灌浆套筒接头试验的分析与总结

储鹏宇 上海能辉科技股份有限公司，上海 200335

1 引言

预制装配式混凝土结构采用与钢结构类似的办法，预先将混凝土梁、板、柱等构件在工厂加工完毕，运至施工现场拼装，由于预制装配式建筑可以大大缩短工期，节省施工现场的管理成本，使其备受推崇，尤其是政府的大力倡导，国内的预制装配式建筑技术迅速推广，成为眼下最为流行的建筑形式。

2 灌浆套筒的作用和基本组成

预制装配式建筑将预先制作完成的构件在现场组装一体，尽管梁、板和柱的节点都会采用混凝土现浇，仍然会有人对其抗震性能产生怀疑和担忧。如何使竖向构件保持连续，让整个建筑物在地震来临时具有良好的整体性，成为预制装配式技术的关键。竖向构件中纵向钢筋的连续性对于保证力的传递以及整体性发挥着重要作用，对于预制装配式构件而言，无法采用传统的绑扎、机械连接方式实现钢筋的连接，迫切需要一种套筒续接器来完成构件的对接，灌浆套筒应运而生。

灌浆套筒根据连接方式的不同可分为：全灌浆套筒、半灌浆套筒；根据铸造材料的不同可分为球墨铸铁套筒、合金钢套筒。根据目前预制装配式建筑中灌浆套筒应用的特点，本文主要根据球墨铸铁全灌浆套筒的试验结果进行归纳总结。

全灌浆套筒主要分为两部分，即预制连接端和现场浇灌端。预制连接端主要在工厂将钢筋稳固插入套筒，然后连同预制构件运至现场，将另外需要拼接一体的竖向构件的纵向钢筋插入现场浇灌端，固定就位后，进行灌浆养护，待钢筋、灌浆料和套筒凝结成为一体，协同受力保证竖向构件传力的连续性，发挥承重构件的抗震性能。

3 灌浆套筒试验内容和依据

3.1 试验准备

同种规格的套筒，高性能灌浆料，满足强度要求的钢筋，标准试块。

用于试验的接头有12支，3支偏心单拉试验、3支居中单拉试验、3支高应力反复拉压试验、3支大变形反复拉压试验。

3.2 试验成功的判断依据

3.2.1 灌浆料的抗压强度

灌浆料标准试块在标准条件下养护28天的抗压强度应大于85MPa。

3.2.2 钢筋的抗压强度、残余变形和伸长率

（以Ⅰ级接头、HRB400钢筋为例）

（1）强度

屈服强度：要求不小于400MPa；

抗拉强度：破坏断于钢筋，不小于540MPa；破坏断于接头，不小于1.1×540=594MPa。

（2）残余变形

居中单向拉伸试验：当钢筋直径d＞32mm，残余变形不超过0.14mm；当钢筋直径d≦32，不超过0.1mm。

高应力反复拉压试验：反复拉压20次u20≦0.3mm。

大变形反复拉压试验：反复拉压4次u4≦0.3mm；反复拉压8次u8≦0.6mm。

（3）总伸长率

居中单向拉伸试验：最大力作用下，不小于6%。

4 全灌浆套筒试验数据分析

4.1 试验成功案例

选用一组钢筋直径D=28的全灌浆套筒进行试验，试验结果：12支套筒全部断于钢筋，强度、残余变形和伸长率均满足要求，试验实测数据详见表4.1～4.6。

图4 .1 钢筋直径D=28套筒接头试验

表4 .1 试块抗压强度试验结果

经计算，试块抗压强度平均值：96.7MPa＞85MPa，满足要求。

编号 a b c抗拉强度/MPa 605 615 600屈服强度/MPa 435 445 440

表4 .2 钢筋母材强度试验结果

由表中数据可知：钢筋抗拉强度均大于540MPa、屈服强度均大于400MPa，满足要求。

表4 .3 居中单向拉伸试验结果

由表中数据可知：钢筋抗拉强度均大于540MPa、屈服强度均大于400MPa，满足要求。

编号 4 5 6抗拉强度/MPa 610 610 605屈服强度/MPa 445 440 450残余变形/mm 0.056 0.048 0.039最大力下总伸长率/% 8.46 7.98 7.76

