灌浆节点灌浆料强度的现场检测

朱许凡,董艺文,周勇昊,陈韵如,刘冰津,张莹颖,万 里,缪汉良，2

(1.南京工业大学 土木工程学院，南京 210186;2.南京工大建设工程技术有限公司，南京 210186)

灌浆连接钢筋套筒是装配式混凝土结构中应用最广、最为可靠的钢筋连接方式[1]，其原理是将套筒灌浆料灌入两端插有钢筋的套筒中，使套筒和被连接钢筋牢固地结合为一个整体[2]。这种连接可以使装配式建筑实现“等同现浇”的性能[3]。因此，套筒灌浆料的性能是保证钢筋连接可靠性的关键，其连接质量直接影响着整个结构的安全性能和使用性能。作为装配式混凝土结构的关键技术，套筒灌浆连接主要用于连接结构中重要部位竖向构件的钢筋。灌浆料强度是保证钢筋套筒灌浆连接性能的关键因素，影响着装配式结构的承载能力和抗震性能。

近年来，随着装配式混凝土结构的推广应用，国内外学者对该连接技术进行了大量的研究[4],但套筒灌浆饱满度的检测问题仍未得到有效解决，灌浆料强度的现场检测还未引起研究人员的广泛关注。文章针对两种品牌不同加水量的灌浆料试件，采用表面硬度法对其进行检测，并获取数据进行处理，绘制换算强度曲线，研究了加水量对灌浆料强度的影响，并分析了灌浆料的表面硬度和抗压强度的相关性。

1 试验概况

1.1 试件设计

试验采用北京思达建茂公司生产的CGMJM-VI(6)型高强灌浆料(简称材料一)和南京天亚新材料有限公司生产的HL型钢筋连接用套筒灌浆料(简称材料二)，两种灌浆料均符合现行行业标准JG/T 408-2013 《钢筋连接用套筒灌浆料》 的要求，强度等级为85 MPa，水灰比均为12%。试验根据强度等级制作12组试件对[每组试件对包含1组(3个)棱柱体试件和1组(4根)圆柱体管试件]，通过调整灌浆料组分、控制加水量和控制试验龄期的方式来实现灌浆料不同强度等级的覆盖；拟采用2种不同的加水量来制作试件(标准加水量，标准加水量的120%)，试验龄期分别为3，7，14，28 d。两种试件的试验条件如表1，2所示。

表1 棱柱体试件的试验条件

表2 圆柱体试件的数量

1.2 试验方法

目前，施工现场可以检测灌浆料强度的方法有很多，如钻芯法、压入法、表面硬度法等，表面硬度法是通过检测灌浆孔道或出浆孔道内灌浆料外端面的硬度，根据表面硬度与抗压强度的相关性，来推定灌浆料抗压强度的方法。该方法无需设置预埋件，现场可随机抽检预制构件，具有操作便捷、经济实用、检测效率高的特点。灌浆料是一种均质材料，其表面硬度与抗压强度可能存在关联，采用表面硬度法检测套筒灌浆料抗压强度具有较高的可行性[5]。

1.3 检测仪器的选择

试验采用时代TIME5300型里氏硬度计检测试件的表面硬度。该款硬度计由主机和D型冲击装置组成，检测范围为170 HL～960 HL，示值误差小于6 HL，操作简单方便，主机可配备7种不同冲击装置使用，更换时不需要校准；可实现6种硬度单位间的相互转换。

1.4 试件制作及养护

以两种灌浆料与PVC(聚氯乙烯)管为原料制作标准试件，试验的灌浆料试件严格按照标准GB/T 17671-1999 《水泥胶砂强度试验方法(ISO法)》的要求来制作，使用0～850 r·min-1的变速强制搅拌机进行搅拌。搅拌时先将原料和水加入搅拌容器，开启搅拌机，边搅拌边加入80%的灌浆料原料，大致搅拌均匀后再加入剩余原料继续搅拌直至均匀，总搅拌时间为45 min。搅拌完成后注入三联模与PVC管进行成型，脱模后在标准养护条件下进行养护，灌浆料试件制作及养护现场如图1所示。

