李向民, 高润东, 张富文, 王卓琳, 肖 顺, 许清风

(上海市建筑科学研究院有限公司 上海市工程结构安全重点实验室，上海 200032)

0 引言

钢筋套筒灌浆连接是装配式混凝土结构竖向构件的主要连接方式。大量实际工程调研表明,套筒灌浆存在材料异常、连通腔失效、出浆孔不出浆、套筒内浆体回流等问题[1-3],这些问题在一定程度上均可表征为套筒存在不同程度的灌浆缺陷。以全灌浆套筒为例,落入套筒底部的堵塞物隔离了钢筋和灌浆料的黏结导致在套筒内下段钢筋锚固段底部形成缺陷;套筒内下段钢筋割短或割断导致在套筒内下段钢筋锚固段顶部或下段钢筋全长度范围形成缺陷;连通腔失效、出浆孔不出浆、套筒内浆体回流导致在套筒内上段钢筋锚固段顶部或直至套筒全长范围形成缺陷。课题组前期研发了套筒灌浆缺陷检测方法[4-7]和相应的补灌处理方法[8-9],以及灌浆缺陷及补灌处理对套筒接头对中单向拉伸性能的影响[8-10]。为更全面反映灌浆缺陷及补灌处理对套筒接头受力性能的影响,本文拟在前期研究基础上,进一步研究灌浆缺陷及补灌处理对套筒接头对中单向拉伸性能、高应力反复拉压性能和大变形反复拉压性能的影响。另外,有些特殊情况下需要在套筒中部钻孔进行检测及补灌处理,本文同时研究钻孔对套筒接头受力性能的影响。

1 试验设计

1.1 原材料

采用HRB400E抗震钢筋,钢筋直径为20mm,实测钢筋屈服强度为420MPa,抗拉强度为611MPa,断后伸长率为29.7%,最大力下总伸长率为14.1%。采用球墨铸铁全灌浆套筒,本次试验套筒内上段和下段钢筋的锚固长度均严格控制为钢筋直径d的8倍,如图1所示。采用与套筒相配套的灌浆料,拌合时水与灌浆料的质量比为0.13,初始流动度为323mm,30min流动度为282mm,标准养护条件下实测1d抗压强度为36.7MPa,3d抗压强度为70.4MPa,28d抗压强度为108.9MPa。

图1 套筒接头示意图

1.2 套筒接头设计

(1)端部灌浆缺陷对套筒接头受力性能影响的试验。为方便实施,参考文献[10]在全灌浆套筒内下段钢筋锚固段底部设置缺陷,通过在钢筋外套内径大于钢筋直径的PVC管精确控制缺陷,PVC管两端头通过胶水和钢筋黏结在一起,如图2所示。根据文献[10]研究结果,对于适用20mm钢筋直径的套筒灌浆连接接头,当缺陷长度不超过套筒内下段钢筋锚固长度8d的30%时,接头对中单向拉伸强度仍满足要求。基于以上研究结果,本次试验设置缺陷长度分32mm(相当于钢筋锚固长度8d的20%)和48mm(相当于钢筋锚固长度8d的30%)两种。

(2) 补灌处理对套筒接头受力性能影响的试验。在套筒内上段钢筋锚固段顶部设置灌浆缺陷长度为53mm(约相当于钢筋锚固长度8d的33%),具体设置方法为:先在钢筋上划线,然后将钢筋放入套筒内并固定,灌浆时通过在出浆孔放置内窥镜探头监测浆料液面到达高度,当到达划线处即停止灌浆,如图3所示。3d后通过出浆孔对灌浆缺陷实施注射补灌[8-9],如图4所示。

图3 内窥镜监测浆料液面高度

图4 通过出浆孔注射补灌

(3) 套筒中部钻孔对套筒接头受力性能影响的试验。首先保证套筒灌浆饱满密实,3d后在灌浆套筒上下钢筋对接部位(最不安全的部位)钻孔,钻孔直径为12mm,要求钻透套筒壁直至露出内部灌浆料,如图5所示。

图5 套筒中部钻孔

1.3 试验方法

按照《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》(JGJ 355—2015)[11](简称钢筋套筒灌浆连接应用规程)进行套筒接头试件的对中单向拉伸试验、高应力反复拉压试验和大变形反复拉压试验。测试内容包括屈服强度、抗拉强度、残余变形、最大力下总伸长率和破坏形态。

2 试验结果分析

2.1 端部灌浆缺陷对套筒接头受力性能的影响分析

端部灌浆缺陷对套筒接头受力性能影响的试验结果如表1所示,套筒接头破坏形态如图6所示。由表1和图6可见,对于20mm直径的钢筋套筒灌浆连接接头,当灌浆缺陷长度为32mm(相当于钢筋锚固长度8d的20%)时,套筒接头对中单向拉伸试验结果、高应力反复拉压试验结果、大变形反复拉压试验结果均满足钢筋套筒灌浆连接应用规程的规定;当灌浆缺陷长度为48mm(相当于钢筋锚固长度8d的30%)时,套筒接头对中单向拉伸试验结果和大变形反复拉压试验结果均满足钢筋套筒灌浆连接应用规程的规定,但高应力反复拉压试验存在钢筋拉脱现象,不符合钢筋套筒灌浆连接应用规程要求。综上可见,当端部灌浆缺陷长度不超过钢筋锚固长度8d的20%时,灌浆缺陷对套筒接头的受力性能(包括单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压)没有明显不利影响。

表1 端部灌浆缺陷对套筒接头受力性能影响的试验结果

图6 端部灌浆缺陷套筒接头的破坏形态

2.2 补灌处理对套筒接头受力性能的影响分析

补灌处理对套筒接头受力性能影响的试验结果如表2所示,套筒接头破坏形态如图7所示。由表2和图7可见,对于20mm直径的钢筋套筒灌浆连接接头,当灌浆缺陷为53mm(约相当于钢筋锚固长度8d的33%)时,通过出浆孔对灌浆缺陷实施注射补灌后,套筒接头对中单向拉伸试验结果、高应力反复拉压试验结果、大变形反复拉压试验结果均满足钢筋套筒灌浆连接应用规程的规定,全面证实了注射补灌技术的可靠性。

表2 补灌处理对套筒接头受力性能影响的试验结果

图7 补灌处理套筒接头的破坏形态

2.3 套筒中部钻孔对套筒接头受力性能的影响分析

套筒中部钻孔对套筒接头受力性能影响的试验结果如表3所示,套筒接头破坏形态如图8所示。由表3和图8可见,对于20mm直径的钢筋套筒灌浆连接接头,在灌浆饱满密实情况下,在套筒上下钢筋对接部位钻直径为12mm的小孔时,套筒接头对中单向拉伸试验结果、高应力反复拉压试验结果、大变形反复拉压试验结果均满足钢筋套筒灌浆连接应用规程的规定。综上可见,当钻孔直径不超过12mm时,钻孔不会影响套筒接头的受力性能(包括单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压)。

表3 套筒中部钻孔对套筒接头受力性能影响的试验结果

图8 中部钻孔套筒接头的破坏形态

3 结论

(1) 当套筒接头端部灌浆缺陷长度不超过钢筋锚固长度8d的20%时,灌浆缺陷对套筒接头的单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压等受力性能均没有明显不利影响。

(2) 对套筒灌浆缺陷实施注射补灌处理后,套筒接头的单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压等受力性能均满足钢筋套筒灌浆连接应用规程的要求,证实了注射补灌技术的可靠性和有效性。

(3) 当套筒管壁钻孔直径不超过12mm时,钻孔不会明显影响套筒接头的单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压等受力性能。