淺析影響植筋質量的因素

劉云森

（中交上海航道局有限公司，上海 200120）

0 引言

植筋是通過粘結劑將鋼筋種植于混凝土基材的一種后錨固連接方法［1］。在工程建設中，經常需要對已有建筑物進行加固改造，或偶爾有遺漏的構件需要后補，如果破壞原結構對新舊鋼筋進行連接錨固，那么不僅對原結構影響很大，而且耗時耗力，施工復雜。在這種情況下植筋技術施工方便、效果明顯等優點便得到充分的顯現，使植筋技術得到了廣泛的應用。雖然植筋技術簡單易操作但施工質量卻往往難以保障，經常出現植筋錨固力達不到設計值的情況，既難以保證安全又影響施工。所以有必要對影響植筋質量的因素進行分析，找出施工中制約植筋質量的主要因素，并在后續施工中加以調整以提高植筋質量。本文主要的研究內容為以施工現場已完成的植筋為試驗對象，進行拉拔試驗，對試驗結果進行分析，并找到影響植筋質量的主要因素，以期能提高植筋的施工質量。

1 主要施工工藝簡介及試驗方法

1.1 施工工藝簡介

植筋的施工流程如圖 1 所示。

圖1 植筋施工工藝流程圖

1）鉆孔。放線定位時定位要準確，避免鉆孔時鉆到原結構鋼筋，如果遇到鋼筋，要及時避開，確保不破壞原結構。鉆孔的位置、深度、孔徑要滿足設計要求，鉆完后的孔壁應完整，無裂紋、蜂窩等。

2）清孔。清孔是整個施工環節中最重要的一環，因為鉆孔完成后孔內殘留很多混凝土粉末和碎屑，直接關系到植筋的質量。所以一定要把孔內雜物清理干凈。用毛刷套上加長棒，伸至孔底，來回反復抽動，把灰塵、碎渣帶出，再用壓縮空氣，吹出孔內浮塵。吹完后再用脫脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔內壁。但不能用水擦洗，因酒精和丙酮易揮發，水不易揮發。用水擦洗后孔內不會很快干燥。另外清孔完成后要檢查孔深，只有孔深符合設計要求，才能進行下一步施工。鉆孔清洗完成后要請監理、業主等相關單位驗收，合格后方可注膠。

3）注膠。注膠是將粘結劑放入專用的手動注射器中，注膠時先將粘結劑出口處較稀的膠液排出不用，然后將前端的螺旋混合嘴伸入孔底，如長度不夠可用塑料管加長，然后扣動板機進行注膠。為了使鋼筋植入后孔內膠液飽滿，又不能使膠液外流，孔內注膠達到 50 % 即可?？變茸M膠后應立即植筋操作。

4）插入鋼筋。植筋前要把鋼筋植入部分表面銹跡清除干凈，再用酒精或丙酮清洗，保證鋼筋表面不能有油漬等雜物。鉆孔內注完膠后，把經除銹處理過的鋼筋立即放入孔口，然后慢慢單向旋入，不可中途逆向反轉，直至鋼筋插入孔底［2］。

1.2 試驗方法

1）施工現場簡介。本工程結構形式為框架結構，墻體拉結筋和構造柱鋼筋采用植筋的方式和框架連接，拉結筋植筋規格選用 HPB300φ6，構造柱植筋規格選用 HRB400φ12。由于第一次拉拔試驗檢測不合格，對之前已完工的植筋進行了返工，后續施工嚴格按照施工工藝要求進行。施工完成后對所有植筋進行拉拔試驗，檢測改進后的植筋質量也為了分析找出影響植筋質量的主要因素。此次檢測植筋共計 500 根，其中拉結筋鋼筋 312 根，構造柱鋼筋 188 根。

2）試驗方法簡介。此次試驗選用的儀器為數字顯示式拉拔儀。儀器主要包括手動油泵、液壓油缸、智能數顯壓力表、高壓油管、錨具等。試驗方式采用非破損檢驗，加載方式采用連續加載方式。合格標準為：試樣在持荷期間，錨固件無滑移、基材混凝土無裂紋或其他局部損壞跡象出現，且加載裝置的荷載示值在 2 min 中內無下降或下降幅度不超過 5 % 的檢驗荷載。植筋受拉承載力設計值按 JGJ 145－2013《混凝土結構后錨固技術規程》6.3.1-2 公式取值如式（1）所示。

