工的質量控制提供了一個途徑，為套筒灌漿質量問題處理提供參考。