裝配式剪力墻灌漿質(zhì)保措施及檢測(cè)方法研究

汪家毅,吳 勇,劉 濤,王仕祥,彭 凱,姬永鐵

(1.宜昌市建筑市場(chǎng)和建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，宜昌 443000；2.湖北省建筑科學(xué)研究院設(shè)計(jì)院股份有限公司，武漢 430071；3.中建二局建設(shè)集團(tuán),北京 100000)

1 套筒灌漿連接

1.1 接頭組成及連接原理

套筒灌漿是預(yù)制構(gòu)建裝配的重要一環(huán)，其重要性不言而喻。常見(jiàn)的灌漿連接形式為全灌漿套筒和半灌漿套筒，兩者連接接頭的主要組成是一樣的，其組成分為套筒灌漿料、套筒、鋼筋。其連接原理均是將鋼筋插入灌漿套筒然后注入漿料來(lái)填充其中的空隙，灌漿料一般為水泥基灌漿料。由于套筒內(nèi)部為凹凸不平的狀態(tài)，且鋼筋為帶肋狀態(tài)，灌漿料硬化后，鋼筋和套筒緊密連接，使得所受外力能夠得到有效傳遞[1]。

全灌漿接頭和半灌漿接頭組成和連接原理基本一致，但是二者的效果存在一定的差異。全灌漿連接形式通過(guò)灌漿料與套筒連接兩端鋼筋，目前已經(jīng)可以連接直徑范圍為Φ16～Φ40 mm的HRB335和HRB400帶肋鋼筋，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。目前的套筒灌漿接頭形式選擇時(shí)，全灌漿接頭相比于半灌漿接頭使用更為普遍，工程中將全灌漿接頭方式簡(jiǎn)稱為灌漿套筒[2]。另一種連接方式在預(yù)制構(gòu)件端采用直螺紋方式連接，現(xiàn)場(chǎng)裝配端才采用灌漿方式連接，所以稱之為半灌漿接頭，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2 連接工藝

鋼筋套筒灌漿連接采用的是裝配式方案，先在裝配式建筑工廠進(jìn)行構(gòu)件預(yù)制，再在預(yù)制構(gòu)件安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行套筒連接。在裝配式建筑工廠進(jìn)行構(gòu)件預(yù)制時(shí)，主要是將連接鋼筋、套筒等部件進(jìn)行連接后預(yù)埋在構(gòu)件內(nèi)部。具體操作步驟是：首先是主要部件的連接，將鋼筋一端與灌漿套筒進(jìn)行連接或安裝，然后是其它部件與主要部件的連接，將主要部件與鋼筋結(jié)構(gòu)構(gòu)件中其它鋼筋連接牢固，通過(guò)灌漿孔注入漿料、直至灌滿由溢漿口溢出為止，然后澆筑混凝土。

在現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)安裝套筒連接階段，主要是將預(yù)制構(gòu)件與已澆筑結(jié)構(gòu)或另一預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行連接。具體操作步驟是：首先是將需要連接的倆構(gòu)件對(duì)齊，慢慢地將構(gòu)件上的連接鋼筋插入本構(gòu)件的套筒空腔，并使預(yù)制構(gòu)件牢固，然后是灌漿料的灌注，直至漿料溢出為止，灌漿料硬化后構(gòu)件連接安裝即完成。

2 施工質(zhì)量影響因素和保障措施

2.1 構(gòu)件預(yù)制階段

1)影響因素

構(gòu)件預(yù)制階段是在工廠中加工，因此構(gòu)件加工廠的品質(zhì)對(duì)剪力墻、連接柱等部位有重要影響。而品質(zhì)的好壞主要是通過(guò)性能、質(zhì)量和精度體現(xiàn)，具體到灌漿接頭和套筒就是：灌漿接頭的連接性能和灌漿套筒產(chǎn)品的質(zhì)量、套筒中鋼筋的定位精度、鋼筋與套筒的連接質(zhì)量或鋼筋預(yù)安裝精度[3]。