表4 .4 偏心单向拉伸试验结果

由表中数据可知：钢筋抗拉强度均大于540MPa、屈服强度均大于400；残余变形平均值：0.048mm＜0.1mm；总伸长率平均值：8.07%＞6%，满足要求。

表4 .5 高应力反复拉压试验结果

由表中数据可知：钢筋抗拉强度均大于540MPa；残余变形平均值：0.124mm＜0.3mm，满足要求。

表4 .6 大变形反复拉压试验结果

由表中数据可知：钢筋抗拉强度均大于540MPa；反复拉压4次残余变形平均值：0.067mm＜0.3mm；反复拉压8次残余变形平均值：0.13mm＜0.6mm满足要求。

4.2 试验失败案例

4.2.1 钢筋外露长度过长

图4 .2 钢筋扭曲变形

试验中，一支套筒进行大变形反复拉压试验时，钢筋变形过大试验终止失败。

钢筋插入套筒深度不宜小于8倍钢筋公称直径，且留有20mm左右调整误差，钢筋露出套筒长度一般在200mm左右，如果钢筋过长，在大变形反复拉压作用下钢筋未达到强度要求就因失稳变形导致试验无法继续进行，试验失败。

应对措施：钢筋长度尺寸适中，不应过长，根据大变形反复拉压试验测点位置选择匹配的钢筋长度。

4.2.2 钢筋断于接头强度不足

图4 .3 钢筋断于接头

试验中，一支套筒破坏时断于套筒内接头。

根据规范要求，钢筋断于接头时，强度要不小于1.1×540=594MPa，而实测强度535MPa，不满足要求，试验失败。

应对措施：选择钢筋时，两端钢筋尽量采用同一批号，强度均匀，灌浆时注浆均匀，使其受力均衡，在高强度拉力作用下受力薄弱部位不会出现在套筒内部。

4.2.3 灌浆接头养护条件不满足要求

图4 .4 钢筋与灌浆料拉脱

试验中，一支套筒拉伸过程中钢筋拉脱，灌浆料开裂。

原因：套筒灌浆后置于露天环境中，天气寒冷、气温干燥，未采取有效的养护措施，导致灌浆料失水过快，干缩开裂，钢筋的粘结力大大降低，导致钢筋被拉脱。

应对措施：根据标准养护条件的要求，套筒灌浆完成后应放入相对湿度在95%以上、温度在20摄氏度左右的标准养护间进行养护。通过对此次试验的总结，后续试验均进行了标间养护，试验成功率大大提高。

4.2.4 套筒本身的构造缺陷

试验中，一支套筒未达到抗拉强度，套筒中部直接断为两段。

原因：球墨铸铁套筒，因其铸造工艺和过程的差异造成套筒本身的球化率、硬度等指标有所差别，这也就会出现同一批号的套筒抗拉强度、断后伸长率试验结果有所不同，同一个套筒的不同部位的不均匀性也会出现在套筒薄弱部位，受拉时应力集中先发生破坏。

图4 .5 套筒筒身拉断

应对措施：提高断裂部位套筒壁厚，增大套筒环肋倒圆角半径，减少应力集中。

5 结语

基于灌浆套筒接头反复试验所积累的经验，并通过试验数据的对比分析，在失败中总结教训，不断改进套筒本身的构造特点，优化工艺流程、提高灌浆操作的规范程度，试验取得了一定进展。现对灌浆套筒试验要点总结归纳如下：

（1）钢筋、套筒的强度要满足要求，出厂前要进行检测。

（2）灌浆结束后，实时测量养护的温度和湿度并符合要求。

（3）灌浆过程中，注浆要均匀，灌浆密实，浇筑完成要检查。

（4）套筒外露钢筋长度要适中，不宜过长。