无机化学锚栓在建筑幕墙工程中的应用

黄友江，吴辉，王小勇

（广东潮威建设工程有限公司，广东 珠海 510095）

1 引言

在幕墙安装工程中，由于设计以及预埋件施工质量等方面的问题普遍存在，导致不得不采用施工更加灵活的后置锚固埋件。固定后置锚固埋件以前较多采用膨胀螺栓，主要原因为其安装简单、成本低，但在膨胀螺栓使用中发现其存在严重的使用问题，如对孔洞尺寸要求高、受振动和温度的影响较大易松动。化学锚栓由于其固定力稳定、适应性广等优点广泛应用于幕墙工程后置埋件固定，化学锚栓分有机和无机化学锚栓，有机化学锚栓存在耐高温性能差、不可焊接、不环保和耐久性不良等缺陷，逐渐被无机化学锚栓替代[1-3]。

目前，国内学者对无机化学锚栓在幕墙工程中的应用做出了诸多研究，陈洋[4]通过对化学锚栓应用中抗拔承载力试验中的常见问题及锚栓抗拔承载力测试不满足要求的原因进行分析，并提出了对应的处理对策；杨东平[5]采用承载力试验的方法对比了同条件下的M12 化学锚栓与M12 膨胀螺栓的受力性能，对两种锚固材料的锚固机理和极限状态下的受力性能进行了研究。

综上所述，目前国内学者主要从化学锚栓受力理论分析、试验研究和施工应用等方面进行研究。本文以实际工程为依托，系统性地对无机化学锚栓在建筑幕墙后埋件中的应用进行了探讨，为类似的研究做参考。

2 无机化学锚栓

2.1 无机化学锚栓的锚固机理

无机化学锚栓的锚固机理主要依靠化学反应产生的黏结力和摩擦力实现。通常情况下，无机化学锚栓由两部分组成：金属柄和化学树脂。金属柄是锚栓的主体部分，它通过钻孔固定在混凝土中，并通过表面的粗糙度和起凸点的形态提高了与混凝土之间的摩擦力。化学树脂则填充在金属柄和混凝土之间的空隙中，当化学树脂固化后，其本身的黏性将金属柄和混凝土黏合在一起，实现了无机化学锚栓的锚固（见图1）。

无机化学锚栓的锚固主要依靠两种力实现：化学反应产生的黏结力和金属柄表面粗糙度形成的摩擦力。在金属柄表面存在粗糙度的情况下，当锚栓受到拉力时，金属柄表面的凸起部分会与混凝土之间产生摩擦力，从而阻止锚栓的滑动；此外，金属柄表面的粗糙度还可以增加锚栓与混凝土之间的接触面积，进一步提高了锚栓的抗拉强度。化学树脂是一种特殊的材料，它可以填充在金属柄和混凝土之间的空隙中，并通过化学反应与金属柄表面发生黏结作用。这种黏结力是由于化学树脂与金属柄表面发生化学反应而产生的；因此，在选择化学树脂时，需要考虑其与金属柄表面的相容性以及与混凝土的黏附性能。化学树脂具有较高的黏性和耐久性，可以在长期使用中保持其黏附性和力学性能。此外，化学树脂还可以填充金属柄表面的微小凹陷和裂缝，从而进一步增强锚栓的抗拉强度。

需要注意的是，无机化学锚栓的锚固机理是一种综合作用的结果，既包括化学反应产生的黏结力，也包括金属柄表面粗糙度形成的摩擦力。因此，在设计和使用无机化学锚栓时，需要考虑多种因素，如金属柄的材料和尺寸、钻孔的深度和直径、化学树脂的类型和用量等。这些因素将直接影响锚栓的抗拉强度和使用寿命。

2.2 无机化学锚栓的承载力

无机化学锚栓的承载力一般是指其所能承受的最大垂直荷载，其承载力计算公式如下：

式中，Nrd为锚栓承载力，N；Ast为锚栓柱形截面周长，mm；fukd为设计抗拉强度，MPa；hef为埋置深度，mm。

2.3 无机化学锚栓的破坏机理

幕墙工程中的后埋件是指建筑结构与幕墙系统的紧固件，其中无机化学锚栓作为一种防腐性能较好的紧固件在幕墙工程中得到广泛的应用。建筑幕墙所面临的环境复杂，因此，无机化学锚栓的破坏机理也较为复杂，目前认为建筑幕墙无机化学锚栓破坏形式主要有以下3 种。

1）腐蚀破坏：无机化学锚栓在潮湿、酸雨、盐雾等环境因素影响下造成腐蚀，腐蚀破坏的主要表现为锚栓表面出现空洞、裂纹和腐蚀坑等，进而导致承载力缺失。

2）疲劳破坏：无机化学锚栓在幕墙系统使用过程中需要长期承受荷载，容易诱发疲劳破坏，疲劳破坏在常规检查中难以发现，具有隐蔽性，对幕墙系统的稳定性造成较大的威胁。

3）过度应力破坏：在安装过程中或者正常使用状态幕墙受力状态发生变化，导致无机化学锚栓受到超限的应力，进而发生过度应力破坏，过度应力破坏的主要表现是锚栓出现塑性变形直至发生破裂。

