预制装配式建筑中的套筒灌浆连接技术分析

王月红

(郑州轻工业大学 基建处，河南 郑州 454000)

1 套筒灌浆连接技术的有关内容

1.1 套筒灌浆技术的历史研究

哈亚市等对套筒灌浆做过钢筋拔出的试验研究，得出“在钢筋屈服阶段前，套筒灌浆材料的粘结应力与强度性能呈正线性关系；在钢筋屈服阶段粘结应力保持不变，且不受套筒灌浆材料强度性能的影响”。Adajar等用实验的方式验证了“当套管内钢筋的锚固深度达到或超过钢筋直径的25倍时，最大抗拉强度等于套管注浆中钢筋的最大抗拉强度”。Einea研究了拉伸普通钢管的实验，得出“当选用强度性能合理的灌浆材料，合理约束套管灌浆材料时，钢筋的锚固长度仅能达到强度要求的7倍钢筋直径”。Kim通过Einea的实验结果也做了实验，发现“套筒灌浆材料的性能和灌浆质量对套筒连接性能有重要影响”。吴涛等对12个钢套灌浆接头进行了拉拔试验，结果表明“套筒灌浆连接件可分为弹性、屈服、加固和缩颈这四个阶段。接头的屈服强度和极限强度与钢筋性能接近，把钢筋锚固的长度进行加长后套筒的壁应力会有略微的减小、套筒的钢筋直径会增大，这使得套筒壁应力明显增大”。李锐等研究了将500 MPa的钢套管利用注浆连接的预制混凝土柱在低周反复不断荷载作用下的去统计并观察被破坏的试件变化及变化的差距、变形所需要的力量及它所承受的最大力度，还剖析了不同的箍筋形式和灌浆材料所组成的预制混凝土柱的所能承受的破坏力，通过这些测试得到“预制柱的位移延性、耗能能力和它的承载力同现浇试件的结果比较相近；还有就是预制试件的套筒区域会产生刚性区域，受损部位主要位于套管上部或注浆层的接缝处，对于上部轴向压力大、箍筋较小的预制柱，混凝土保护层脱落后，核心区的混凝土会突然破碎破坏。抗震性能差，建议采用大轴压预制柱，采用一根很长并且内部密度很高的箍筋，有效避免混凝土的外层出现掉落的现象”。聂东来等用超声波来测试了预制混凝土结构中的管筒里面的密实度，得出：“预制建筑混凝土中与竖向钢筋连接的钢筋套筒灌浆材料的密实度可以通过测量超声波的速度和振幅来判断，但不能确定混凝土钢套筒中的灌浆材料有缺陷”。

1.2 套筒灌浆连接技术的介绍

套管灌浆连接技术是指先在套管里面插进一些带肋的钢筋，然后加入注浆物质并使其紧密填充套筒，在加入的注浆物质凝固之后，里面的钢筋和套筒之间就通过注浆物质联系在一起，形成一个整体，并能一起承受外界给予的力，这是利用了灌浆材料的一些特征(可以将钢筋、套筒连接在一起)，通过钢筋和套筒的连接方式可以把它分为全压浆和半压浆两种不同的连接技术，其区别在于半压浆连接方式只是注入50%的材料，另外50%没有注入材料的部分就连接机械，使其在更多领域的利用，以上所述是套筒灌浆技术的具体工作方式及原理。因此，在我国的现代建筑中大多采用套筒灌浆连接技术套，这样会让建筑是一个相对的整体，其承受的外界力的能力提升了不少。另外，目前通过套筒灌浆连接技术建造出来的工程还没有办法对其进行质量上的检测，所以只有对技术的每一个过程都进行规范要求，这样最后的建筑工程的质量才会有所保障。

1.3 套筒灌浆连接技术中的套筒介绍

套筒灌浆连接技术中所用到的套筒又称作套筒灌浆的接头，是它给予了钢筋的所放位置，同时能让注浆的材料能在其中并与钢筋紧密结合，这样就解决了钢筋之间只能竖直放着的弊端，让建筑中的连接形式更多样化也更安全。这些套筒的材料大多都是钢铁类，用得最多的就是球墨铸铁这类的合金钢和高强度的优质碳素钢，同时这些套筒的形状也并不单一，但常见的形状也只是圆柱形和长方体形这两种，这些形状在建筑中也是最常见的。它们在建筑建造的使用中也是十分的简单，只需根据建筑的要求直接拿出套筒就可以使用，使用方便、效率高效是它的优点，但其也有一定的弊端，它尺寸大小并不固定，需要根据建筑的要求进行制作，没有很好的普及性。从另一个方面来说，它又是优点，尺寸不固定为我们的建筑师的设计提供很大帮助，将设计出更多的宏伟建筑。

