灌漿缺陷補漿對套筒灌漿連接接頭力學性能影響的試驗研究

張 軍，顧 盛，李紅明，李涵清，王 陶

（1.昆山市建設工程質量檢測中心，江蘇 昆山 215337；2.江蘇科技大學，江蘇 鎮江 212000）

0 引言

鋼筋套筒灌漿連接是在裝配式混凝土結構中常用的鋼筋連接形式，是一種在預制混凝土構件內預埋的金屬套筒中插入鋼筋，并灌注高強、微膨脹的水泥基灌漿料而實現的鋼筋對接連接方式［1］。但是，由于構件加工精度、現場施工水平等因素，套筒內部可能出現漏漿、少灌的情況。若套筒內部灌漿不飽滿，鋼筋連接將達不到預期性能，則會帶來結構安全隱患［2，3］。因此，針對套筒灌漿飽滿度檢測以及發現灌漿缺陷后套筒補漿整治技術的研究尤為關鍵。

對于套筒灌漿飽滿度檢測技術，研究人員陸續提出了 X 射線法、阻尼振動法、預埋鋼絲拉拔法、沖擊回波法、超聲波法、內窺鏡法等多種檢測方法［4-8］，但是，對套筒灌漿飽滿度進行檢測只是“識病”，在發現問題后如何“治病”，目前是一個技術難題，相關的研究很少。JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》［9］給出了一種補漿方法，將與注射器相連的細管通過出漿孔道伸入套筒內腔，緩慢推動注射器活塞進行補漿，注射補灌至出漿口處有灌漿料溢出，邊注射邊拔出注射器，并及時封堵出漿口。但是，補漿后的鋼筋套筒灌漿連接接頭力學性能能否滿足標準要求尚未可知，補漿區連接鋼筋表面以及套筒內壁會有初始灌漿料殘留層，每個套筒的補漿區段長度也不相同，且套筒內腔同時存在特配補漿料與初始灌漿料二種材料，初始灌漿料殘留層、補漿區段長度以及特配補漿料與初始灌漿料的協同工作能力是否會對鋼筋套筒灌漿連接接頭力學性能造成影響，需進一步研究。

本文以全灌漿套筒接頭為研究對象，以初始灌漿料殘留層、補漿區段長度以及特配補漿料與初始灌漿料的協同工作能力為試驗參數，研究灌漿缺陷補漿對鋼筋套筒灌漿連接接頭力學性能的影響。

1 試驗設計

1.1 材料參數

1.1.1 鋼筋的力學性能參數

本次試驗采用的連接鋼筋為 HRB400E 熱軋帶肋鋼筋，直徑為 18 mm，根據 GB/T 228.1－2010《金屬材料拉伸試驗第 1 部分：室溫試驗方法》［10］對連接鋼筋力學性能進行了檢測，詳細參數如表 1 所示。

表1 試驗用連接鋼筋力學性能參數

1.1.2 灌漿套筒技術參數

試驗所選用的套筒為 GT 18L 型全灌漿套筒，其性能滿足 JG/T 398－2019《鋼筋連接用灌漿套筒》［11］要求，詳細參數如表 2 所示。

表2 試驗用全灌漿套筒技術參數 mm

1.1.3 灌漿料及補漿料性能參數

本次試驗選用的套筒灌漿料為 CGMJM－VI（6）型灌漿料，特配補漿料為高流動性補漿料，如圖 1、圖 2 所示。灌漿料拌和時水與灌漿料的質量比為 0.12，特配補漿料拌合時水與灌漿料的質量比為 0.28，按照 JG/T 408－2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》［12］對灌漿料及補漿料的流動度及強度進行檢測，檢測結果如表 3 所示，均滿足標準要求。

圖1 灌漿料

圖2 補漿料

1.2 試件設計及制作方法

本次試驗共制作了 30 個套筒接頭試件，每個套筒接頭試件鋼筋插入長度均為 8d（d為連接鋼筋直徑）。預設不同程度的缺陷，套筒接頭試件內腔分為兩部分：灌漿飽滿區以及補漿缺陷區。補漿區段長度分別為 3、4、5、6、8d。為了精確控制灌漿飽滿度，在預設缺陷底部位置事先鉆孔，如圖 3 所示；為了在補漿缺陷區連接鋼筋表面及套筒內壁形成初始灌漿料殘留層，每個套筒接頭試件初始灌漿時均灌滿，靜置 10 min 后再進行漏漿；補漿采用兩種材料，分別為 CGMJM－VI（6）型初始灌漿料以及特配補漿料。

