装配式混凝土结构灌浆材料的性能试验与施工技术.pdf

2 0 1 3年 第 1 0期 (总 第 2 8 8 期 J Nu mb e r 1 0 i 11 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 8 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 混凝土制品 CONCRETE PRODUCTS 装配式混凝土结构灌浆材料的性能试验与施工技术 王军强 。李清 ( 1 江苏建筑职业技术学 院，江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 ；2 中煤第三建设集团有限责任公司，安徽 合肥 2 3 0 0 0 0 ) 摘要 ： 浆锚连接是装配式混凝土结构的节点设计与构造中的湿法连接工艺 ， 浆锚连接的质量与灌浆材料 的性能 、 质量和施工 水平有关。 以浆锚连接和间接连接为对象， 研究了水泥基灌浆材料的试验内容、 方法和性能要求等。 结合套筒灌浆连接， 研究了水 泥基灌浆材料的施工与质量控制要求 ， 对于装配式混凝土结构节点设计与施工提供了参考。 关键词 ： 装配式混凝土结构 ；水泥基灌浆材料 ；套筒灌浆连接 ；绿色施工 中图分类号： T U5 2 8 7 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 1 0 0 1 4 2 0 3 P e r f o r ma n c e t e s t a n d t h e c on s t r u c t i o n t e c hn o l o g y o f c e m e n t i t i o u s g r o u t i n g m a t e r i a l u s e d i n p r e c a s t r e i n f or c e d c o n c r e t e s t r u c t u r e WTV GJ u n q i a n g , L I Qi n g 。 ( 1 J i a n g s uI n s t i t u t e o f Ar c h i c t u r a l Te c h n o l o g y ， Xu z h o u2 2 1 1 1 6 ， Ch i n a ； 2 C h i n a C o a l N O 3 C o n s t r u c i t o n C o r p o r a t i o n L t d ， H e f e i 2 3 0 0 0 0 ， C h i n a ) Abs t r a ct ： Gr o u t i n g a nc h o r c o n ne c t i o n s a r e n o d e s c o n ne c t e d b y we t p r o c e s s i n t h e d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f p r e f c a s t r e i n f o r e e d c o n c r e t e s t r u c t u r e， g r o u t i n g a nc h o r c onn e c t i o n q u a l i t y a r e d e p e n d e d o n g r ou t i n g ma t e r i a l p e rfo r ma nc e， q u ali ty a n d c o n s t r u c t i o n l e v e 1 Ta k i ng gro u t i n g a n c h o r c o nne c t i o n s a n d i n d i r e c t c o n n e c t i o n a s t h e o b j e c t ， c e me n t i t i o u s gro u t i n g m a t e r i a l s ， t e s t c o n t e n t ， m e t h o d and p e r f o rm a n c e r e q u i r e me n t s ， e t c we r e s tudi e d Co mb i ne d wi th pi p e c a s i n g c o n