1.4 套筒灌浆连接技术的失败类型

如今套筒灌浆技术的难度比较高，能熟练掌握技术的人不多，其中就会出现很多失败的状况，其中主要有三种类型，下面介绍失败的类型、原因及解决方法：①注浆界面会被破坏，由于钢筋的锚固长度不够，导致在注入的材料没有办法借助钢筋产生很好的结合，从而注浆界面会很容易被破坏，可通过增加钢筋的锚固长度来避免这种破坏；②灌浆材料拔出不成功，由于注入的材料没有与套筒之间形成很好的隔离界面完全连接在一起了，可以利用增加一些隔离套筒等方式来解决这种问题；③最终产品裂开，这是由于灌浆材料的强度不够或者套筒的强度不足，使得里面的钢筋没有效果，也让最后的产品失败。

2 预制装配式建筑中套筒灌浆连接技术的操作过程及注意事项

预制装配式建筑中很多地方都需要用到套筒灌浆连接技术，就其中梁柱节点区域而言，它的操作过程主要为：前期安排→密封注浆开口处→准备注浆→进行注浆→封堵排浆孔→终检(注：①前期安排：在施工之前必须清理干净基础还要冲几个小时的水在封浆之前，最好使用有压力的水管进行冲水，使对接缝内没有灰渣、油污和积水。②密封注浆开口处：把专用的高强封堵料用坐浆的方式在构件的底部产生有一定槽型的密闭空间，还有其空间一定要和下面留出的孔道、套筒孔是连通的。③注浆施工准备：在施工前加水并搅拌与施工情况相对应和确定检测合格的灌浆料3～5 min，其中灌浆料和水的比例为1∶0.125～0.135，然后静置2～3 min，等里面的气泡自然排出即可。④进行注浆：循环几次把灌浆料倒到灌浆机内进行调浆。为了预防灌浆机堵塞，在把拌制好的灌浆料倒到灌浆机内之前需要用过滤筛网进行过滤。灌浆料应以0.8～1.2 L/min流速从灌浆套筒灌浆口倒入灌浆机。⑤封堵排浆口：直接用橡皮塞堵住流出砂浆后的套筒排浆口，等所有的接头都检查确认完成灌浆后需要把灌浆口和出浆口表面抹平，并且记录下灌浆的整个过程)。

3 套管灌浆饱满度的后验方法

国家有关技术规程都要求套管灌浆饱满密实，应符合国家有关技术规范《装配式混凝土建筑技术标准》(GB/T 51231-2016)、《装配式混凝土结构技术规范》(JGJ 1-2014)中的规定。套筒灌浆的内部饱满度的检测也只能是在整个灌浆的后面阶段，只有在灌浆即将结束的时候才能开始进行检测，在灌浆的后面时间也只能检测灌浆的质量如何，判断其是否达到灌浆的有关要求。只有保证灌浆达到饱和充实才能叫做一个很好的工程，但是套筒灌浆是否饱满密实并不好直接观察，只能利用灌浆套筒的上面的孔是否有浆液流出来判断灌浆是否达到饱满充实。但是，无法直接检查套管内的情况，套管内很可能会出现空腔。因此，一定要检查套筒灌浆的饱满度，这样才能使得灌浆的质量有所保障。

1)经过很多专家学者的实验研究，提出基于混凝土工程经验的套管灌浆取芯取样方法，这是我国常用的技术。由于它通过局部破坏性试验得到实际的试验结果，这样的试验结果更容易让人信服接受，但是，取芯取样只能代表钻孔范围内混凝土质量的一小部分，可能导致误判或漏判。适用于未压实套筒灌浆等工程质量范围的修补和更换。

2)姜杰等提出将体积法运用在灌浆技术里面，在设计阶段确定灌浆套筒孔、导管和底仓整个灌浆空间的大小，严格按图纸要求控制生产，根据灌浆体积判断套筒灌浆的密实度材料，这种理论方法非常简单明了，并不会考虑各方面的构造。

3)DelRiolm提出了用超声波来分析套筒灌浆的内部实际情况。聂东来等发现超声波法可以判断补强套管灌浆材料的密实度，但不能准确确定哪种补强套管灌浆存在内部缺陷，不适合现场检测。

4)刘志浩等通过各种理论加实践的方法证明了用冲击回波的办法完全能检测出套筒灌浆里面是否饱满，但这种方法很难知道双排钢套灌浆密集区和非密集区在哪里，也不准确知道灌浆段与非灌浆段的界面在哪里。

5)王卓林等提出X射线法就能比较轻松地知道管道中灌浆段和非灌浆段的界面在何处，但其有效检测对试件厚度有明显的限制。

6)郑周莲等运用工业CT方法来检测套筒灌浆，证明了用工业CT检测装配厂房套筒灌浆饱满度缺陷的有效性。CT检测可以确定灌浆材料中缺陷的位置，定量分析缺陷大小、面积和体积的分布规律，确定试件的密实度，判断钢筋是否移位。建议在试件按相同的施工工艺和材料固化后，在现场用CT进行检测。