以上是无机化学锚栓在幕墙工程中常见的破坏形式，也存在一些其他的破坏形式如基材破坏、材料问题破坏，即基材发生破坏或材料质量不合格或者存在工艺缺陷导致的破坏等。在幕墙系统中，我们期望无机化学锚栓一直处于弹性变形阶段而不是产生塑性变形或者疲劳断裂，为了提高锚栓的安全性和稳定性，需要通过选择合适的材料、设计符合规范的连接结构、加强质量控制和维护管理等措施，确保锚栓能够长期稳定地承受荷载，并在必要时进行更换和升级。

3 工程应用

3.1 工程简介

广发银行总部大楼幕墙安装项目位于广州市天河区，该项目包含地下5 层、地上48 层、连廊、下沉广场，其中幕墙设计高度为229.85 m，幕墙设计面积约为60 636.72 m2，该项目设计采用预埋件+后置埋件，即在预埋件的施工存在一定问题后采用后置埋件。

后置埋件采用无机化学锚栓，本工程使用无机化学锚栓直径为M12 mm，锚孔长度为170 mm，钻孔孔径为24 mm，如图2 所示，锚栓必须通过试验决定其承载力且锚栓应有出厂合格证，其单个无机化学锚栓的承载力设计值需重新计算。后锚固连接锚栓的拉拔值应为设计值的2 倍，以保证幕墙系统的安全性和稳定性。

图2 无机化学锚栓

3.2 无机化学锚栓的施工节点

广发银行总部大楼项目幕墙工程为单元式及框架式幕墙，主要包括单元式石材幕墙系统、单元式玻璃幕墙系统等。现就石材幕墙系统，针对无机化学锚栓在其中节点的做法进行研究。

石材幕墙系统主要的施工步骤为定位放线→基层处理→无机化学锚栓安装→角板、龙骨安装→固定挂件→石材定位切槽→黏结胶条→打胶勾缝→安装完成，其中石材幕墙安装节点示意图如图3 所示。

图3 石材幕墙安装节点示意图

3.3 无机化学锚栓的施工工艺

无机化学锚栓的施工流程如图4 所示，在施工中应该注意的问题如下。

图4 无机化学锚栓施工流程图

1）置入药剂管，应严格按照厂家出具的说明书进行操作，通常来说锚固剂由两部分组成，应保证其混合均匀和稳定。

2）钻孔应当选择适当的钻头规格，对钻孔的深度和直径进行控制；清孔时可以使用特殊的洗涤剂或者高压水枪进行清洗，以彻底清除孔内的残留物。

3）钻入锚栓应在锚固剂未完全固化之前钻入，并旋转一定的角度保证混合物与锚栓的充分接触。

4）硬化过程持续的时间一般会受到环境温度、湿度等因素的影响，不同厂家生产的无机化学锚栓硬化时间也存在不同，因此，需要根据现场的实际情况进行调整，通常情况下固化时间需要1～2 d[4]。

3.4 质量检查

无机化学锚栓施工完成后，本项目进行锚固件承载力检测，承载力检测采用JGJ 145—2013《混凝土结构后锚固技术规程》，以500 点为一检验批，抽检比例为10%，每批抽检点为50 点，检测方法为拉拔试验。

拉拔试验施加荷载方法为分级维持荷载法，荷载分级为10 级，每级维持荷载1 min，直至达到设定的检验荷载，并持荷2 min。合格判定依据为：持荷期间锚固件无滑移、基材混凝土无裂纹或无其他局部破损现象，同时持荷期间荷载最大值不小于预定荷载的95%，应评定为本次试验结果为合格。同时，对于一个检验批中多抽取的试样全部合格，则该检验批应评定为合格，当该检验批不合格试样不超过5%时，应另外抽取3 根进行试验，若检测合格，则该检验批仍可评定为合格；一个检验批中不合格的试样超过5%时，该检验批应评定为不合格，且不应重做试验。

在本项目中一共规划10 个检验批，全部检测合格，合格率为100%，也证明了本项目的无机化学锚栓施工工艺的合理性。

4 结语

无机化学锚栓由于其施工工艺简便、工期短、造价低、质量安全性高等优点在幕墙工程中得到广泛的应用，本文以广发银行总部大楼幕墙安装项目为依托，首先对无机化学锚栓的锚固机理和变形机理进行深入研究，结合实际项目提出无机化学锚栓的施工工艺，并对本项目的无机化学锚栓进行分批承载力检验，现场检验结果为合格，证明本文提出的施工工艺的合理性，可为类似研究提供参考。