装配式混凝土结构套筒灌浆料强度试验研究.pdf

0引言钢筋套筒灌浆连接是指在预制构件生产过程中预埋钢筋套筒袁 将工程现场的钢筋插入套筒中袁再通过灌入高强度尧微膨胀的水泥基灌浆料来实现钢筋的对接连接袁是装配式混凝土结构受力钢筋的主要连接方式之一1-2遥 因此袁灌浆料是影响钢筋套筒灌浆连接性能的一个关键因素3遥 然而袁在实际施工现场袁由于各种原因经常出现灌浆料实体抗压强度不合格的情况遥 因此袁本文拟通过试验控制灌浆料的抗压强度来确定其与套筒内接头抗拉强度之间的线性关系袁 以便得到灌浆料抗压强度的最小值袁为后续工程质量的处理提供理论依据遥装配式混凝土结构套筒灌浆料强度试验研究赵建华1,2袁凌良建1,2袁万里3袁王晨4袁刘子洁5袁王涛6渊1援南京市建筑工程质量安全监督站袁江苏 南京 210007曰2.南京市建筑工程质量安全检测中心袁江苏南京 210017曰3.南京工业大学袁江苏 南京 211816曰4.无锡市建筑工程质量检测中心袁江苏 无锡214028曰5.南京兴华建筑设计研究院股份有限公司袁江苏 南京 210004曰6.江苏省建工建材质量检测中心有限公司袁江苏 南京 210009冤摘要院通过对套筒灌浆连接用灌浆料九种不同龄期渊1尧2尧3尧4尧5尧7尧14尧21尧28 d冤试件进行抗压强度试验袁得到了灌浆料强度与龄期之间的关系袁建立了灌浆料强度的预测增长曲线遥 结合 GT16尧GT18尧GT20 三种规格的套筒灌浆连接用灌浆料强度预测增长曲线袁 研究了套筒灌浆连接接头抗拉强度与灌浆料强度之间的关系袁 得到了 GT16尧GT18尧GT20 三种规格的套筒灌浆连接接头满足抗拉强度条件下的灌浆料最小抗压强度值遥 可为相关工程套筒灌浆连接用灌浆料强度偏低的质量缺陷处理提供参考遥关键词院养护龄期曰灌浆料抗压强度曰预测增长曲线曰抗拉强度曰强度最小值中图分类号院TU58+2文献标识码院Adoi院10.19761/j.1000-4637.2023.09.075.05Experimental study on strength of grouting materials for sleeve grouting ofprefabricated concrete structuresZHAO Jianhua1,2,LING Liangjian1,2,WAN Li3,WANG Chen4,LIU Zijie5,WANG Tao6渊1.Nanjing Construction Quality and Safety Supervision Station,Nanjing 210007,China;2.Nanjing Construction Quality andSafety Testing Center,Nanjing 210017,China;3.Nanjing Tech University,Nanjing 211816,China;4.Wuxi InspectionCenter of Architectural Quality,Wuxi 214028,China;5.Nanjing Xinghua Architecture Design And Research InstiuteCo.,Ltd.,Nanjing 210004,China;6.Jiangsu Construction Engineering Material Quality Testing Center Co.,Ltd.,Nanjing 210009,China冤Abstract:The compressive strength of the grouted specimens in the sleeve grouted joints at different ages(1,2,3,4,5,7,14,21,28 d)was tested,the relationship between grout strength and age was obtained,and the predicted growth curveof grout strength was established.The relationship between the tensile strength of sleeve grouting joint and the strength ofgrouting material was studied by combining the