聚苯颗粒水泥墙板后锚固性能研究

2020-04-25黄林青龚世豪陈先睿文杰

建材与装饰 2020年11期

黄林青龚世豪陈先睿文杰

（1.重庆科技学院建筑工程学院重庆 400000 2.重庆泰的绿色新材有限公司重庆 401221）

0 引言

后锚固技术是建筑工程中常见的一种施工技术，广泛用于各类结构、用途不同的建筑。常见的后锚固方式有：金属膨胀螺栓锚固、塑料膨胀套锚固、化学螺栓锚固、植筋锚固等[1]。根据相关学者的试验研究表明，在混凝土基层上进行植筋后锚固，影响后锚固抗拔强度的主要因素有：混凝土基层强度、基层是否配筋、锚固深度、锚固边距等[2]。在后锚固的研究中，大多数学者研究的基层材料主要是混凝土结构，少有在新型复合墙板的后锚固方面研究。

本文中所研究的聚苯颗粒水泥墙板其芯材由聚苯乙烯颗粒和发泡水泥组成，芯材内部存在小空隙，聚苯乙烯颗粒主要起填充作用，在受压时承力效果差[3]。行业规范《JG/T 169—2016建筑隔墙用轻质条板通用技术要求》中对轻质隔墙后锚固性能只做了简单规定[4]。本文拟对聚苯颗粒水泥墙板进行金属膨胀螺栓、塑料膨胀锚栓后锚固，并进行拉拔试验，考虑螺栓直径、锚固深度、锚固类型等因素对后锚固拉拔力的影响。

1 试验方案设计

1.1 试验原材料

本试验采用聚苯颗粒水泥墙板作为拉拔试验的锚固基层材料，尺寸为：2440×610×125（mm）。锚固所用螺栓尺寸如表1所示，各型号螺栓分别做5次后锚固拉拔试验。

表1 螺栓尺寸

1.2 试验设计与过程

根据实验方案对条板进行孔位定位与信息标注，孔位标注信息主要包括：锚固孔位置、锚固方式、锚固直径、锚固深度等。标注完成后，使用冲击钻根据标注信息进行打孔。打孔完成后，检验打孔位置、直径、深度是否满足要求，对合格的孔进行清孔，处理孔洞中碎渣。

根据标注信息对各孔洞进行后锚固，金属膨胀螺栓后锚固方法为：将膨胀螺栓整体敲如相应孔洞中，采用力矩扳手拧紧螺帽，紧固程度通过力矩控制，不同尺寸的螺栓必须拧到规定的力矩值内。塑料膨胀锚栓锚固方法为：将塑料膨胀套锤击入孔洞中，塑料膨胀套需整体没入孔中，将对应型号的螺钉拧入塑料膨胀套管上。

本试验通过自行设计的拉拔装置进行拉拔试验，拉拔装置如图1所示。

图1 拉拔装置

把锚固好的板材固定在试验钢架上，钢索一端与锚栓相连，另一端连接荷载架，利用定滑轮，将竖直向下的荷载的重力转换为对后锚固螺栓的拉拔力，拉拔试验过程中，分级向荷载架中加重物，最终达到将螺栓拔出的目的。

1.3 受力机理分析

1.3.1 金属膨胀螺栓受力机理分析

金属膨胀螺栓后锚固拉拔过程主要可以分为三个阶段：锚固阶段、拉拔阶段、破坏阶段。锚固阶段：在基层上打孔，敲入螺栓，紧固螺帽使金属套筒外扩，形成对聚苯颗粒混凝土芯材的挤压作用，被挤压后的芯材强度有所提高，且挤压后芯材与金属套筒接触作用更强，金属膨胀螺栓与芯材的摩擦力与握裹力将会增大。拉拔阶段：对紧固后的螺栓施加垂直墙板面荷载，荷载主要由芯材抗挤压力、摩擦力、握裹力所承受，且挤压力承受主要荷载，挤压应力最大主要在金属套管所膨胀位置，如图2所示。破坏阶段：内部芯材达到挤压强度，被挤压破坏，导致螺栓整体滑移。因此在金属膨胀螺栓后锚固中，直径对后锚固影响较大，锚栓深度影响较小，主要是由于锚栓直径影响挤压部位面积，直径越大，挤压面越大，极限拉拔力越大。

图2 挤压

1.3.2 塑料膨胀螺栓受力机理分析

与金属膨螺栓相比，塑料膨胀螺栓受力较简单，因为其材质为塑料，在锚固和拉拔过程中，其对芯材的挤压变形较小，拉拔时的荷载主要由膨胀套管与芯材之间的摩擦力所提供，摩擦面积越大，抗拔强度越大。与金属膨胀螺栓不同，塑料膨胀螺栓若增加锚固深度，拉拔力将会得到较大提升。

2 试验结果与分析

2.1 破坏机理分析

（1）对6组共计30次金属膨胀螺栓进行拉拔试验，其中直径6mm、锚固深度60mm的螺栓破坏时出现一次螺栓被完全拔出，其余金属膨胀螺栓破坏模式均为螺栓整体滑移破坏，螺栓滑移后并未被完全拔出。螺栓被拔出滑移破坏时，墙板表面未明显破坏或出现明显裂纹，螺栓被拔出一定位移后，螺栓整体和墙板基层连接更加牢固，螺栓抗拔强度有所增加。

使用切割机对金属膨胀螺栓后锚固拉拔后的孔位进行切割，观察后锚固达极限破坏时芯材内部与螺栓的破坏形态，以及芯材的截面破坏形式。可知不同直径的金属膨胀螺栓，在板材内部有两种变形，直径为6mm的金属膨胀螺栓膨胀形式为：距金属套管端头8mm处金属膨胀套管隆起，形成对芯材的挤压作用，如图3（a）所示。直径为8mm、10mm的膨胀螺栓膨胀形式为螺栓端头被挤入金属膨胀套管中，膨胀套管端部呈裂开状如图3（b）所示。可见锚固孔中泡沫混凝土被膨胀螺栓挤压密实，金属膨胀套管达预期膨胀效果，后锚固效果良好。