(1)灌漿接頭的連接性能和灌漿套筒產(chǎn)品的質(zhì)量

預(yù)制構(gòu)件連接質(zhì)量的關(guān)鍵要素是灌漿連接接頭性能和套筒產(chǎn)品的質(zhì)量。我國(guó)為確保預(yù)制產(chǎn)品的質(zhì)量和性能能夠滿足工程現(xiàn)場(chǎng)的要求，對(duì)主要構(gòu)件制定了相關(guān)規(guī)范[4]。其中就要求灌漿連接接頭應(yīng)滿足JGJ107—2016《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅰ級(jí)接頭型式的要求，生產(chǎn)的套筒應(yīng)符合JG/T398—2012《鋼筋連接用灌漿套筒》中所規(guī)定的性能指標(biāo)。

(2)鋼筋和套筒的定位精度

現(xiàn)場(chǎng)順利安裝和連接的關(guān)鍵是預(yù)制構(gòu)件的連接鋼筋和套筒定位準(zhǔn)確。因此需要相應(yīng)的手段確保鋼筋和套筒的定位精度，對(duì)于構(gòu)件的精度需要高精度模具來(lái)保障，而連接鋼筋與套筒定位準(zhǔn)確需要專用工藝裝備來(lái)保證。構(gòu)件的質(zhì)量和精度需要符合要求只是第一步，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)依然需要確保每一步都能達(dá)到要求，灌漿連接接頭才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，首要就是確保預(yù)制構(gòu)件的鋼筋能夠順利插入套筒空腔中并使灌漿材料充填在鋼筋周?chē)吞淄矁?nèi)腔。

2)質(zhì)量保證措施

(1)灌漿連接接頭質(zhì)量

為了能多方面保障工程構(gòu)件的質(zhì)量，對(duì)于復(fù)檢滿足規(guī)范要求的接頭和套筒產(chǎn)品，還需要通過(guò)接頭拉伸性能測(cè)試確認(rèn)產(chǎn)品及施工工藝的連接質(zhì)量。

接頭拉伸性能測(cè)試的主要目的是測(cè)試樣品的拉伸性能，保障樣品在應(yīng)用時(shí)能夠滿足抗拉強(qiáng)度。因此測(cè)試材料必須和施工時(shí)的材料一致，鋼筋應(yīng)使用構(gòu)件施工用的熱軋帶肋鋼筋，灌漿料應(yīng)為接頭型式檢驗(yàn)報(bào)告中的材料。不僅測(cè)試材料要保持一致，施工工藝也應(yīng)模擬現(xiàn)場(chǎng)的施工工藝，安裝方式選擇施工現(xiàn)場(chǎng)最不利狀況下的方式。具體操作是：將每種規(guī)格制作一組(3根)接頭，按鋼筋貼套筒內(nèi)壁的安裝方式進(jìn)行灌漿連接，然后固定并用薄膜密封，按養(yǎng)護(hù)要求養(yǎng)護(hù)28 d，最后進(jìn)行拉伸測(cè)試，測(cè)試結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)鋼筋和套筒的定位精度

精度主要是通過(guò)三方面進(jìn)行控制，首先是模板上預(yù)留的鋼筋及套筒定位孔位置偏差、專用固定件固定鋼筋或套筒后的軸線偏差，兩者的偏差程度應(yīng)控制在±0.5 mm以內(nèi)。然后是專用固定件與模板的安裝間隙應(yīng)控制在1.0 mm以內(nèi)。為保證以上精度，鋼筋、套筒固定件及模板都需采用專用構(gòu)件[5]。

預(yù)制構(gòu)件在預(yù)埋灌漿接頭過(guò)程中需先將一端連接鋼筋與套筒連接好，然后再將接頭預(yù)埋在預(yù)制構(gòu)件內(nèi)。半灌漿套筒接頭施工時(shí)須保證加工的鋼筋螺紋尺寸精度和鋼筋與套筒連接的擰緊力矩。因此JGJ107—2016《鋼筋機(jī)械連接技術(shù)規(guī)程》規(guī)定了鋼筋直螺紋絲頭加工與安裝的具體要求。

控制螺紋尺寸精度時(shí)，首先要將鋼筋端部切平或鐓平，然后再進(jìn)行加工。加工時(shí)鋼筋絲頭加工長(zhǎng)度應(yīng)符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，安裝后各指標(biāo)值需滿足JGJ107—2016標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。最后按批驗(yàn)收，合格后再投入構(gòu)件鋼筋組裝工序。