predicted growth curve of the strength of grouting material in the sleevegrouting joint of GT16,GT18 and GT20,three specifications of sleeve grouting joints meeting the tensile strength of theminimum compressive strength of grouting materials(the strength threshold of grouting materials)was analyzed.Theresearch results provide a basis for the treatment of the quality defect of low strength grouting material for sleeve groutingconnection joints in related engineering.Keywords:Curing age;Compressive strength of grouting material;Predicted growth curve;Tensile strength;Minimum strength圆园23 年第 9 期混 凝 土 与 水 泥 制 品圆园23 晕燥.99 月悦匀陨晕粤 悦韵晕悦砸耘栽耘 粤晕阅 悦耘酝耘晕栽 孕砸韵阅哉悦栽杂September75-图 1单一函数拟合结果Figure 1Single function fitting results100806040200051015202530龄期/d1试验概况1.1原材料灌浆料院某厂家水泥基灌浆料袁水灰比为 0.13遥灌浆套筒院 由于半灌浆套筒一端为机械连接袁为防止试验过程中出现机械端破坏而导致试验数据分析出现偏差袁 试验采用全灌浆套筒遥 规格为GT16尧GT18尧GT20遥钢筋院型号为 HRB400遥1.2试验方案本文分以下两步遥 第一步院得到灌浆料抗压强度的预测增长曲线曰第二步院通过灌浆料抗压强度预测增长曲线控制灌浆料抗压强度袁得到灌浆料抗压强度与灌浆套筒接头抗拉强度的关系遥1.2.1灌浆料抗压强度预测增长曲线通过试验室成型某厂家水泥基灌浆料试体袁以龄期为研究对象袁找出灌浆料抗压强度与龄期的增长规律遥1.2.2强度关系确定基于朱文运等4的研究成果袁本文研究的灌浆料抗压强度从 35 MPa 开始袁每 5 MPa 为一级袁直至70 MPa遥 通过同批灌浆料预测的强度增长曲线控制实际强度袁钢筋锚固长度均严格控制为 8 倍钢筋直径遥 因此袁本试验的唯一变量即为灌浆料抗压强度遥通过钢筋套筒的单向拉伸试验来寻找到灌浆料抗压强度与接头抗拉强度之间的关系5-7遥1.3测试方法1.3.1灌浆料抗压强度灌浆料抗压强度预测增长曲线试验和强度关系确定试验用试体的抗压强度测试均按 GB/T17671要2021叶水泥胶砂强度试验方法渊ISO 法冤曳进行袁成型尺寸均为 40 mm伊40 mm伊160 mm 的棱柱体试体遥 其中袁对于灌浆料抗压强度预测增长曲线试验袁龄期为 1尧2尧3尧4尧5尧7尧14尧21尧28 d 的试体各 3 组渊一组两个冤袁共计 27 组灌浆料试体8遥 以每个龄期 3组试体的平均值作为该龄期灌浆料试体的抗压强度值遥1.3.2接头抗拉强度接头抗拉强度试验按照 JG J355要2015 叶钢筋套筒灌浆连接应用技术规程曳进行遥 同一强度等级成型 3 个试体袁灌浆采用躺灌方式袁即把套筒水平放置在平面上袁确保每个套筒中插入的钢筋位于套筒正中袁准确控制好两端钢筋的插入长度袁待灌浆料灌满且凝固硬化遥 采用 500 kN 电液伺服万能材料试验机进行加载袁加载速率为 5 MPa/s袁直至试体破坏9遥 连接钢筋断裂的试体不在本文研究范围遥2灌浆料抗压强度预测曲线2.1试验结果灌浆料的抗压强度试验结果见表 1遥由表 1 可知袁第 1尧2尧3尧4尧5尧7尧14尧21 d 时袁灌浆料的抗压强度分别达到了 28 d 抗压强度的 26.5%尧37.1%尧50.3%尧59.6%尧69.0%尧75.3%尧84.3%尧92.6%遥由此可见袁灌浆料在前 5 d 时的抗压强度增长较快袁5 d 后增长相对变缓10-13遥2.2数据分析为得到灌浆料抗压强度与接头抗拉强度的关系袁需准确控制灌浆料的抗压强度遥 