图1 灌浆料试件制作及养护现场

1.5 表面硬度检测

硬度检测前，应先观察检测面的状态，若检测面湿度较大，待其风干后再进行检测；若检测面气孔过多，则该试件作废。检测时，首先用钢夹具夹持住PVC管试件，随后将夹持有PVC管试件的钢夹具放置在压力试验机两承压板之间，在压力试验机的持压约束下对PVC管试件内的检测面进行检测；每个检测面检测4个点，4根PVC管试件为一组，共计16个点，任意两测点的中心距离不应小于3 mm，任一测点的中心距边缘的距离不应小于3 mm。

1.6 抗压强度检测

将已进行里氏硬度检测的灌浆料标准试件放在水泥试验机上进行抗折，得到A，B两段试件，分别对这两段试件进行抗压检测，记录其抗压强度，即每段抗压强度与该段的16个硬度值对应；一组试件的抗压强度平均值与4根PVC管的16个硬度值对应。

2 试验结果及分析

2.1 棱柱体试件

去掉每段试件16个里氏硬度值中的3个最大值和3个最小值，取剩余10个值的平均值Hm作为该段试件表面硬度代表值，该段试件的实测抗压强度为fc。

将数据汇总并绘制散点图，利用最小二乘法进行回归分析。材料二棱柱体试件的硬度-强度结果如表3所示，其标准加水量的强度-硬度关系散点图如图2所示，120%加水量的硬度-强度关系散点图如图3所示。由试验结果可知，材料二标准加水量试件的抗压强度为24～76 MPa，里氏硬度为342～528 HL；当硬度大于500 HL时，试件抗压强度达到65 MPa。120%加水量的试样抗压强度为21.6～70.0 MPa，里氏硬度为337～510 HL，相较于标准加水量试件，其在相同时间内测得的抗压强度更低，但硬度相差不大。

表3 材料二棱柱体试件的硬度-强度结果

图2 材料二标准加水量棱柱体试件的硬度-强度关系散点图

图3 材料二120%加水量棱柱体试件的硬度-强度关系散点图

材料一棱柱体试件硬度-强度结果如表4所示，其标准加水量的硬度-强度关系散点图如图4所示，120%加水量的硬度-强度关系散点图如图5所示。由试验结果可知，材料一标准加水量试样的抗压强度为38～80MPa，里氏硬度为345～528 HL。当硬度大于500 HL时，试件抗压强度达到68 MPa。120%加水量试样的抗压强度为26～73 MPa，里氏硬度为335～520 HL；相较于标准加水量试件，其在相同时间内测得的抗压强度更低，但硬度相差不大。

图4 材料一标准加水量棱柱体试件的硬度-强度关系曲线

图5 材料一120%加水量棱柱体试件的硬度-强度关系散点图

表4 材料一棱柱体试件的硬度-强度结果

2.2 圆柱体管试件

采用TIME5300型里氏硬度计对PVC管内的灌浆料表面硬度进行检测，每根4个测点，4根PVC管试件为一组，共计16个测点，同样去掉硬度测量值的3个最大值和3个最小值,取剩余10个值的平均值作为该组试件表面硬度的代表值。汇总数据并绘制散点图，利用最小二乘法进行回归分析。

材料一圆柱体管试件的硬度-强度结果如表5所示，其标准加水量试件的硬度-强度关系散点图如图6所示，120%加水量试件的硬度-强度关系散点图如图7所示。由试验结果可知，材料一标准加水量圆柱体管试件的抗压强度为37～76 MPa，里氏硬度为356～496 HL；120%加水量圆柱体管试样的抗压强度为30～67 MPa，里氏硬度为352～490 HL。

图6 材料一标准加水量PVC管的硬度-强度关系散点图

表5 材料一圆柱体管试件的硬度-强度结果

图7 材料一120%加水量PVC管的硬度-强度关系散点图

材料二圆柱体管试件的硬度-强度结果如表6所示，其标准加水量试件的硬度-强度关系散点图如图8所示，120%加水量试件的硬度-强度关系散点图如图9所示。由试验结果可知，材料二标准加水量圆柱体管试件的抗压强度为30～72 MPa，里氏硬度为345～495 HL；120%加水量试件的抗压强度为27～64 MPa，里氏硬度为345～494 HL。

表6 材料二圆柱体管试件的硬度-强度结果

图8 材料二标准加水量PVC管的硬度-强度关系散点图

图9 材料二120%加水量PVC管的硬度-强度关系散点图

3 结论

(1) 在两种灌浆料水灰比从12%增大到14.4%的过程中，灌浆料的抗压强度随着加水量的增大而减小，其表面硬度值的变化却不大。

(2) 灌浆料表面硬度和抗压强度呈正相关。