2 試驗結果

按照以上試驗方法對現場 500 根植筋進行拉拔試驗，其中 HPB 300φ6 拉結筋鋼筋 312 根，HRB 400φ12構造柱鋼筋 188 根。試驗結果如表 1 所示。

表1 拉拔試驗結果

其中 22 根不合格植筋，對這 22 根植筋不合格因素進行初步分析，其中由于錨固深度不夠導致質量不合格的植筋有 5 根，其中拉結筋植筋有 3 根，構造柱植筋有 2 根；由于清孔不干凈導致基材粘結力不夠等因素導致不合格的植筋占 17 根，其中拉結筋有 10 根，構造柱植筋有 7 根。具體分布如表 2 所示，不合格植筋的試驗數值如表 3 所示。

表2 不合格植筋分布表 根

表3 不合格植筋錨固承載力數值 kN

根據以上試驗數據可得出以下結果：①此次植筋的施工質量總體是合格的，滿足規范要求；②構造柱植筋比拉結筋植筋不合格率高，且實測值較設計值有較大差距；③基材粘結力不夠對植筋質量影響大。

3 植筋破壞方式及影響植筋質量的因素

3.1 植筋破壞方式

植筋是用有機或無機粘結劑將鋼筋種植于混凝土基材的一種后錨固連接方式。一般情況下植筋只考慮承受軸向力作用，植筋的錨固承載力通過鋼筋和粘結劑傳向混凝土基材。所以錨固力的大小直接與鋼筋和粘結劑的粘結程度、粘結劑和基材的粘結程度有關。

植筋的破壞模式分為混凝土基材破壞和鋼筋整體拔出破壞。此次重點討論植筋的錨固承載力達到極限時的破壞模式。植筋承載力達到極限承載力時的破壞模式細分為以下 3 種：第一種模式是鋼筋沿膠混界面拔出，這種情況的破壞是鋼筋與粘結劑結合足夠牢固，粘結劑與混凝土基材之間結合不夠牢固，首先發生破壞；第二種模式是鋼筋沿膠界面拔出，這種情況的破壞是粘結劑與混凝土基材之間的結合足夠牢固，粘結劑與鋼筋之間的結合不夠牢固，植筋承受的軸向力超過二者之間的粘結強度，發生破壞；第三種模式是鋼筋破壞也就是植筋承受的軸向力超過鋼筋的抗拉強度，鋼筋被拉壞，一般情況下鋼筋的抗拉強度大于植筋的錨固力，當發生鋼筋破壞時更多的是鋼筋本身存在缺陷，使用的鋼筋為不合格品，或者設計不合理選用的鋼筋抗拉強度小于設計的植筋錨固力。破壞方式示意圖如圖 2 所示。

圖2 植筋示意圖及三種破壞模式

此次不合格的植筋中以第一種方式破壞的有 8 根，以第二種方式破壞的有 14 根，無第三種方式破壞。

3.2 影響植筋質量的因素

根據 JGJ 340－2011《混凝土結構工程用錨固膠》6.2.7.2 公式，如式（2）所示。

式中：Nu為拉拔的破壞荷載，N；fb.c為鋼筋和混凝土的粘結強度，MPa；d0為鋼筋公稱直徑，mm；1b為鋼筋錨固深度，mm。

可知植筋的錨固承載力和鋼筋和混凝土粘結強度、鋼筋直徑、錨固深度有關。而粘結強度與基材干凈程度、鋼筋干凈程度、粘結劑種類有關。下面將結合試驗結果分別分析這些因素是如何影響植筋質量的。

1）錨固深度。

錨固深度對植筋質量的影響主要表現在鉆孔的深淺直接影響粘結劑的注漿深度和鋼筋的錨固深度。當鉆孔深度較淺時，鋼筋與粘結劑的粘結長度、粘結劑與基材的粘結長度都不足，導致錨固力不足，鋼筋容易發生第一種破壞或第二種破壞。現場檢測不合格的 5 根植筋就是這種情況。因此在植筋施工時鉆孔深度一定要滿足規范和設計要求。根據 JGJ 145－2013《混凝土結構后錨固技術規程》的要求，對受拉鋼筋植筋的最小錨固長度為 0.3ls，10d，100 mm 三者之間的最大值（ls為基本錨固深度，d為鋼筋直徑）。

