浅析影响植筋质量的因素

2021-06-21刘云森

工程质量 2021年4期

刘云森

（中交上海航道局有限公司，上海 200120）

0 引言

植筋是通过粘结剂将钢筋种植于混凝土基材的一种后锚固连接方法［1］。在工程建设中，经常需要对已有建筑物进行加固改造，或偶尔有遗漏的构件需要后补，如果破坏原结构对新旧钢筋进行连接锚固，那么不仅对原结构影响很大，而且耗时耗力，施工复杂。在这种情况下植筋技术施工方便、效果明显等优点便得到充分的显现，使植筋技术得到了广泛的应用。虽然植筋技术简单易操作但施工质量却往往难以保障，经常出现植筋锚固力达不到设计值的情况，既难以保证安全又影响施工。所以有必要对影响植筋质量的因素进行分析，找出施工中制约植筋质量的主要因素，并在后续施工中加以调整以提高植筋质量。本文主要的研究内容为以施工现场已完成的植筋为试验对象，进行拉拔试验，对试验结果进行分析，并找到影响植筋质量的主要因素，以期能提高植筋的施工质量。

1 主要施工工艺简介及试验方法

1.1 施工工艺简介

植筋的施工流程如图 1 所示。

图1 植筋施工工艺流程图

1）钻孔。放线定位时定位要准确，避免钻孔时钻到原结构钢筋，如果遇到钢筋，要及时避开，确保不破坏原结构。钻孔的位置、深度、孔径要满足设计要求，钻完后的孔壁应完整，无裂纹、蜂窝等。

2）清孔。清孔是整个施工环节中最重要的一环，因为钻孔完成后孔内残留很多混凝土粉末和碎屑，直接关系到植筋的质量。所以一定要把孔内杂物清理干净。用毛刷套上加长棒，伸至孔底，来回反复抽动，把灰尘、碎渣带出，再用压缩空气，吹出孔内浮尘。吹完后再用脱脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔内壁。但不能用水擦洗，因酒精和丙酮易挥发，水不易挥发。用水擦洗后孔内不会很快干燥。另外清孔完成后要检查孔深，只有孔深符合设计要求，才能进行下一步施工。钻孔清洗完成后要请监理、业主等相关单位验收，合格后方可注胶。

3）注胶。注胶是将粘结剂放入专用的手动注射器中，注胶时先将粘结剂出口处较稀的胶液排出不用，然后将前端的螺旋混合嘴伸入孔底，如长度不够可用塑料管加长，然后扣动板机进行注胶。为了使钢筋植入后孔内胶液饱满，又不能使胶液外流，孔内注胶达到 50 % 即可。孔内注满胶后应立即植筋操作。

4）插入钢筋。植筋前要把钢筋植入部分表面锈迹清除干净，再用酒精或丙酮清洗，保证钢筋表面不能有油渍等杂物。钻孔内注完胶后，把经除锈处理过的钢筋立即放入孔口，然后慢慢单向旋入，不可中途逆向反转，直至钢筋插入孔底［2］。

1.2 试验方法

1）施工现场简介。本工程结构形式为框架结构，墙体拉结筋和构造柱钢筋采用植筋的方式和框架连接，拉结筋植筋规格选用 HPB300φ6，构造柱植筋规格选用 HRB400φ12。由于第一次拉拔试验检测不合格，对之前已完工的植筋进行了返工，后续施工严格按照施工工艺要求进行。施工完成后对所有植筋进行拉拔试验，检测改进后的植筋质量也为了分析找出影响植筋质量的主要因素。此次检测植筋共计 500 根，其中拉结筋钢筋 312 根，构造柱钢筋 188 根。

