灌浆料强度对灌浆套筒连接接头力学性能影响分析

朱文运，赵建华，杨 放，相秋迪

（1.江苏省住房和城乡建设厅科技发展中心，江苏 南京 210000；2.南京市建筑工程质量安全监督站，江苏 南京 210017；3.南京工大建设工程技术有限公司，江苏 南京 210002；4.江苏省建筑工程质量检测中心有限公司，江苏 南京 210033）

0 引言

套筒灌浆连接是装配式混凝土结构的主要连接形式，工程中常常会出现灌浆料实际强度与理论强度的差异，本文通过对预先设定不同灌浆料强度的钢筋套筒灌浆连接接头进行力学性能测试，期望能得到满足接头力学要求所需灌浆料强度的限值，为工程质量处理提供依据。

1 研究背景

钢筋套筒灌浆连接是利用内部带有剪力槽的套筒和注入高强度无收缩灌浆料将受力钢筋进行连接，因此，连接钢筋作为主要的载体，发挥传递各预制构件荷载的作用，有效锚固长度取决于套筒内部灌浆饱满度及连接钢筋插入深度，其中锚固长度与灌浆饱满度直接影响套筒接头质量及传力性能。而作为荷载传递介质的灌浆料，影响了装配式混凝土结构的承载力和抗震性。

2 研究内容

为研究灌浆料强度对灌浆套筒连接接头力学性能的影响，采用五种不同强度等级（C40，C50，C60，C70，C80）的灌浆料制作钢筋套筒灌浆连接件（所有接头均满灌，并严格控制钢筋锚固长度达到 8 d）及相应的灌浆料标准试块，在规定龄期下，分别对钢筋套筒灌浆连接件和灌浆料标准试块进行单向拉伸试验和抗压试验，分析确定灌浆料抗压强度与灌浆接头抗拉强度的关系。

2.1 试验设计

2.1.1 相关材料的技术及性能参数

1）钢筋的力学性能参数。

试验采用 HRB400 钢筋，包括 14、16、20 mm 三种直径，钢筋力学性能参数如表 1 所示。

表1 钢筋力学性能参数

2）灌浆套筒技术参数。

试验采用思达建茂半灌浆套筒，由钢质机械加工而成，材料性能满足 JG/T 398－2012《钢筋连接用灌浆套筒》要求。选择了 3 种常用型号的灌浆套筒，基本尺寸如表 2 所示。

表2 灌浆套筒尺寸 mm

3）灌浆料性能参数。

试验采用某品牌灌浆料厂家特殊配制的五种不同强度等级的灌浆料，设计强度分别为 40、50、60、70、80 MPa，拌合时水与灌浆料的质量比为 0.12。本试验所用灌浆料除抗压强度以外其余各项性能均满足 JG/T 408－2013《钢筋连接用套筒灌浆料》要求。

为确保接头试件试验时的灌浆料强度在设计强度值的 ±3 MPa 以内，根据强度增长曲线预测试压同条件试块的强度，并在预估时间点前提前一定时间试压试块。试件拉伸前灌浆料标准试块测试结果如表 3 所示。

表3 灌浆料强度测试结果

2.1.2 试件制作

在确保套筒灌浆饱满且下段钢筋的锚固长度为 8 d的前提下，本次试验制作了一批灌浆料强度等级不同、套筒规格尺寸不同的钢筋套筒灌浆连接件。试件制作数量如表 4。

表4 试件制作一览表

2.1.3 试验方法

试验方法符合 JGJ 355－2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》的要求。采用 500 kN 电液伺服万能材料试验机进行加载。加载制度为从零到破坏的一次加载，加载速率为 2～10 MPa/s。测试内容包括屈服强服、抗拉强度以及破坏形态。

2.2 试验结果分析

根据现行行业标准 JGJ 355－2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》的规定：对于钢筋套筒灌浆连接强度的试验结果分析如下。

1）套筒灌浆接头的抗拉强度≥连接钢筋抗拉强度标准值 540 MPa，且发生破坏时，接头外钢筋断裂；

2）钢筋套筒连接接头的屈服强度≥连接筋屈服强度标准值 400 MPa（抗拉强度和屈服强度标准值为本试验所用钢筋标准值）；在连接接头单向拉伸压试验中，当接头拉力达到连接筋抗拉荷载标准值的 1.15 倍（即 621 MPa）而未发生破坏，可停止试验，表示抗拉强度合格。试验结果如表 5 所示。

表5 单向拉伸结果

从 GT 14 和 GT 20 两 种规格的套筒灌浆连接件中每种强度等级挑选一组对其破坏形态进行展示，如图 1 所示。试验中出现的 3 种破坏形态详图如图 2 所示。

图1 套筒灌浆连接件破坏形态展示

图2 破坏形态详图

由表 5 可见，对于 GT14 接头，当套筒内灌注的灌浆料强度不小于40MPa时，其接头试件的屈服强度和抗拉强度均满足标准要求。对于 GT16 接头，当套筒内灌注的灌浆料强度为 40 MPa 时，此时接头试件的屈服强度满足要求，但 3 个接头试件均为钢筋拔出且抗拉强度小于 621 MPa（1.15倍钢筋抗拉强度标准值），因此判定改组试件抗拉强度不合格；当套筒内灌注的灌浆料强度不小于 50 MPa 时，其接头试件的屈服强度和抗拉强度均满足标准要求。对于 GT20 接头，当套筒内灌注的灌浆料强度不大于 60 MPa时，此时接头试件的屈服强度满足要求，但钢筋均被拔出且抗拉强度小于 621 MPa，因此当灌浆料强度不大于 60 MPa 时，其接头试件力学性能不满足标准要求［1］；当套筒内灌注的灌浆料强度不小于 70 MPa 时，接头试件屈服强度和抗拉强度均满足标准要求。

图3 套筒拉断形态

另外，需特别说明的是，对于 GT20-60 MPa 中的 3 号试件，套筒被拉断。图 3 展示了套筒拉断形态。由图 3 可见，套筒断裂处位于出浆口处，即上下两段钢筋之间。导致套筒先于钢筋被拉断的原因有两点，一方面，连接钢筋强度高，另一方面，从套筒断面可见，套筒两侧壁厚差异较大。

3 结论

本文试验结论主要如下。

1）采用套筒灌浆连接时，灌浆料强度是影响连接接头力学性能的关键因素。

2）针对本次实验，在设定套筒内钢筋有效锚固长度为 8 d 的前提下，套筒规格尺寸越大，所需灌浆料强度也越高。

3）对于 GT 14 接头，当套筒内灌浆料强度不小于 40 MPa 时满足标准要求。

4）对于 GT 16 接头，当套筒内灌浆料强度不小于 50 MPa 时其接头力学性能满足标准要求。

5）对于 GT 20 接头，当套筒内灌浆料强度不小于70 MPa 时才能确保套筒灌浆连接的可靠性。

通过试验研究可知：在三种规格的套筒中灌浆料强度不满足设计强度等级但满足以上试验结论中的强度时，接头的力学性能能够满足标准要求，可不进行质量处理。本研究成果为装配式建筑节点现场施工的质量控制提供了一个途径，为套筒灌浆质量问题处理提供参考。