装配式剪力墙灌浆质保措施及检测方法研究

汪家毅,吴 勇,刘 涛,王仕祥,彭 凯,姬永铁

(1.宜昌市建筑市场和建设工程质量安全监督站，宜昌 443000；2.湖北省建筑科学研究院设计院股份有限公司，武汉 430071；3.中建二局建设集团,北京 100000)

1 套筒灌浆连接

1.1 接头组成及连接原理

套筒灌浆是预制构建装配的重要一环，其重要性不言而喻。常见的灌浆连接形式为全灌浆套筒和半灌浆套筒，两者连接接头的主要组成是一样的，其组成分为套筒灌浆料、套筒、钢筋。其连接原理均是将钢筋插入灌浆套筒然后注入浆料来填充其中的空隙，灌浆料一般为水泥基灌浆料。由于套筒内部为凹凸不平的状态，且钢筋为带肋状态，灌浆料硬化后，钢筋和套筒紧密连接，使得所受外力能够得到有效传递[1]。

全灌浆接头和半灌浆接头组成和连接原理基本一致，但是二者的效果存在一定的差异。全灌浆连接形式通过灌浆料与套筒连接两端钢筋，目前已经可以连接直径范围为Φ16～Φ40 mm的HRB335和HRB400带肋钢筋，其结构如图1所示。目前的套筒灌浆接头形式选择时，全灌浆接头相比于半灌浆接头使用更为普遍，工程中将全灌浆接头方式简称为灌浆套筒[2]。另一种连接方式在预制构件端采用直螺纹方式连接，现场装配端才采用灌浆方式连接，所以称之为半灌浆接头，其结构如图2所示。

1.2 连接工艺

钢筋套筒灌浆连接采用的是装配式方案，先在装配式建筑工厂进行构件预制，再在预制构件安装现场进行套筒连接。在装配式建筑工厂进行构件预制时，主要是将连接钢筋、套筒等部件进行连接后预埋在构件内部。具体操作步骤是：首先是主要部件的连接，将钢筋一端与灌浆套筒进行连接或安装，然后是其它部件与主要部件的连接，将主要部件与钢筋结构构件中其它钢筋连接牢固，通过灌浆孔注入浆料、直至灌满由溢浆口溢出为止，然后浇筑混凝土。

在现场结构安装套筒连接阶段，主要是将预制构件与已浇筑结构或另一预制构件进行连接。具体操作步骤是：首先是将需要连接的俩构件对齐，慢慢地将构件上的连接钢筋插入本构件的套筒空腔，并使预制构件牢固，然后是灌浆料的灌注，直至浆料溢出为止，灌浆料硬化后构件连接安装即完成。

2 施工质量影响因素和保障措施

2.1 构件预制阶段

1)影响因素

构件预制阶段是在工厂中加工，因此构件加工厂的品质对剪力墙、连接柱等部位有重要影响。而品质的好坏主要是通过性能、质量和精度体现，具体到灌浆接头和套筒就是：灌浆接头的连接性能和灌浆套筒产品的质量、套筒中钢筋的定位精度、钢筋与套筒的连接质量或钢筋预安装精度[3]。

(1)灌浆接头的连接性能和灌浆套筒产品的质量

预制构件连接质量的关键要素是灌浆连接接头性能和套筒产品的质量。我国为确保预制产品的质量和性能能够满足工程现场的要求，对主要构件制定了相关规范[4]。其中就要求灌浆连接接头应满足JGJ107—2016《钢筋机械连接技术规程》标准中的Ⅰ级接头型式的要求，生产的套筒应符合JG/T398—2012《钢筋连接用灌浆套筒》中所规定的性能指标。

(2)钢筋和套筒的定位精度

现场顺利安装和连接的关键是预制构件的连接钢筋和套筒定位准确。因此需要相应的手段确保钢筋和套筒的定位精度，对于构件的精度需要高精度模具来保障，而连接钢筋与套筒定位准确需要专用工艺装备来保证。构件的质量和精度需要符合要求只是第一步，现场安装时依然需要确保每一步都能达到要求，灌浆连接接头才能达到设计要求，首要就是确保预制构件的钢筋能够顺利插入套筒空腔中并使灌浆材料充填在钢筋周围和套筒内腔。

2)质量保证措施

(1)灌浆连接接头质量

为了能多方面保障工程构件的质量，对于复检满足规范要求的接头和套筒产品，还需要通过接头拉伸性能测试确认产品及施工工艺的连接质量。

接头拉伸性能测试的主要目的是测试样品的拉伸性能，保障样品在应用时能够满足抗拉强度。因此测试材料必须和施工时的材料一致，钢筋应使用构件施工用的热轧带肋钢筋，灌浆料应为接头型式检验报告中的材料。不仅测试材料要保持一致，施工工艺也应模拟现场的施工工艺，安装方式选择施工现场最不利状况下的方式。具体操作是：将每种规格制作一组(3根)接头，按钢筋贴套筒内壁的安装方式进行灌浆连接，然后固定并用薄膜密封，按养护要求养护28 d，最后进行拉伸测试，测试结果应满足设计要求。

