灌浆饱满度对钢筋套筒灌浆连接接头力学性能的影响研究

吴玉龙，顾 盛，张 军，曹 旷

（1.昆山市建设工程质量检测中心，江苏 昆山 215337；2.南京工大建设工程技术有限公司，江苏 南京 210009）

0 引言

钢筋套筒灌浆连接是目前装配式混凝土结构采用的主要连接方式，是利用内部带有剪力槽的套筒和注入高强度无收缩灌浆料将插入的受力钢筋进行连接。由于钢筋套筒灌浆连接构造复杂又属于隐蔽工程，灌浆质量控制难度较大［1］。

德国、日本等发达国家依靠工人系统培训、先进工艺和科学管理来保证施工质量，国内由于发展时间较短、预制构件制作精度欠佳、现场人员培训不足、监管缺位等原因频发灌浆质量问题。灌浆质量问题直接导致装配式混凝土结构连接节点的受力钢筋无法有效连接，严重影响结构安全［2-3］。

因此，钢筋套筒灌浆连接的灌浆饱满度检测及内部缺陷的评级尤为重要。针对钢筋套筒灌浆连接的灌浆饱满度检测，课题组研发的内窥镜法、x 射线法，经过大量实验室和工程现场验证［4］，可在实际工程中推广应用。为了便于对套筒灌浆质量进行评估以及为后期整治提供依据，课题组针对工程上常用的不同型号套筒，研究了不同灌浆饱满度对连接接头力学性能以及变形性能的影响。

1 试验设计

1.1 材料参数

1.1.1 钢筋的力学性能参数

试验采用 HRB400E 热轧带肋钢筋，包括 14 mm，25 mm 两种直径，实测钢筋力学性能参数如表 1 所示。

表1 钢筋力学性能参数

1.1.2 灌浆套筒技术参数

试验所用套筒为思达建茂牌半灌浆套筒，由优质碳素钢加工而成，性能满足 JG/T 398－2012《钢筋连接用灌浆套筒》［5］要求，技术参数如表 2 所示。

表2 半灌浆套筒技术参数 mm

1.1.3 灌浆料性能参数

试验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 0.12，灌浆料各项性能如表 3 所示，均满足 JG/T 408－2013《钢筋连接用套筒灌浆料》［6］要求。

表3 灌浆料性能参数

1.2 灌浆饱满度精确控制方法及试件制作

根据预设灌浆饱满度换算确定半灌浆套筒内部的灌浆饱满区，套筒内的其余区域为灌浆缺陷区。封堵套筒的出浆口和灌浆口，并使用泡沫板颗粒对灌浆缺陷区进行填充，如图 1（a）所示。当保温板的表面靠近灌浆饱满区时，换用工业橡皮泥继续填充并将其捣实平整，期间使用钢尺精确控制橡皮泥表面高度，直至橡皮泥表面高度与灌浆缺陷区高度齐平，如图 1（b）所示。清理灌浆饱满区的套筒内壁，完成后将套筒倒置固定在木质支撑架上，插入灌浆端连接钢筋，对灌浆饱满区高度进行复核，如图 1（c）所示。使用灌浆枪缓慢灌浆，待灌浆料凝固后制作完成，如图 1（d）所示。灌浆 3 d 后将接头试件从固定支架上取下，然后自然养护到 28 d 进行试验［7］。

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图1 精确控制灌浆饱满度的试件制作

1.3 试验内容和方法

制作不同灌浆饱满度、不同型号的半灌浆套筒连接接头试件，参照 JGJ 355－2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》［8］进行接头试件的对中单向拉伸、偏置单向拉伸、高应力反复拉压以及大变形反复拉压等四项试验，研究灌浆饱满度对钢筋套筒灌浆连接接头强度性能以及变形性能的影响［9］。

1.3.1 对中单项拉伸及偏置单项拉伸试验

半灌浆套筒连接接头试件对中单向拉伸及偏置单向拉伸试验所用仪器为 500 kN 电液压伺服万能材料试验机，如图 2 所示。

试验内容包括屈服强度、抗拉强度以及破坏模式，各试件具体的试验结果如表 4、表 5 所示。

图2 单向拉伸试验

表4 钢筋对中单向拉伸试验结果

注：BC 代表灌浆端钢筋拔出破坏、LD 代表灌浆端钢筋拉断破坏、HS 代表螺纹端钢筋滑丝破坏，下文参照此标注。

表5 钢筋偏置单向拉伸试验结果

由表 4、表 5 可知，试验中接头试件出现了三种破坏模式，如图 3 所示，分别为：灌浆端钢筋拔出破坏（表中BC 表示）、灌浆端钢筋拉断破坏（表中 LD 表示）、螺纹端钢筋滑丝破坏（表中 HS 表示）。

图3 接头试件破坏模式

根据 JGJ 355－2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》，进行套筒灌浆连接接头试件单向拉伸及偏置单向拉伸试验时，满足套筒灌浆连接接头试件强度应符合表 6 的规定。