2.2 構(gòu)件安裝階段

1)影響因素

構(gòu)件安裝階段對(duì)連接質(zhì)量產(chǎn)生影響的因素主要有：套筒灌漿料產(chǎn)品質(zhì)量、構(gòu)件連接部位處理工藝及安裝工藝、灌漿施工工藝和構(gòu)件養(yǎng)護(hù)及保護(hù)措施。

(1)構(gòu)件連接鋼筋安裝質(zhì)量

構(gòu)件連接鋼筋安裝質(zhì)量主要受三方面影響：一是鋼筋位置及其長(zhǎng)度是否符合設(shè)計(jì)要求，構(gòu)件安裝能否到位；二是鋼筋表面需避免沾有泥漿或被嚴(yán)重銹蝕；三是接縫時(shí)需保證間隙符合要求，避免過(guò)小。

(2)灌漿料配比和制作工藝

灌漿施工時(shí)，要采用合適的水漿比。灌漿料漿料是施工人員按照試驗(yàn)配比在現(xiàn)場(chǎng)加工的混合料，所以施工人員的操作將會(huì)對(duì)其質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，但施工人員的操作水平參差不齊，導(dǎo)致其是影響接頭質(zhì)量最大風(fēng)險(xiǎn)之一。因此拌制加工時(shí)，施工人員應(yīng)按產(chǎn)品說(shuō)明操作，操作時(shí)間也應(yīng)滿足規(guī)范要求，否則可能導(dǎo)致漿料流動(dòng)度變差、抗壓強(qiáng)度降低及膨脹性能出現(xiàn)問(wèn)題，甚至出現(xiàn)泌水等問(wèn)題。人員的操作是影響質(zhì)量的重要因素，而漿料也至關(guān)重要[6]。

(3)灌漿工藝和防護(hù)措施

灌漿施工工藝是連接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此需采用優(yōu)良的灌漿工藝并嚴(yán)格按照工藝執(zhí)行，不然可能導(dǎo)致連接質(zhì)量不合格；灌漿工藝僅僅是保證連接的必要條件之一，灌漿后需對(duì)構(gòu)件進(jìn)行有效防護(hù)，接頭連接部位不得受到擾動(dòng)，灌漿必須保證足夠的密實(shí)度，使各部分緊密連接，不產(chǎn)生間隙。另外灌漿后需要對(duì)溫度進(jìn)行控制，避免還未達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度灌漿料就發(fā)生凍結(jié)，漿料內(nèi)自由水分凝固結(jié)冰。

2)質(zhì)量保證措施

通常情況下，在標(biāo)準(zhǔn)層施工時(shí)連接鋼筋定位及預(yù)留長(zhǎng)度控制都相對(duì)容易，但在插筋施工時(shí)轉(zhuǎn)換層容易產(chǎn)生偏差。因此需對(duì)連接鋼筋采用定型鋼板開(kāi)孔的方式精準(zhǔn)定位，再通過(guò)標(biāo)高控制線完成預(yù)留長(zhǎng)度控制。

灌漿前，嚴(yán)格控制封倉(cāng)質(zhì)量。封倉(cāng)施工時(shí)，漿料按內(nèi)塞2 cm，外抹八字腳的要求進(jìn)行，從而確保座漿料封倉(cāng)強(qiáng)度。注漿前，為確保灌漿施工順利進(jìn)行通過(guò)軟管吹氣的方式檢查各連通腔及關(guān)鍵套筒是否堵塞。

灌漿料拌和前，需對(duì)灌漿料及水的配比使用檢定合格的臺(tái)秤進(jìn)行嚴(yán)格控制，按照設(shè)計(jì)配比進(jìn)行拌和[7]。漿料拌和過(guò)程需充分?jǐn)嚢瑁o止后進(jìn)行流動(dòng)度檢測(cè)試驗(yàn)，合格后逐個(gè)進(jìn)行灌漿作業(yè)。

注漿過(guò)程嚴(yán)格按照下方注漿孔注漿，上方溢漿孔排氣出漿，必須等到溢漿孔流出均勻漿液后方可堵塞的要求進(jìn)行。最后一個(gè)溢漿孔采用外接透明導(dǎo)管的方式，抬高灌漿料漿液面，通過(guò)觀察導(dǎo)管內(nèi)漿料上升時(shí)候勻速、無(wú)氣泡，判斷灌漿是否密實(shí)，達(dá)到控制灌漿質(zhì)量的效果。