7)高润东等提出了预埋钢丝拉拔法和预埋传感器法。其中预埋钢丝拉拔法是通过拉拨钢丝观察它的承载的力度来确定灌浆内部是否是饱满的状态，预埋传感器的方法则是在套筒管道的出口安装具有感应震动的阻尼传感器，这个传感器会将套筒内部的震动波形数据传出来，通过这些数据就可以判断套筒内是否饱满充实。

8)李辉等利用提前把微型传感器放到注浆的套管里面，只需要把传感器在空气中的振幅减少的程度同注浆材料的衰减程度进行对比就可以知道套筒内的灌浆是否达到饱满充实。这个方法完全可以对灌浆的整个过程进行观察，知道什么时候就能达到饱满，在未达到饱满的时候就可以再进行灌浆。

9)郭正星等提出通过安装排气观测管和灌浆观测管来观测管道的液位，从而从另一个方面来检测灌浆的质量。灌浆质量的检测方法对施工现场来说是否方便、有效是一个很重要的问题，如何在装配套管注浆中使管道充分密实，是如今装配式建筑发展中仍然要考虑的一个问题。

4 预制装配式灌浆技术的控制措施

4.1 分析影响注浆套管性能的因素

装配式建筑中的竖向结构的重要承受力量的节点是灌浆套筒连接点，所以很有必要保证施工过程中的灌浆质量。套管灌浆连接方式的产品能承受的力度与工程的材料(钢筋、套筒、注浆材料)及其整个施工的过程操作有密切关系。例如操作过程中的封堵排浆口没有做好，那么就会有空气在里面，使里面的密实度严重下降，产生一些空腔，导致最后产品的质量严重下降；如果两个套筒的尺寸不一致，这将会导致在连接的时候其材料的重心不一致，最终注浆材料没有办法填满套筒；如果注入的材料在混合的时候所花的时间过长，就会严重降低浆液的流动性，影响套管内的受力不均匀。这些都是影响注浆套管性能的因素，这就要求施工人员在操作过程中要有一定的技术要求，才能保证产品的质量。

4.2 材料需通过试验检测

其最后产品的质量需要有所保障，这样才能保障建筑的质量，其中套筒、注浆的材料都需要经过检测合格后才能保障最后的产品质量。在检测套筒时应在之前就检查它的质量、标识及有关尺寸等物理性质，还要对其进行单向拉伸或者变形处理、反复施压等有强度的处理，对其的强度要求进行检测，这些检测都达到要求才能称作“一级接头”。然后检测每一种规格的灌浆材料，对应的材料要达到要求才能进行生产。这些实验检测都是为了最后的建筑质量。

4.3 灌浆腔密封质量控制

把需要的套筒放到合适的位置(按照要求：水平和垂直的具体要求)，用提前准备好的各类辅助机具来连接安装基础面，然后注入灌浆材料，一定要将灌浆连接腔用密封胶条或高强水泥基座浆材料来进行密封，防止灌浆之前就有其他东西进入腔内，同时使得在灌浆的过程中没有灌浆流出，在进行密封处理24 h后才能进行施工。其中的密封质量要求是后面工程进行的前提条件。

4.4 灌浆作业质量控制

在灌浆施工前，应采用透光检查法对预制柱套管内部进行检查。柱套内的杂物用高压空气代替水清洗，以保证灌浆套内的畅通。灌浆施工时，应在施工现场制作灌浆材料试件，灌浆材料加水量一般控制在12.5%～13.5%，原则上不放水，流动性不小于270 mm。必须对水进行称重、加水、搅拌均匀，未使用的灌浆材料部分不得再次搅拌。浆体温度控制在5 ℃～30 ℃。混合后的灌浆应在30 min内使用。灌浆的时候只能从套管的专用灌浆地方的灌浆口进行灌浆，而且在灌浆的过程中应该做到连续、缓慢、均匀，在等到已经有灌浆从灌浆出口溢出的时候应该立刻密封堵住灌浆出口，然后密封灌浆出口，以确保灌浆完全填满和压实。为了避免出现空气夹层的情况，只能从一个灌浆口进行灌浆，不能多个口同时进行。

4.5 施工扰动控制

灌浆套筒连接处的应力满足设计要求后，可以把预制构件的斜撑给拆下来，继续上部结构施工，这样才能算是解决了施工的前提要求，在后面的施工之中就不会有承载力不够的情况，施工才能安全进行。

5 总 结

灌浆套管连接是一种拥有性能优良、造价低廉、施工方便的新型钢管结构连接形式，弥补了传统钢结构节点在许多方面和领域的不足，它的应用前景和研究空间还有很大，很值得我们去研究的。总套筒灌浆技术用在预制装配式建筑建设中是一项值得施工人员去学习和实践的技术，只有施工人员对技术的每一个步骤、每一个细节有足够的了解，以后的建筑才会更加有安全感，建筑行业就能快速健康地持续发展下去。

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