ne c t i o n， the c e me n t b a s e d gro u t i n g ma t e r i a l s o f c o n s t r uc t i o n a n d q u a l i t y c o nt r o l r e q u i r e me n t swe r e r e s e a r c h e d， wh i c hp r o vi d e dr e f e r e n c ef o r d e s i gn an d c o ns t ru c t i o no fp r e c a s t r e i n f o r c e dc o n c r e t e s t r u c t u r e Keywor ds ： pr e c a s t r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r uc t ur e； c e me n t i t i o usgro u t ； pi p e c a s i ng c o nn e c t i o n； gre e n c o ns t ruc t i o n 0 引 言 在我国， 混凝 土结构主要采用现浇的施工方式来完成 ， 预制装配施工所 占比例很少 ， 在工业化建筑施工方 面相对 落后于发达 国家的装配化水平 。 随着建筑能耗 、 建筑碳排 放 问题 的凸显 ， 混凝土结构湿作业施工周期长 、 劳动密集 、 施丁粗放 、 噪声扰民、 粉尘排放等问题 比较突出， 人们开始 重新关注装配式混凝土在结构 中的应用 ， 并开展 了部分技 术研究和试点应用 ， 如万科集团 、 南通建筑 工程 总承包有 限公司、 上海瑞安集团、 龙信建设集团有限公司等在其开 发的项 目中进行了一定规模 的示范和试点应用研究 。 装配 式混凝土结构要达到等同现浇装配式结构 ， 必须采取措施 保证装配整体式钢筋混凝土结构中， 预制构件之间或者预 制构件与现浇构件之 间的节点或接缝的承载力 、 刚度和延 性不低于现浇钢筋 昆 凝土结构， 使装配整体式钢筋混凝土 结构的整体性能与现 浇钢筋混凝土结构基本相同 ， 可见节 点或接缝的设计十分关键 。 对于装配式钢筋混凝土结构的 连接节点采用浆锚连接、 间接搭接或其他连接方式， 通过后 浇混凝土或灌浆使预制构件具有可靠传力和承载要求是非 常重要 的。 研究适用于装配式混凝土结构的灌浆材料 、 适宜 的施工技术和灌浆材料成型后的质量控制与检验等 ， 对于 装配混凝土结构的发展提供技术支持有现实应用价值。 1 水泥基灌浆材料性能试验 水泥基灌浆材料在混凝土梁 、 柱采用加大截面法加固， 楼板采用叠合层法增加板厚加固 ， 混凝土结构施工 中出现 的蜂窝 、 孔洞 、 柱子烂根的修补 ， 后张预应力混凝土结构孔 道灌 浆 ， 机械设备 的底 座灌浆 、 地脚 螺栓 的固定 、 梁柱接 头 、 构件补强 、 加固等方面有广泛的应用 。 在施 工实践过程 中存在浆液质量稳定性差 、 泌水率大 、 强度低 、 压浆孔道密 实性差等缺 陷， 而孔道灌浆为隐蔽工 程 ， 施 工完成后 的孔 道质量检测和评定还不成熟 ， 存在的这些 问题 会形成安全 隐患。 对于装配式混凝土结构 ， 水泥基灌浆材料主要应用于 孔道灌浆、 节点和接缝处理等方面， 对于其性能、 工艺技术 和质量检测的研究是非常重要的。 1 1 水泥基灌浆材料配置依据 依据 装配式混凝土结构技术规程 、 G B T 5 0 4 4 8 -2 0 0 8 水泥基灌浆材料应用技术规范 、 G B 5 0 1 l 9 2 o 0 3 混凝 收稿 日期 ：2 O l 3 _ J0 4 _ 2 5 基金项 目：住房和城乡建设部2 0 1 1 年研究开发项 目( 2 0 1 1 - K 3 2 5 ) ； 徐州市节能技术进步专项资金计划项 目( X J 1 1 B 0 1 2 ) 1 4 2 土外加剂应用技术规范 、 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土 长期性能和耐久性能试验方法标准 、 J G J 5 5 2 0 1 1 普通 混凝土配合比设计规程 、 G B 5 0 2 0 4 ( 混凝土结构工程施工 质量验收规范 、 J T G T F 5 O 一2 0 1 1 公路桥涵施工技术规范 等进行水 泥基灌浆 材料 的配 合 比设计 、 试验 和施工技 术 控 制。 