3 灌漿檢測(cè)探究

目前裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程驗(yàn)收的規(guī)范主要是JGJ1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和DB42/T1225—2016《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)工程施與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程》，其要求對(duì)灌漿料留置試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、對(duì)灌漿套筒進(jìn)行形式檢驗(yàn)，該方式只能證明材料本身的質(zhì)量，并不能對(duì)連接質(zhì)量進(jìn)行一種真實(shí)的反映，而裝配式建筑整體的好壞則直接受連接質(zhì)量的影響，因此需對(duì)其進(jìn)行深一步的研究[8]。

3.1 灌漿破壞試驗(yàn)

1)試驗(yàn)?zāi)康?/p>

采取施工現(xiàn)場(chǎng)的灌漿工藝工序，試驗(yàn)?zāi)M剪力墻套筒灌漿工藝制備試件，對(duì)試驗(yàn)完成的試件進(jìn)行切割處理，最后觀察切割后的試件，直觀判斷灌漿密實(shí)度的效果。

2)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照現(xiàn)場(chǎng)施工方案要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于構(gòu)件長(zhǎng)度大于1 500 mm的需進(jìn)行分倉(cāng)處理，現(xiàn)場(chǎng)制作長(zhǎng)1 550 mm，寬200 mm，高400 mm模擬構(gòu)件，灌漿料、注漿方式及注漿人員注漿也要根據(jù)施工方案進(jìn)行。為了能夠?qū)υ嚰M(jìn)行切割，保證可操作性，剪力墻底座采用專門(mén)設(shè)計(jì)的可分離柔性連接底盤(pán)。

3)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的要求操作灌漿后，對(duì)灌漿套筒斷面進(jìn)行切割，剖切出來(lái)的灌漿套筒斷面顯示，每個(gè)灌漿套筒內(nèi)的灌漿料充盈且密實(shí)。

4)試驗(yàn)結(jié)論

對(duì)按照施工現(xiàn)場(chǎng)的工藝工序進(jìn)行注漿模擬完成的灌漿套筒進(jìn)行破壞試驗(yàn)，相關(guān)指標(biāo)能夠達(dá)到規(guī)范要求，尤其是注漿后套筒內(nèi)漿料密實(shí)度也符合要求。

3.2 X射線成像檢測(cè)

1)試驗(yàn)?zāi)康?/p>

X射線成像檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕校旱谝唬捎赬射線有著穿透作用、差別吸收、熒光作用和感光作用的優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)X射線成像處理技術(shù)獲取的圖像來(lái)區(qū)分不同預(yù)設(shè)灌漿密實(shí)度試件從而驗(yàn)證X射線成像與灌漿密實(shí)度之間的關(guān)系。第二，雖然X射線穿透能力強(qiáng)，但對(duì)于套筒內(nèi)的插筋長(zhǎng)度、直徑顯示效果需通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。第三，研究X射線穿透混凝土對(duì)套筒長(zhǎng)度、直徑，及套筒內(nèi)鋼筋及灌漿情況的顯示效果。

2)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分為兩階段，第一階段以灌漿情況進(jìn)行為變量對(duì)套筒的X射線成像進(jìn)行研究；第二階段將第一階段試驗(yàn)完成后的灌漿套筒按照預(yù)制構(gòu)件實(shí)際尺寸制作成模擬構(gòu)件，對(duì)模擬預(yù)制構(gòu)件灌漿部位X射線成像。

(1)第一階段試驗(yàn)樣品制備

針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)灌漿料的狀態(tài)，制備5組灌漿套筒連接樣品，樣品狀態(tài)詳見(jiàn)表1。

表1 灌漿套筒樣品狀態(tài)情況表

(2)第一階段檢測(cè)

制備好的5組樣品養(yǎng)護(hù)后采用雙壁透照法在X射線探傷室進(jìn)行試驗(yàn)，檢驗(yàn)套筒內(nèi)部狀況。首先將膠片固定在射線源對(duì)側(cè)的套筒外壁并保證膠片能完全覆蓋被測(cè)套筒且平行于被測(cè)套筒。然后將射線源垂直對(duì)準(zhǔn)被測(cè)套筒，形成足夠的有效成像區(qū)域，保證能夠完全覆蓋被測(cè)套筒。最后還需要保證膠片與射線源距離和射線機(jī)焦距相同(焦距：500 mm)，射線探傷儀放置應(yīng)滿足投照時(shí)X射線束垂直紙箱透照區(qū)中心。將控制器與X射線探傷儀相連，根據(jù)設(shè)備參數(shù)及檢測(cè)工況要求選擇合適的透照工藝(設(shè)置管電壓：230 kV、曝光時(shí)間：2 min)。在控制器上設(shè)置延遲開(kāi)啟時(shí)間，確保檢測(cè)人員到達(dá)安全區(qū)域后控制器開(kāi)啟測(cè)量。