2）基材干凈程度和鋼筋干凈程度。

基材的干凈程度主要指基層表面應堅實、平整，基層表面不應有抹灰層、裝飾層。另外最重要的是鉆孔完成后，要對鉆孔進行清理，徹底清理鉆孔里殘留的粉塵和碎屑。清孔這一步極為重要，如果清孔不到位或沒有清孔則粘結劑受鉆孔內殘留的粉塵和碎屑影響無法與基材緊密接觸，粘結不到位，無法發揮粘結強度，導致鋼筋容易沿膠混界面拔出。

鋼筋的干凈程度主要指鋼筋使用前應清除鋼筋表面的浮銹和污漬。這和清孔的目的一樣，都是保證粘結劑能粘結到位，發揮最大的粘結強度。如果鋼筋表面沒有清理干凈容易使鋼筋沿膠界面拔出。

以上兩種影響因素都著重強調材料表面的干凈程度對植筋質量的影響。通過試驗結果就可以看出材料表面不干凈會對粘結強度產生很重要的影響，導致錨固力大幅度下降。這也是影響植筋質量的主因，在粘結劑合格的前提下，如果能夠保證材料表面的干凈程度則粘結強度就有保證，則植筋的合格率將大幅提升。因此在施工過程中一定要注意材料表面的干凈程度。另外在施工中要注意天氣和環境的影響，避免潮濕、陰雨環境下施工，以使粘結劑能夠發揮最大的效力。

3）鋼筋直徑。

鋼筋的直徑與鋼筋的截面積直接相關。鋼筋直徑越大，鋼筋截面積越大。所以在錨固深度和粘結強度相同的情況下，鋼筋與粘結劑的接觸面積越大，則錨固力越大。對比 HPB300φ6和HRB400φ12 兩種型號鋼筋的錨固力就可以發現這一規律，所以在其他條件相同的情況下，當錨固力無法滿足要求，可以選用較粗的鋼筋以提供更大的錨固力。

HPB300φ6 和HRB400φ12 兩種型號鋼筋的錨固力設計值根據 JGJ 145－2013《混凝土結構后錨固技術規程》6.3.1-2 公式計算得 7.6 kN 和 40.7 kN。對比可以發現鋼筋牌號和規格的提升會導致錨固力設計值大幅度提升。根據 JGT 340－2011《混凝土結構工程用錨固膠》6.2.7.2 公式可知鋼筋直徑增大會導致錨固力增大，但鋼筋牌號的不同不會影響植筋的錨固力。這也是為什么構造柱植筋比拉結筋植筋不合格率高的一個原因。

4）粘結劑。

粘結劑是使植入的鋼筋與基材粘結在一起的關鍵材料，是錨固力能不能達到要求的重要因素。所以粘結劑的選擇對植筋質量的影響至為關鍵。此次施工選擇的粘結劑是滿足要求的，粘結力不足主要是由材料表面不干凈導致的，并不是粘結劑本身的問題。

粘結劑選擇時要考慮長期穩定性、耐高溫、耐酸堿、抗氧化等諸多因素。目前市場上可供選擇的粘結劑種類、型號各異，性能也是不盡相同。盡管短期內受力效果沒有太大差距，但性能的穩定性和耐久性在數年后就會有非常明顯的差距。因此在選擇時一定要選擇正規廠家生產的、有完整質保資料的粘結劑，另外要根據工程實際情況，注意粘結劑的各項參數及使用環境，確保選擇的粘結劑可以滿足施工要求。

4 結語

通過以上分析可知，影響植筋質量的各個因素實際上影響的是鋼筋與粘結劑的粘結強度和粘結劑與基材的粘結強度。而這些因素就是施工過程中需要控制的關鍵點，在施工過程中如果能嚴格按照設計及規范要求施工，則影響植筋質量的各項因素就能避免，植筋的質量就能保證。Q