表6 套筒灌浆连接接头单向拉伸强度

对于 GT 14 接头，当灌浆饱满度达到 65 %，所有接头均发生灌浆端连接钢筋拉断破坏，且接头屈服强度和抗拉强度均合格，满足标准要求。对于 GT 25 接头，当灌浆饱满度达到 70 %，接头发生灌浆端连接钢筋拉断破坏或灌浆端连接钢筋拔出破坏，但是所有接头破坏时抗拉强度均＞ 630 MPa，由此可以推断接头在抗拉强度达到 621 MPa，即 1.15 倍连接钢筋抗拉强度标准值时，仍未发生破坏，其屈服强度和抗拉强度均合格，满足标准要求。

对于 GT 14 钢筋偏置接头，当灌浆饱满度达到 80 %，所有接头均发生灌浆端连接钢筋拉断破坏，且接头屈服强度和抗拉强度均合格，满足标准要求。对于 GT 25钢筋偏置接头，当接头灌浆饱满度达到 80 %，接头发生灌浆端连接钢筋拉断破坏或灌浆端连接钢筋拔出破坏，但是所有接头破坏时抗拉强度均＞ 621 MPa，由此可以推断接头在抗拉强度达到 621 MPa，即 1.15 倍连接钢筋抗拉强度标准值时，仍未发生破坏，其屈服强度和抗拉强度均合格，满足标准要求。

1.3.2 高应力反复拉压试验

高应力反复拉压接头试件在反复拉压试验机上进行加载，如图 4 所示。

图4 高应力反复拉压试验

套筒灌浆连接接头试件高应力反复拉压试验内容包括反复拉压 20 次后的残余变形、屈服强度、抗拉强度以及破坏模式，各试件具体的试验结果如表 7 所示。

表7 高应力反复拉压试验结果

根据 JGJ 355－2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》，进行套筒灌浆连接接头试件高应力反复拉压试验时，合格套筒灌浆连接接头试件强度应符合表 8 的规定。

表8 高应力反复拉压试验接头性能要求

对于 GT 14 接头，当灌浆饱满度达到 70 %，高应力反复拉压 20 次后残余变形均＜ 0.20 mm，接头发生灌浆端连接钢筋拉断破坏或灌浆端连接钢筋拔出破坏，但是所有接头破坏时抗拉强度均＞ 624 MPa，由此可以推断接头在抗拉强度达到 621 MPa，即 1.15 倍连接钢筋抗拉强度标准值时，仍未发生破坏，其屈服强度、抗拉强度和残余变形量均合格，满足标准要求。对于 GT 25 接头，当接头灌浆饱满度达到 70 % 时，试验后残余变形量均≤ 0.30 mm，接头发生灌浆端连接钢筋拉断破坏或灌浆端连接钢筋拔出破坏，但是所有接头破坏时抗拉强度均＞ 628 MPa，由此可以推断接头在抗拉强度达到 621 MPa，即 1.15 倍连接钢筋抗拉强度标准值时，仍未发生破坏，其屈服强度、抗拉强度和残余变形量均合格，满足标准要求。

1.3.3 大变形反复拉压试验

大变形反复拉压接头试件在反复拉压试验机上进行加载，如图 5 所示。

图5 大变形反复拉压试验

套筒灌浆连接接头试件大变形反复拉压试验内容包括反复拉压 4 次后的残余变形、反复拉压 8 次后的残余变形、屈服强度、抗拉强度以及破坏模式，各试件具体的试验结果如表 9 所示。

表9 大变形反复拉压试验结果

根据 JGJ 355－2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》，进行套筒灌浆连接接头试件大变形反复拉压试验时，合格套筒灌浆连接接头试件强度应符合表 10 的规定。

表10 大变形反复拉压试验接头性能要求

对于 GT 14 接头，当灌浆饱满度达到 70 %，大变形反复拉压 4 次后的残余变形均＜ 0.25 mm，大变形反复拉压 8 次后的残余变形均＜ 0.50 mm，接头均发生灌浆端连接钢筋拉断破坏，破坏时抗拉强度均＞617 MPa，其屈服强度、抗拉强度和残余变形量均合格，满足标准要求。对于 GT 25 接头，当接头灌浆饱满度达到 70 %，大变形反复拉压 4 次后残余变形均＜ 0.25 mm，大变形反复拉压8次后的残余变形＜ 0.55 mm，接头发生灌浆端连接钢筋拉断破坏或灌浆端连接钢筋拔出破坏，但是所有接头破坏时抗拉强度均＞ 628 MPa，由此可以推断接头在抗拉强度达到621 MPa，即 1.15 倍连接钢筋抗拉强度标准值时，仍未发生破坏，其屈服强度、抗拉强度和残余变形量均合格，满足标准要求。

2 结论

1）采用套筒灌浆连接时，套筒灌浆饱满度是影响连接接头力学性能的关键因素。

2）对 GT 14 和 GT 25 两种钢筋直径的套筒灌浆连接接头，当灌浆饱满度到达 70 % 时，其接头的对中单向拉伸强度、反复拉压后的变形性能和极限抗拉强度能满足标准要求。

2）对 GT 14 和 GT 25 两种钢筋直径的套筒灌浆连接接头，套筒内连接钢筋的偏位会使套筒灌浆连接接头的力学性能略有降低，当灌浆饱满度到达 80 % 时，其接头的单向拉伸强度才能满足标准要求。