(2)钢筋和套筒的定位精度

精度主要是通过三方面进行控制，首先是模板上预留的钢筋及套筒定位孔位置偏差、专用固定件固定钢筋或套筒后的轴线偏差，两者的偏差程度应控制在±0.5 mm以内。然后是专用固定件与模板的安装间隙应控制在1.0 mm以内。为保证以上精度，钢筋、套筒固定件及模板都需采用专用构件[5]。

预制构件在预埋灌浆接头过程中需先将一端连接钢筋与套筒连接好，然后再将接头预埋在预制构件内。半灌浆套筒接头施工时须保证加工的钢筋螺纹尺寸精度和钢筋与套筒连接的拧紧力矩。因此JGJ107—2016《钢筋机械连接技术规程》规定了钢筋直螺纹丝头加工与安装的具体要求。

控制螺纹尺寸精度时，首先要将钢筋端部切平或镦平，然后再进行加工。加工时钢筋丝头加工长度应符合产品设计要求，安装后各指标值需满足JGJ107—2016标准的相关规定。最后按批验收，合格后再投入构件钢筋组装工序。

2.2 构件安装阶段

1)影响因素

构件安装阶段对连接质量产生影响的因素主要有：套筒灌浆料产品质量、构件连接部位处理工艺及安装工艺、灌浆施工工艺和构件养护及保护措施。

(1)构件连接钢筋安装质量

构件连接钢筋安装质量主要受三方面影响：一是钢筋位置及其长度是否符合设计要求，构件安装能否到位；二是钢筋表面需避免沾有泥浆或被严重锈蚀；三是接缝时需保证间隙符合要求，避免过小。

(2)灌浆料配比和制作工艺

灌浆施工时，要采用合适的水浆比。灌浆料浆料是施工人员按照试验配比在现场加工的混合料，所以施工人员的操作将会对其质量产生很大影响，但施工人员的操作水平参差不齐，导致其是影响接头质量最大风险之一。因此拌制加工时，施工人员应按产品说明操作，操作时间也应满足规范要求，否则可能导致浆料流动度变差、抗压强度降低及膨胀性能出现问题，甚至出现泌水等问题。人员的操作是影响质量的重要因素，而浆料也至关重要[6]。

(3)灌浆工艺和防护措施

灌浆施工工艺是连接质量的关键因素，因此需采用优良的灌浆工艺并严格按照工艺执行，不然可能导致连接质量不合格；灌浆工艺仅仅是保证连接的必要条件之一，灌浆后需对构件进行有效防护，接头连接部位不得受到扰动，灌浆必须保证足够的密实度，使各部分紧密连接，不产生间隙。另外灌浆后需要对温度进行控制，避免还未达到相应强度灌浆料就发生冻结，浆料内自由水分凝固结冰。

2)质量保证措施

通常情况下，在标准层施工时连接钢筋定位及预留长度控制都相对容易，但在插筋施工时转换层容易产生偏差。因此需对连接钢筋采用定型钢板开孔的方式精准定位，再通过标高控制线完成预留长度控制。

灌浆前，严格控制封仓质量。封仓施工时，浆料按内塞2 cm，外抹八字脚的要求进行，从而确保座浆料封仓强度。注浆前，为确保灌浆施工顺利进行通过软管吹气的方式检查各连通腔及关键套筒是否堵塞。

灌浆料拌和前，需对灌浆料及水的配比使用检定合格的台秤进行严格控制，按照设计配比进行拌和[7]。浆料拌和过程需充分搅拌，静止后进行流动度检测试验，合格后逐个进行灌浆作业。

注浆过程严格按照下方注浆孔注浆，上方溢浆孔排气出浆，必须等到溢浆孔流出均匀浆液后方可堵塞的要求进行。最后一个溢浆孔采用外接透明导管的方式，抬高灌浆料浆液面，通过观察导管内浆料上升时候匀速、无气泡，判断灌浆是否密实，达到控制灌浆质量的效果。

3 灌浆检测探究

目前装配式混凝土结构工程验收的规范主要是JGJ1—2014《装配式混凝土结构技术规程》和DB42/T1225—2016《装配式混凝土结构工程施与质量验收规程》，其要求对灌浆料留置试件进行抗压强度试验、对灌浆套筒进行形式检验，该方式只能证明材料本身的质量，并不能对连接质量进行一种真实的反映，而装配式建筑整体的好坏则直接受连接质量的影响，因此需对其进行深一步的研究[8]。

3.1 灌浆破坏试验

1)试验目的

采取施工现场的灌浆工艺工序，试验模拟剪力墙套筒灌浆工艺制备试件，对试验完成的试件进行切割处理，最后观察切割后的试件，直观判断灌浆密实度的效果。

2)试验设计

按照现场施工方案要求进行设计，对于构件长度大于1 500 mm的需进行分仓处理，现场制作长1 550 mm，宽200 mm，高400 mm模拟构件，灌浆料、注浆方式及注浆人员注浆也要根据施工方案进行。为了能够对试件进行切割，保证可操作性，剪力墙底座采用专门设计的可分离柔性连接底盘。

