套筒灌浆饱满度监测器工程应用研究*

2023-08-03高润东王卓琳李向民朱永明许清风杨旭辉杨春白雪

建筑结构 2023年14期

高润东, 王卓琳, 李向民, 朱永明, 许清风, 杨旭辉, 杨春白雪

(1 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；2 上海城建物资有限公司，上海 200438；3 北京市住房和城乡建设委员会，北京 101107；4 北京建筑大学建筑与城市规划学院，北京 100044)

0 引言

钢筋套筒灌浆连接作为装配式混凝土结构竖向构件的主要连接方式,一般采用连通腔灌浆,即从一个套筒灌浆孔灌浆,浆体首先流入连通腔,然后再依次向上流入与连通腔连通的各个套筒,直至各个套筒的灌浆孔和出浆孔出浆并封堵。随着我国装配式混凝土建筑的不断发展进步,预制构件吊装、连通腔封堵、灌浆实施等工艺不断提升,但大量工程检测表明,仍存在一定比例的套筒灌浆不饱满现象。尤其是在连通腔封堵密实、套筒灌浆孔和出浆孔正常出浆的前提下,事后检测仍会出现不饱满的情况,分析原因可能与灌浆速度过快、持压不充分、封堵不及时等因素有关[1-2]。目前,这些关键环节均依赖人工操作,没有统一的量化指标,很难达到精确控制,导致灌浆质量的不稳定性和不确定性客观存在。为有效克服这些问题,YANG X H[3]发明了一种套筒灌浆饱满度监测器,可对套筒内浆体回落起到有效补偿作用。为验证该监测器的适用性和有效性,开展了工程试点的专项应用研究。

1 监测器简介

套筒灌浆饱满度监测器(简称监测器)由透明塑料制成。监测器为“L形”,横支呈阶梯状,用于插接出浆孔,竖支呈圆筒状,内置弹簧和标杆,用于监测灌浆料流动,且持续保压;堵头为“一字形”,用于插接灌浆孔,两者配合使用。如前所述,套筒灌浆连接一般采用分仓连通腔灌浆,即从一个套筒灌浆孔灌浆,浆体首先流入连通腔,然后再依次向上流入各个套筒。在套筒出浆孔安装“L形”监测器,套筒出浆孔出浆后可继续流入监测器,如果套筒内浆体有回流,监测器内的浆体在弹簧作用下,可以有效补偿套筒内回流的浆体。如果分仓连通腔中的每个套筒均安装了监测器,基于连通器原理,各监测器之间会形成联动作用,有助于调节套筒灌浆的饱满性。监测器组成及安装灌浆过程如图1所示。

图1 监测器组成及安装灌浆过程

在现场共进行了5次试用,上海市建筑科学研究院有限公司联合上海城建物资有限公司和北京精简建筑科技有限公司对监测器做了3次改进,形成第四代产品(图2)。第一代产品中“L形”监测器竖管顶部有5个出气孔;第二代产品中“L形”监测器竖管顶部有1个出气孔,同时增加用于监测浆体回落位置的红色塑料细棒(标杆);第三代产品在第二代产品基础上,在“L形”监测器竖管顶部中间孔周围均匀增加5个出气孔;第四代产品基于第三代产品,在红色塑料细棒根部垫片均匀增加4个豁口。

2 工程试点应用研究

2.1 第一次试用(第一代产品)

在4片预制混凝土剪力墙套筒灌浆中进行了试用,均为连通腔灌浆。灌浆前在墙体所有套筒出浆孔处安装“L形”监测器,在除与灌浆管相连的灌浆孔外其他灌浆孔处安装“一字形”堵头,然后实施灌浆(图3),灌浆完成后,与灌浆管相连的灌浆孔也用“一字形”堵头封堵。

图3 安装监测器并灌浆

灌浆后监测器内充满了浆体(图4)。将监测器上盖打开后,浆体会上冒(图5),说明一个监测器打开释放压力后,其他监测器内安装的弹簧会联动发生下压作用,这种联动作用对于调节灌浆的均匀饱满性具有很好的作用。

图4 监测器内充满浆体

图5 打开上盖后浆体上冒

不同工程所用套筒的出浆孔尺寸不一,尽管监测器水平段考虑了一定的收缩长度,但有时需要缠绕一定厚度的胶带才能适用出浆孔的尺寸(图6),建议适当延长水平段收缩长度,增大适用范围。堵头也存在类似问题。初次灌浆饱满后,如果浆体回落,由于监测器竖管内壁沾染了浆体,有的无法看出浆体液面回落位置,需要打开上盖才能确定(图7),建议通过改进克服此类问题。

图6 水平段缠绕胶带

图7 打开上盖确定回落位置

2.2 第二次试用(第二代产品)

针对第一次试用提出的建议对监测器进行了系列改进。特别是在监测器竖管中增加了红色塑料细棒(图8),以便确定监测器竖管内浆体的高度,即浆体液面的回落位置需要确定2个数据:第1个为灌浆前量测的红色塑料细棒的初始伸出长度,记为a;第2个为灌浆结束5min后量测的红色塑料细棒的伸出长度,记为b;则b-a为灌浆结束5min后浆体的高度。改进后,在6片预制混凝土剪力墙灌浆过程中进行了试用,均为连通腔灌浆。