曝光完成后，控制器自動(dòng)停止測(cè)量。

(3)第二階段試驗(yàn)樣品制備

模擬施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件構(gòu)造，將制備的套筒澆筑在構(gòu)件中并養(yǎng)護(hù)、拆模。

(4)第二階段檢測(cè)

采用雙壁透照法對(duì)制備并養(yǎng)護(hù)好的5組構(gòu)件在X射線探傷現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)套筒內(nèi)部狀況。膠片和X射線探傷儀分別放置在預(yù)制構(gòu)件垂直方向兩側(cè)，要求膠片和有效成像區(qū)域能夠完全覆蓋被測(cè)套筒；射線源到膠片的距離應(yīng)與射線機(jī)焦距相同(焦距：500 mm)，在投照時(shí)射線探傷儀放置需在能夠?qū)崿F(xiàn)X射線束垂直紙箱透照區(qū)中心的位置。控制器與X射線探傷儀相連，透照工藝(設(shè)置管電壓：295 kV、曝光時(shí)間：5 min)根據(jù)設(shè)備參數(shù)及檢測(cè)工況要求進(jìn)行選擇。為確保現(xiàn)場(chǎng)所有人員到達(dá)安全距離后控制器開(kāi)啟測(cè)量，需在控制器上設(shè)置延遲開(kāi)啟時(shí)間。

3)試驗(yàn)結(jié)果

第一階段試驗(yàn)，套筒X射線成像按照標(biāo)準(zhǔn)密實(shí)灌漿、配比不正常灌漿、半密實(shí)灌漿等情況組合進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果顯示鋼筋插入長(zhǎng)度和直徑大小成像較為明顯，套筒直徑、長(zhǎng)度成像明顯；套筒內(nèi)漿料陰影與實(shí)際注漿情況基本一致、較為明顯，配合比正常與否成像不明顯。

第二階段試驗(yàn)，模擬構(gòu)件成像，結(jié)果為套筒直徑、長(zhǎng)度成像明顯；鋼筋插入長(zhǎng)度、直徑大小成像不明顯；套筒內(nèi)漿料陰影成像效果不明顯。

4)試驗(yàn)結(jié)論及分析

(1)用X射線成像檢測(cè)灌漿套筒鋼筋插入長(zhǎng)度、直徑大小成像效果較好。

(2)用X射線成像檢測(cè)灌漿套筒內(nèi)灌漿料飽滿程度效果較好。

(3)用X射線成像檢測(cè)模擬構(gòu)件套筒直徑、長(zhǎng)度、完整性效果較好。

(4)用X射線成像檢測(cè)模擬構(gòu)件套筒內(nèi)鋼筋及灌漿料效果不佳，雖然X射線可以穿透混凝土顯示套筒成像，但是由于套筒內(nèi)漿料和套筒外混凝土成分接近或是由于混凝土對(duì)X射線有一定的阻擋作用，這都使套筒內(nèi)鋼筋和漿料的成像效果下降。

4 結(jié) 語(yǔ)

該文依托宜昌市首個(gè)PC裝配式房建項(xiàng)目從構(gòu)件生產(chǎn)、構(gòu)件安裝過(guò)程分析構(gòu)件質(zhì)量影響因素和保障措施，同時(shí)針對(duì)裝配式混凝土構(gòu)件灌漿情況檢測(cè)開(kāi)展了探索試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了實(shí)際套筒灌漿施工方案的可行性，并且開(kāi)展射線法檢測(cè)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明X射線可用于灌漿套筒內(nèi)部鋼筋及灌漿料密實(shí)度檢測(cè)和混凝土構(gòu)件內(nèi)套筒尺寸檢測(cè)，但是對(duì)于混凝土構(gòu)件內(nèi)套筒內(nèi)鋼筋和灌漿料密實(shí)度檢測(cè)尚需進(jìn)一步探索。