3)试验结果

根据施工现场的要求操作灌浆后，对灌浆套筒断面进行切割，剖切出来的灌浆套筒断面显示，每个灌浆套筒内的灌浆料充盈且密实。

4)试验结论

对按照施工现场的工艺工序进行注浆模拟完成的灌浆套筒进行破坏试验，相关指标能够达到规范要求，尤其是注浆后套筒内浆料密实度也符合要求。

3.2 X射线成像检测

1)试验目的

X射线成像检测的实验目的主要有：第一，由于X射线有着穿透作用、差别吸收、荧光作用和感光作用的优点，可以通过X射线成像处理技术获取的图像来区分不同预设灌浆密实度试件从而验证X射线成像与灌浆密实度之间的关系。第二，虽然X射线穿透能力强，但对于套筒内的插筋长度、直径显示效果需通过试验验证。第三，研究X射线穿透混凝土对套筒长度、直径，及套筒内钢筋及灌浆情况的显示效果。

2)试验设计

试验分为两阶段，第一阶段以灌浆情况进行为变量对套筒的X射线成像进行研究；第二阶段将第一阶段试验完成后的灌浆套筒按照预制构件实际尺寸制作成模拟构件，对模拟预制构件灌浆部位X射线成像。

(1)第一阶段试验样品制备

针对施工现场灌浆料的状态，制备5组灌浆套筒连接样品，样品状态详见表1。

表1 灌浆套筒样品状态情况表

(2)第一阶段检测

制备好的5组样品养护后采用双壁透照法在X射线探伤室进行试验，检验套筒内部状况。首先将胶片固定在射线源对侧的套筒外壁并保证胶片能完全覆盖被测套筒且平行于被测套筒。然后将射线源垂直对准被测套筒，形成足够的有效成像区域，保证能够完全覆盖被测套筒。最后还需要保证胶片与射线源距离和射线机焦距相同(焦距：500 mm)，射线探伤仪放置应满足投照时X射线束垂直纸箱透照区中心。将控制器与X射线探伤仪相连，根据设备参数及检测工况要求选择合适的透照工艺(设置管电压：230 kV、曝光时间：2 min)。在控制器上设置延迟开启时间，确保检测人员到达安全区域后控制器开启测量。

曝光完成后，控制器自动停止测量。

(3)第二阶段试验样品制备

模拟施工现场构件构造，将制备的套筒浇筑在构件中并养护、拆模。

(4)第二阶段检测

采用双壁透照法对制备并养护好的5组构件在X射线探伤现场检验套筒内部状况。胶片和X射线探伤仪分别放置在预制构件垂直方向两侧，要求胶片和有效成像区域能够完全覆盖被测套筒；射线源到胶片的距离应与射线机焦距相同(焦距：500 mm)，在投照时射线探伤仪放置需在能够实现X射线束垂直纸箱透照区中心的位置。控制器与X射线探伤仪相连，透照工艺(设置管电压：295 kV、曝光时间：5 min)根据设备参数及检测工况要求进行选择。为确保现场所有人员到达安全距离后控制器开启测量，需在控制器上设置延迟开启时间。

3)试验结果

第一阶段试验，套筒X射线成像按照标准密实灌浆、配比不正常灌浆、半密实灌浆等情况组合进行试验，结果显示钢筋插入长度和直径大小成像较为明显，套筒直径、长度成像明显；套筒内浆料阴影与实际注浆情况基本一致、较为明显，配合比正常与否成像不明显。

第二阶段试验，模拟构件成像，结果为套筒直径、长度成像明显；钢筋插入长度、直径大小成像不明显；套筒内浆料阴影成像效果不明显。

4)试验结论及分析

(1)用X射线成像检测灌浆套筒钢筋插入长度、直径大小成像效果较好。

(2)用X射线成像检测灌浆套筒内灌浆料饱满程度效果较好。

(3)用X射线成像检测模拟构件套筒直径、长度、完整性效果较好。

(4)用X射线成像检测模拟构件套筒内钢筋及灌浆料效果不佳，虽然X射线可以穿透混凝土显示套筒成像，但是由于套筒内浆料和套筒外混凝土成分接近或是由于混凝土对X射线有一定的阻挡作用，这都使套筒内钢筋和浆料的成像效果下降。

4 结 语

该文依托宜昌市首个PC装配式房建项目从构件生产、构件安装过程分析构件质量影响因素和保障措施，同时针对装配式混凝土构件灌浆情况检测开展了探索试验。试验结果验证了实际套筒灌浆施工方案的可行性，并且开展射线法检测试验。试验结果表明X射线可用于灌浆套筒内部钢筋及灌浆料密实度检测和混凝土构件内套筒尺寸检测，但是对于混凝土构件内套筒内钢筋和灌浆料密实度检测尚需进一步探索。