圖3 預設缺陷底部位置套筒壁鉆孔

套筒灌漿連接接頭試件具體成型步驟如下：將套筒安裝在支撐固定架上，灌漿前使用透明膠帶將套筒壁鉆孔處封住，如圖 4（a）所示；拌制 CGMJM－VI（6）型灌漿料，使用灌漿槍在灌漿孔道處進行灌漿，等到出漿孔道處有漿料成股流出，使用橡膠塞對出漿孔道進行封堵，拔出灌漿槍，使用橡膠塞將灌漿孔道封堵，如圖 4（b）所示；10 min 后，移除膠帶進行漏漿操作，如圖 4（c）所示；靜置 1 d，等到初始灌漿料凝固。

圖4 試件制作過程

凝固后使用內窺鏡進行校核，確保補漿區連接鋼筋表面以及套筒內壁有初始灌漿料殘留層，如圖 5 所示；校核完成后將套筒倒置安裝在支撐固定架上，拌制套筒灌漿料以及補漿料，使用灌漿槍在出漿孔道處進行灌漿，直至套筒壁鉆孔處有漿料流出；等到漿料凝固，確定接頭試件不會受到擾動后，將接頭試件從固定架上取下，自然條件下養護 28 d。

圖5 內窺鏡校核

1.3 試驗內容及方法

試件制作完成后，參照 JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》進行接頭試件的單向拉伸試驗，試驗在 500 kN 電液壓伺服萬能材料試驗機上進行，加載時，加載速率為 1.0 MPa/s，加載制度為從 0 加載至最大拉力，再卸載至 0，如圖 6 所示。

圖6 加載裝置

2 試驗結果

試驗內容包括接頭試件的屈服強度、極限抗拉強度以及破壞模式，各試件具體的試驗結果如表 4 所示。

從表 4 中可以發現，所有的套筒灌漿連接接頭試件均發生接頭外鋼筋拉斷破壞，區別在于灌漿端鋼筋拉斷和出漿端鋼筋拉斷，具體破壞模式如圖 7 所示。

表4 接頭試件單項拉伸試驗結果

圖7 接頭試件破壞模式

由 JGJ 355－2015《鋼筋套筒灌漿連接應用技術規程》可知，進行套筒灌漿連接接頭試件單向拉伸檢測時，其強度應符合表 5 的規定。

接頭試件套筒內壁與連接鋼筋表面均有初始灌漿料殘留層，試驗中未觀察到連接鋼筋滑移破壞或灌漿料滑移破壞，所有的灌漿套筒連接接頭試件發生灌漿端鋼筋拉斷破壞或者出漿端鋼筋拉斷破壞，接頭試件力學性能滿足表 5 中標準要求，表明補漿料與連接鋼筋、套筒內壁之間的粘結強度大于接頭試件極限抗拉強度，即灌漿缺陷補滿后，初始灌漿殘留層幾乎不會影響補漿后接頭試件的連接性能。

表5 套筒灌漿連接接頭單向拉伸強度

套筒內腔缺陷程度越大，補漿區段長度越大，試驗中隨著補漿區段長度的增大，接頭試件屈服強度、極限抗拉強度以及破壞形式未有明顯變化，所有的灌漿套筒連接接頭試件發生灌漿端鋼筋拉斷破壞或者出漿端鋼筋拉斷破壞，接頭試件力學性能滿足表 5 中標準要求，表明補漿區段長度對接頭試件極限抗拉強度與破壞形式沒有顯著影響。

接頭試件分別使用補漿料與灌漿料進行補漿。兩種接頭試件屈服強度、極限抗拉強度接近，所有的灌漿套筒連接接頭試件發生灌漿端鋼筋拉斷破壞或者出漿端鋼筋拉斷破壞，破壞形式未有明顯區別，接頭試件力學性能滿足表 5 中標準要求，表明補漿料與灌漿料能夠很好地協同工作，實現力的傳遞，保證接頭試件的連接性能。

3 結論

本文以全灌漿套筒連接接頭試件為研究對象，研究了初始灌漿料殘留層、補漿區段長度以及特配補漿料與初始灌漿料的協同工作能力對接頭試件力學性能的影響，通過試驗主要得出以下結論。

1）在補漿飽滿的基礎上，初始灌漿料殘留層對接頭試件的連接性能無明顯影響，不會導致補漿料與連接鋼筋、套筒內壁之間的粘結強度降低，所有試件的連接性能均滿足標準要求。

2）接頭試件的連接性能受補漿區段長度的影響較小，不同的補漿區段長度，接頭試件的極限抗拉強度相互接近，破壞形式也未發生變化，均為接頭外鋼筋斷裂破壞，所有試件的連接性能均滿足標準要求。

3）特配補漿料與初始灌漿料能夠很好地協同工作，實現力的傳遞，保證接頭試件的連接性能，且特配補漿料的流動性更好，方便補漿，若實際工程中發現套筒內部灌漿不飽滿，可使用特配補漿料代替初始灌漿料進行補漿。Q