1 2 水泥基灌浆材料的要求 G B T 5 0 4 4 8 -2 0 0 8 ( 水 泥基灌浆 材料应用 技术规 范 术 语 中的水泥基灌浆材料是指一种 由水 泥 、 集 料( 或不含 集料) 、 外加剂和矿物掺合料等原材料， 经工业化生产的具 有合理级分的干混料 。 加水拌 和均匀后具有可灌注 的流动 性 、 微膨胀 、 高的早期和后期强度、 不泌水等性能。 结合某 装 配式 混凝土结构工程 ， 构件节点采用浆锚连 接 ， 孔道 灌 复合活性矿物掺合料 、 水以及其他一些原材料组成。 采用的水泥为普通硅酸盐水泥 ， 强度等级为 4 2 5 MP a ， 初凝时间为 1 4 1 mi n ， 终凝时间为 2 2 4 mi n ， 标准稠度用水量 为 2 8 1 ， 3 、 2 8 d抗折强度 分别为 5 2 1 MP a 和 7 5 4 MP a ， 3 、 2 8 d 抗压 强度分别 为 2 5 5 、 4 8 _ 3 MP a ， 安定性合格 ， 其他 性能指标符合要求。 采用正交试验方法， 试验确定的灌浆材 料水胶 比为 0 _ 3 1 。 灌浆剂采用高性能灌浆外加剂 J M H F ， 具有减水 、 膨胀 和增稠的复合功能， 其氯离子含量为 0 0 3 5 0 0 5 合格， 膨 胀率、 泌水率等指标符合 混凝土外加剂应用技术规范 的相 应要求。 复合矿物掺合料采用 I 级粉煤灰， 水采用一般饮用水。 所配置的水泥基灌浆材料用于装配式混凝土结构钢 筋的浆锚连接和间接连接 ， 需要满足强度 、 工作性能 、 膨胀 浆材料采用水泥基灌浆材料。 本灌浆材料由水泥、 灌浆剂、 率等要求， 具体需要满足表 1 的性能指标要求。 表 1 灌浆料性能要求 1 3 水泥基灌浆材料的试验检测 内容与方法 ( 1 ) 灌浆材 料流动度测试 。 试验 中主要 测试灌浆材料 流 动度初始值 和流 动度 3 0 mi n保 留值 。 采用 截锥 圆模 测 试 ， 即将搅 拌好 的灌浆材料迅速倒满截锥 圆模 内 ， 保持浆 体与截锥圆模上口平齐， 然后徐徐提起截锥圆模 ， 灌浆材 料在无扰动条件下 自由流动直至停止 ， 接着用游标卡尺测 量底面最大扩散直径及与其垂直方向的直径 ， 计算平均值 ， 作为流动度初始值， 测试结果精确到 1 mm。 流动度初始值 测量完毕后 3 0 m i n ， 重新将搅拌锅内灌浆材料按搅拌机 的 固定程序搅拌 2 4 0 s ， 然后重新测量流动度值 ， 作 为流动 度 3 0 rai n 保留值。 流动度反应了灌浆材料的可灌性能。 ( 2 ) 抗压强度测试 。 试验中， 水泥基灌浆材料的最大集料 粒径不大于 4 7 5 m l n时， 采用尺寸为 4 0 mm x 4 0 m mx l 6 0 i n l r l 的棱柱体试件 ， 按现行国家标准 G B T 1 7 6 7 1 ( 水泥胶砂强 度检验方法( i s o法 ) 中的有关规定进行抗压强度 的检验 。 采取非震 动成 型 ， 将拌和好的浆体直接灌入试模 ， 浆体 与 试模 的上边缘保持平齐 。 从 搅拌开始计时到成型结束 ， 应 在 6 rai n内完成 ， 每组成型试件 3 块。 抗压强度测试主要验 证灌浆材料 的力学性 能 ， 对于钢筋 、 套筒与混凝土之 间的 可靠黏结和传力是非常重要 的。 ( 3 ) 竖向膨胀率检验 。 竖向膨胀率检验采用架百分表法 测试， 按现行国家标准 G B 5 0 1 1 9 ( 混凝土外加剂应用技术 规范 计算竖向膨胀率 ， 即试 件成型与准备完毕 ， 在 3 0 S 内 读取百分表初始读数 ， 成型过程应在搅拌结束后 3 rai n内 完成， 自加水拌和时起分别于3 、 2 4 h 读取百分表的读数 h 。 整个测量过程中灌浆材料应保持棉丝湿润， 装置不得受震动 。成型养护温度均为( 2 0 2 ) 。 采用式( 1 ) 计算竖向膨胀率。 x 1 0 0 ( 1 ) 式 中： B竖向膨胀率 ； 试件高度的初始读数 ， m m； 试件龄期为 时的高度读数 ， mm； 试件基准高度 1 0 0 ， m m。 试验结果取一组三个试件 的算术平均值 ， 计算结果精 确至 O 0 1 。 试验配合 比的水泥基灌浆材料 的性格见表 1 。 灌浆材 料流动度和流动度 3 0 mi n保 留值分别为 3 4 7 、 3 1 2 i n i n ， 达 到了 I I 类的要求 。 