2）试验方法简介。此次试验选用的仪器为数字显示式拉拔仪。仪器主要包括手动油泵、液压油缸、智能数显压力表、高压油管、锚具等。试验方式采用非破损检验，加载方式采用连续加载方式。合格标准为：试样在持荷期间，锚固件无滑移、基材混凝土无裂纹或其他局部损坏迹象出现，且加载装置的荷载示值在 2 min 中内无下降或下降幅度不超过 5 % 的检验荷载。植筋受拉承载力设计值按 JGJ 145－2013《混凝土结构后锚固技术规程》6.3.1-2 公式取值如式（1）所示。

2 试验结果

按照以上试验方法对现场 500 根植筋进行拉拔试验，其中 HPB 300φ6 拉结筋钢筋 312 根，HRB 400φ12构造柱钢筋 188 根。试验结果如表 1 所示。

表1 拉拔试验结果

其中 22 根不合格植筋，对这 22 根植筋不合格因素进行初步分析，其中由于锚固深度不够导致质量不合格的植筋有 5 根，其中拉结筋植筋有 3 根，构造柱植筋有 2 根；由于清孔不干净导致基材粘结力不够等因素导致不合格的植筋占 17 根，其中拉结筋有 10 根，构造柱植筋有 7 根。具体分布如表 2 所示，不合格植筋的试验数值如表 3 所示。

表2 不合格植筋分布表根

表3 不合格植筋锚固承载力数值 kN

根据以上试验数据可得出以下结果：①此次植筋的施工质量总体是合格的，满足规范要求；②构造柱植筋比拉结筋植筋不合格率高，且实测值较设计值有较大差距；③基材粘结力不够对植筋质量影响大。

3 植筋破坏方式及影响植筋质量的因素

3.1 植筋破坏方式

植筋是用有机或无机粘结剂将钢筋种植于混凝土基材的一种后锚固连接方式。一般情况下植筋只考虑承受轴向力作用，植筋的锚固承载力通过钢筋和粘结剂传向混凝土基材。所以锚固力的大小直接与钢筋和粘结剂的粘结程度、粘结剂和基材的粘结程度有关。

植筋的破坏模式分为混凝土基材破坏和钢筋整体拔出破坏。此次重点讨论植筋的锚固承载力达到极限时的破坏模式。植筋承载力达到极限承载力时的破坏模式细分为以下 3 种：第一种模式是钢筋沿胶混界面拔出，这种情况的破坏是钢筋与粘结剂结合足够牢固，粘结剂与混凝土基材之间结合不够牢固，首先发生破坏；第二种模式是钢筋沿胶界面拔出，这种情况的破坏是粘结剂与混凝土基材之间的结合足够牢固，粘结剂与钢筋之间的结合不够牢固，植筋承受的轴向力超过二者之间的粘结强度，发生破坏；第三种模式是钢筋破坏也就是植筋承受的轴向力超过钢筋的抗拉强度，钢筋被拉坏，一般情况下钢筋的抗拉强度大于植筋的锚固力，当发生钢筋破坏时更多的是钢筋本身存在缺陷，使用的钢筋为不合格品，或者设计不合理选用的钢筋抗拉强度小于设计的植筋锚固力。破坏方式示意图如图 2 所示。

图2 植筋示意图及三种破坏模式

此次不合格的植筋中以第一种方式破坏的有 8 根，以第二种方式破坏的有 14 根，无第三种方式破坏。

3.2 影响植筋质量的因素

根据 JGJ 340－2011《混凝土结构工程用锚固胶》6.2.7.2 公式，如式（2）所示。

式中：Nu为拉拔的破坏荷载，N；fb.c为钢筋和混凝土的粘结强度，MPa；d0为钢筋公称直径，mm；1b为钢筋锚固深度，mm。

可知植筋的锚固承载力和钢筋和混凝土粘结强度、钢筋直径、锚固深度有关。而粘结强度与基材干净程度、钢筋干净程度、粘结剂种类有关。下面将结合试验结果分别分析这些因素是如何影响植筋质量的。