图8 增加用于监测浆体位置的红色塑料细棒

监测器竖管的顶部,在改进前留有5个孔,增加红色塑料细棒后,只留有1个孔,且红色塑料细棒还占据了孔的一部分,具体如图9所示。由于排气孔变少、变小,在灌浆过程中,空气不能及时排出,导致爆浆率增加,现场共灌了6片墙,结果爆浆3片。爆浆后监测器中的浆体瞬间完全回落(图10)。建议增加红色塑料细棒后,“L形”监测器竖管的顶部留置孔数量不宜少于5个。

图9 顶部留孔情况

图10 爆浆后监测器中的浆体回落情况

2.3 第三次试用(第三代产品)

针对第二次试用提出的建议,在监测器竖管顶部的中间孔周边均匀钻了5个孔,共有6个孔(图11)。改进后,在3片预制混凝土剪力墙(分别为1号、2号、3号墙体)灌浆过程中进行了试用,均未出现连通腔爆浆的情况。

图11 顶部出气孔改进

1号和2号墙体灌浆5min后,监测器竖管内的浆体基本保持饱满。3号墙体在灌浆5min后,监测器中的浆体有所回落(图12),主要是因为墙体背面预制和现浇结合部位密封不严,发生漏浆(图13),这正好反映出监测器对漏浆很敏感,可以实时监测灌浆饱满情况。

图12 第三次试用情况

图13 预制和现浇结合部位漏浆

2.4 第四次试用(第三代产品)

为提高测试的可靠性,又开展了第四次试用,所采用的监测器同第三次,仍为第三代产品。共试用2片预制混凝土剪力墙,均未出现连通腔爆浆的情况。

1号墙体共15个套筒(图14),其中,1～8号套筒为同一个灌浆仓,9～15号套筒为另一个灌浆仓,分两次灌浆。2号墙体共4个套筒(图15),1～4号套筒为同一个灌浆仓,一次灌浆。灌浆前,在各套筒出浆孔均安装了监测器;灌浆过程中,1号墙体6号和11号套筒及2号墙体3号套筒因钢筋偏位,开始时下部灌浆孔不能正常出浆,采用冲击钻适当冲击处理后均可正常出浆;各套筒出浆孔均正常出浆,灌浆结束时,所有监测器的竖管内均充满浆体,5min后未发现浆体有明显回落。

图14 第四次试用1号墙体灌浆情况

图15 第四次试用2号墙体灌浆情况

2.5 第五次试用(第四代产品)

在前面四次试用基础上,又将红色塑料细棒根部垫片增加4个豁口(图16),以进一步增加通气能力。本次试用主要研究同一片墙体只有部分套筒安装监测器监测套筒灌浆饱满性的效果。第四代产品同时具备出气孔和豁口,出浆更容易且没有导致爆浆。但如果墙体长度超过1.5m,且没有按照标准要求进行分仓灌浆,当在墙体中部套筒灌浆,浆体流到墙体边缘时,由于经历路程较长,浆体中的水分被连通腔内壁和套筒内壁吸收,浆体的流动度变差,导致安装在墙体边缘套筒出浆孔的监测器不能正常出浆,拔出监测器发现其水平管中已存在浆体,但由于浆体粘稠无法继续上升至竖管,如图17所示。因此,安装监测器的预制构件仍必须按照标准要求进行合理分仓再进行灌浆。

图16 第四代产品改进

3 钻孔内窥镜法校核灌浆饱满性

对第二次、第四次、第五次试用情况采用钻孔内窥镜法[4-5]进行校核。第二次和第四次试用后校核的墙体,全部套筒均安装监测器;第五次试用后校核的墙体,只有部分套筒安装监测器。

3.1 同一墙体全部套筒安装监测器

从第二次和第四次试用的墙体中,根据监测器竖管中浆体的高度,选择部分具有代表性的套筒进行钻孔内窥镜法校核,校核结果如表1所示。

表1 全部套筒安装监测器的校核结果

由表1可见,两次复核的14个套筒,当监测器竖管中浆体高度大于0时,内窥镜校核结果为灌浆饱满。当浆体高度等于0时,灌浆可能饱满,如第二次3号套筒;灌浆也可能不饱满,如第二次7号套筒。以上表明,当同一墙体全部套筒安装监测器时,只要监测器竖管中浆体高度大于0,可以判断监测器对应的套筒灌浆饱满。

3.2 同一墙体部分套筒安装监测器

从第五次试用的墙体中,选择两片预制混凝土墙体进行校核,墙体A共7个套筒,在1号套筒和4号套筒的出浆孔安装监测器;墙体B共7个套筒,在1号套筒和7号套筒的出浆孔安装监测器。校核结果如表2所示。

表2 部分套筒安装监测器的校核结果

由表2可见,如果同一墙体部分套筒出浆孔安装监测器(不少于20%),由于监测器的布置可促使灌浆工人更加重视灌浆质量,可有效提升灌浆饱满度的总体水平,部分墙体可以保证所有套筒均灌浆饱满,如墙体A;但由于大多数出浆孔没有布置监测器,也还存在少数灌浆不饱满的情况,如墙体B的4号套筒灌浆缺陷深度为17.73mm、6号套筒灌浆缺陷深度为20.52mm。以上表明,当同一预制混凝土剪力墙仅部分套筒安装监测器(不少于20%)时,没有安装监测器的套筒仍可能存在灌浆不饱满的情况。事后检测灌浆不饱满的套筒,应及时进行注射补灌[6-7]。