l 、 3 、 2 8 d 抗压强度分别达到了 2 4 7 、 4 7 6 、 6 4 2 MP a ， 3 、 2 4 h的竖向膨胀率分别达到 0 0 6 3 和0 0 8 7 ， 无泌水 ， 对钢筋无锈蚀危害 ， 各项性能指标均满足 了浆锚 连接的灌浆材料性能要求 。 2 水泥基灌浆材料的施工实践 2 1 套筒灌浆连接材料要求 装配式混凝土结构中采用套筒灌浆连接是主要的施 工方法之一 。 套筒灌浆连接接头 由钢筋 、 套筒连接器及灌 浆料组成 ， 其材料性能要求如下 ： ( 1 ) 钢筋材 料的性能要 求 。 普 通钢筋 宜采用 H R B 4 0 0 和 H R B 5 0 0 钢筋 ， 也可采用 H R B 3 3 5 和 R R B 4 0 0钢筋 。 抗震 等级为一 、 二级 的框架结构 ， 其纵 向受力钢筋采用普通钢 筋时， 钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不 应小于 1 2 5 ； 钢筋的屈服强度实测值与强度标准值 的比值 不应大于 1 3 ； 且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应 小于 9 。 采用套筒灌浆连接的钢筋 ， 其屈服强度不应大于 5 0 0 MP a ， 且抗拉强度不应大于 6 3 0 MP a 。 ( 2 ) 套筒连接器眭能要求。 当采用球墨铸铁制作时 ， 应符 合 G B T 1 3 4 8 ( 球墨铸铁件 的有关要求。 球墨铸铁套筒材料 性能应符合下列规定： 抗拉强度不应小于 6 0 0 MP a ； 伸长率 不应小于 3 ； 球化率不应小于 8 5 。 套筒长度由浆料与连接筋 的握裹能力而定， 要求握裹承载力不小于连接筋抗拉承载力。 1 43 ( 3 ) 水泥基灌浆料 的性能要求 。 水泥基灌浆料 的性能 需要满 足流 动度 、 膨胀率 、 抗压强度 、 工作性 、 充盈性 和抗 钢筋锈蚀的综合要求 ， 要求材料性能配 合比稳定 ， 施工简 单 ， 灌浆便捷高效 ， 质量稳定 。 2 2 套筒灌浆连接的施工 装配式混凝 土框架结构 ， 框架梁柱节点的设计与构造 是需要解决的关键技术之一 ， 梁柱节点采用湿法施工是实 现等同现浇结构的重要措施 ， 即节点 区主筋及构造加强钢 筋全部连接 ， 节点区采用后浇 昆 凝土及灌浆材料将预制构 件连为整体， 套筒灌浆连接是保证其实现钢筋连续可靠传 力的重要构造 ， 而套筒灌浆连接属于隐蔽工程 ， 应重视套 筒灌浆连接 的施T质量。 ( 1 ) 套筒连接 器的安装 与就位要求 。 套筒连 接材料 应 符合上述 2 1 的要求 ， 套筒性能和规格符合要求 。 套筒按照 预制装配构件的二次深化 图进行安装 ， 连接套筒长度允许 偏差符合要求 ， 套筒浆锚连接钢筋 可不 另设 ， 由下柱纵 向 受力筋直接外伸形成 ， 连接筋间距不宜小于 5 d ， 套筒净距 不应小于 2 0 m m。 连接筋与套筒位置应完全对应 ， 误差不得 大于 2 m m。 套筒安装时 ， 可采用 专用卡具将其 固定就位 ， 与套筒连接 的注浆管和出浆管应定位准确 、安装稳固 ， 防 止漏浆。 在混凝土浇筑振捣过程中， 宜采取措施 ， 避免套筒 移位 。 预制构件安装时， 及时采取临时支撑或联 系钢筋 ， 调 整构件的轴线 、 位置和垂直度的正确。 安装就位后 ， 及时进 行套筒 内的灌浆前吹扫和前期准备工作 。 ( 2 ) 套筒灌浆施工 。 套筒灌浆属于隐蔽工程 ， 灌浆质量 的好坏直接影响浆锚 连接的质量 和混凝土结构节点 的质 量。 套筒灌浆先要保证灌浆材料的质量稳定性和工作性能 。 灌浆料应按专业的配合比混合 ， 然后搅拌均匀后使用， 搅 拌时 间和搅拌后 的使用时间均不能超过规定 。 灌浆之前 ， 保证套管位置和数量 ， 钢筋连接情况 ， 套管清洗湿润情况 等均已完成并验收合格 ， 方可进行灌浆施工。 对于混凝土柱 中的浆锚灌浆 ， 为竖 向灌浆 ， 灌浆从下部注浆 口灌入 ， 待 出 浆 口连续流 出圆柱状浆液后 ， 方可停止注浆 ， 并及时封堵 。 灌浆结束后宜养护 1 2 d ， 期间不宜对构件进行扰动或其他 作用 ， 避免影响其质量 。 期间根据检测方案和取样计划 ， 留 置灌浆料的试块 ， 进行强度的对 比与检测 。 套筒灌浆连接的 质量的现场检测与质量分析也是非常重要的。 