1）锚固深度。

锚固深度对植筋质量的影响主要表现在钻孔的深浅直接影响粘结剂的注浆深度和钢筋的锚固深度。当钻孔深度较浅时，钢筋与粘结剂的粘结长度、粘结剂与基材的粘结长度都不足，导致锚固力不足，钢筋容易发生第一种破坏或第二种破坏。现场检测不合格的 5 根植筋就是这种情况。因此在植筋施工时钻孔深度一定要满足规范和设计要求。根据 JGJ 145－2013《混凝土结构后锚固技术规程》的要求，对受拉钢筋植筋的最小锚固长度为 0.3ls，10d，100 mm 三者之间的最大值（ls为基本锚固深度，d为钢筋直径）。

2）基材干净程度和钢筋干净程度。

基材的干净程度主要指基层表面应坚实、平整，基层表面不应有抹灰层、装饰层。另外最重要的是钻孔完成后，要对钻孔进行清理，彻底清理钻孔里残留的粉尘和碎屑。清孔这一步极为重要，如果清孔不到位或没有清孔则粘结剂受钻孔内残留的粉尘和碎屑影响无法与基材紧密接触，粘结不到位，无法发挥粘结强度，导致钢筋容易沿胶混界面拔出。

钢筋的干净程度主要指钢筋使用前应清除钢筋表面的浮锈和污渍。这和清孔的目的一样，都是保证粘结剂能粘结到位，发挥最大的粘结强度。如果钢筋表面没有清理干净容易使钢筋沿胶界面拔出。

以上两种影响因素都着重强调材料表面的干净程度对植筋质量的影响。通过试验结果就可以看出材料表面不干净会对粘结强度产生很重要的影响，导致锚固力大幅度下降。这也是影响植筋质量的主因，在粘结剂合格的前提下，如果能够保证材料表面的干净程度则粘结强度就有保证，则植筋的合格率将大幅提升。因此在施工过程中一定要注意材料表面的干净程度。另外在施工中要注意天气和环境的影响，避免潮湿、阴雨环境下施工，以使粘结剂能够发挥最大的效力。

3）钢筋直径。

钢筋的直径与钢筋的截面积直接相关。钢筋直径越大，钢筋截面积越大。所以在锚固深度和粘结强度相同的情况下，钢筋与粘结剂的接触面积越大，则锚固力越大。对比 HPB300φ6和HRB400φ12 两种型号钢筋的锚固力就可以发现这一规律，所以在其他条件相同的情况下，当锚固力无法满足要求，可以选用较粗的钢筋以提供更大的锚固力。

HPB300φ6 和HRB400φ12 两种型号钢筋的锚固力设计值根据 JGJ 145－2013《混凝土结构后锚固技术规程》6.3.1-2 公式计算得 7.6 kN 和 40.7 kN。对比可以发现钢筋牌号和规格的提升会导致锚固力设计值大幅度提升。根据 JGT 340－2011《混凝土结构工程用锚固胶》6.2.7.2 公式可知钢筋直径增大会导致锚固力增大，但钢筋牌号的不同不会影响植筋的锚固力。这也是为什么构造柱植筋比拉结筋植筋不合格率高的一个原因。

4）粘结剂。

粘结剂是使植入的钢筋与基材粘结在一起的关键材料，是锚固力能不能达到要求的重要因素。所以粘结剂的选择对植筋质量的影响至为关键。此次施工选择的粘结剂是满足要求的，粘结力不足主要是由材料表面不干净导致的，并不是粘结剂本身的问题。

粘结剂选择时要考虑长期稳定性、耐高温、耐酸碱、抗氧化等诸多因素。目前市场上可供选择的粘结剂种类、型号各异，性能也是不尽相同。尽管短期内受力效果没有太大差距，但性能的稳定性和耐久性在数年后就会有非常明显的差距。因此在选择时一定要选择正规厂家生产的、有完整质保资料的粘结剂，另外要根据工程实际情况，注意粘结剂的各项参数及使用环境，确保选择的粘结剂可以满足施工要求。