3 水泥基灌浆的质量控制 装配式混凝土结构采用浆锚 连接或间接连接的方式 ， 其质量直接关系节点设计和构造 的质量， 套筒的位置 、 规格 、 数量、 长度以及灌浆的质量等， 都属于隐蔽验收的内容， 特 别是灌浆 的质量处于交接验收的重要环节 ， 对灌浆的质量 进行检测 与控制是非常重要 的。 水泥基灌浆的质量与灌浆 材料要求 、 材料配合 比、 现场灌浆条件 、 操作 人员水平 、 现 场条件、 养护等有关。 装配式混凝土结构采用水泥基灌浆材 料的浆锚连接方式 ， 水泥基灌浆材料的质量控制与检测需 要注意以下 内容 ： ( 1 ) 水泥基灌浆施工的过程控制： 在灌浆施工过程中， 1 4 4 灌浆材料的配合 比、 灌浆材料 的制备与搅拌( 搅拌时间 、 浆 液 的流动度 、 泌水率等 ) 、 灌浆 的状 况( 灌浆 时间 、 灌浆质 量 、 灌浆温度 、 操作时间 、 灌浆压力 ) 、 灌浆材料强度试件 留 置与检测等都需做好完整的施T记录。 ( 2 ) 水泥基灌浆施工质量的检测 ： 钻芯取样 、 回弹法 、 超 声波透射 、 雷达法等在混凝土施工检测中有实践应用。 钻芯 检测属于破损试验 ， 回弹法检测混凝土强度质量是可行的， 但要检测处于隐蔽中的带套管的浆锚连接质量还没有应用 实践 。 超声波法属于无损检测 ， 但其检测受到混凝土强度 、 套管类型 、 位置与间距 、 钢筋分布等的影响 ， 其在装配式混 凝土结构的浆锚连接 中的应用还缺少理论和实践支撑 。 在 施工过程中 ， 灌浆前 ， 做好孔道或套管的检测 ， 确保注浆孔 和出浆孔位置准确 ， 孔道或套管通畅 、 干净 ， 符合灌浆的条 件 。 灌浆材料的配置与搅拌质量稳定 ， 灌浆顺序正确 ， 灌浆 收尾时确保出浆孑 L 能连续出浆且浆液质量稳定。 有条件的 情况下， 做好小样板灌浆对比试验， 检测灌浆的流动度 、 泌 水率 、 强度 、 坍落度 、 扩展度 、 充盈度等性能指标 ， 采集不 同 工况下的超声波波形 ， 对 比分析不同缺陷情况下的参数特 性 ， 为装配式混凝土结构灌浆质量检测提供后续研究支撑 。 4结语 装配式混凝土结构是我国建筑业 的发展方 向， 对于加 快建筑工业化和产业化 ， 实现低碳施工， 降低能耗和碳排放 ， 节约资源和降低劳动强度， 保证工程质量， 确保建筑业的社 会、 经济和环境效益 ， 实现建筑业的可持续发展有重要意义 。 “ 新型预制装配式混凝土建 筑技术研究与示范” 项 目列入 “ 十二五” 国家科技支撑项 目， 相关科研 、 设计与施： 技术单 位开展装配式混凝土结构 的技术攻关和研究 。 文中通过研 究装配式结构浆锚连接的灌浆材料性能 、 施工和质量控制 ， 对于保证结构节点设计的质量和构造 ， 解决工程 中的施工 技术瓶颈 问题有参考价值 。 目前 由于装配式混凝土结构在 国内的发展比例偏低， 成本偏高， 施工关键技术和环节还不 成熟 ， 这些均制约 了装配式混凝土结构的发展 ， 如在浆锚连 接环节存在灌浆材料配置 、 灌浆材料的施工 、 套简的选型和 实用性 、 节点和接缝处理 、 浆锚连接的质量检测等方面还存 在施工应用实践的不成熟问题 ， 产 品与技术的不配套问题 ， 施工经验欠缺等问题 ， 还需要加强相关方面技术应用研究 。 参考文献 ： 【 1 】G B 5 0 1 1 9 2 o 0 3 ， 混凝土外加剂应用技术规范【 s J 【 2 】 J G J 5 5 2 o 1 1 ， 普通混凝土配合比设计规程【 S 【 3 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ， 普通混凝土长期性能和耐久性 能试验方法 标准【 s 】 【 4 】 装配式混凝土结构技术规程( 征求意见稿) 【 Z J 【 5 J T G T F 5 O 一2 0 1 1 ， 公路桥涵施工技术规范【 s I 【 6 G B T 5 0 4 4 8 -2 0 0 8 ， 水泥基灌浆材料应用技术规范【 s J 7 G B 5 0 6 6 6 6 -2 0 1 1 ， 混凝土结构工程施工规范 s 】 8 】王军强 自密实防水混凝土的配制与施 工技术l J J 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 7 )： 1 0 4 1 0 6 作者简介 ： 联系地址 ： 联系电话 ： 王军( 1 9 7 3 一 ) ， 男 ， 副教授， 研究方向 ： 结构工程。 徐州市泉山区学苑路 2 6 号 江苏建筑职业技术学院 建筑工程技术学院( 2 2 1 1 1 6 ) 1 3 61 51 0 07 3 9