因此袁本文先分析灌浆料抗压强度与龄期关系袁用统计学中的回归分析法计算回归曲线袁再用最小二乘法估算回归方程的系数遥 由于幂函数不能通过零点袁故回归分析时未考虑幂函数形式遥采用单一函数形式拟合得到的灌浆料抗压强度与龄期的关系见图 1遥由图 1 可知院虽拟合得到的多项式函数的 R2比线性函数的 R2高袁但由于灌浆料抗压强度在前期增长较快袁在 30耀60 MPa 没有很好的区分度袁故多项式函数也不能很好地预测灌浆料的实际抗压强度遥综上袁灌浆料的抗压强度预测曲线可以考虑分段拟合袁以 5 d 为界限袁将 0耀5 d 分为第一阶段袁将5耀28 d 分为第二阶段袁采用线性回归袁分别计算 R2袁灌浆料抗压强度预测曲线拟合结果见图 2袁 曲线可表示为式渊1冤遥由图 2 可知袁分段拟合曲线的精度较高遥龄期/d抗压强度/MPa龄期/d抗压强度/MPa01234020.128.438.145.25714212852.357.163.970.275.8表 1灌浆料的抗压强度Table 1Compressive strength of grouting materialsy=2.105 8x+27.21R2=0.696 7y=-0.153 5x2+6.231x+15.559R2=0.876 6圆园23 年第 9 期混凝土与水泥制品总第 329 期76-灌浆料抗压强度/MPa接头抗拉强度/MPa破坏状态灌浆料抗压强度/MPa接头抗拉强度/MPa破坏状态灌浆料抗压强度/MPa接头抗拉强度/MPa破坏状态35.237.337.639.140.841.944.447.547.651.151.752.354.455.155.757.759.060.563.564.965.569.570.170.5580598581588603591612610598608616607612624627635622622628618631625629635灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拉断灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拉断灌浆孔端钢筋拉断灌浆孔端钢筋拉断灌浆孔端钢筋拉断灌浆孔端钢筋拉断37.935.535.141.641.341.445.144.844.549.450.851.455.254.254.860.261.260.565.265.365.671.471.769.3578587561588588595595587595591590608620618625618631625630629633630639638灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拉断出浆孔端钢筋拉断出浆孔端钢筋拉断37.337.635.239.140.838.245.246.544.952.551.750.453.455.756.460.762.458.064.166.465.270.171.270.5573580585592590582602610609607603608616614605612620605620623631622631640灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拉断灌浆孔端钢筋拔出灌浆孔端钢筋拔出出浆孔端钢筋拉断GT16GT18GT203接头抗拉强度与灌浆料抗压强度的关系3.1试验结果接头抗拉强度及破坏状态试验结果见表 2遥f=f28渊0.130 7d+0.074 4冤0约d臆5f28渊0.012 9d+0.648 3冤5约d臆28嗓渊1冤式中院f28为灌浆料的 28 d 抗压强度曰d 为龄期遥由表 2 可知院 随着灌浆料抗压强度的提高袁灌浆套筒接头的抗拉强度随之增大14袁其主要原因为试件破坏形态为钢筋从套筒中拔出袁其抗拔力的大小取决于钢筋与灌浆料之间的机械咬合区域的抗剪强度袁随着灌浆料抗压强度的提高袁灌浆料的抗剪强度随之提高15袁其次袁随着灌浆料抗压强度的提高袁钢筋与灌浆料表面的黏附力尧灌浆料握裹钢筋产生的表面摩擦力以及钢筋横肋与灌浆料之间的机械咬合力均随之增大16-17曰GT16 试件中的灌浆料抗压强度从 35.2 MPa 增加到 63.5 MPa袁 接头抗拉强度平均值提高了 8.3%曰GT18 试件中的灌浆料抗压强度从 37.9 MPa 增加到 65.6 MPa袁 接头抗拉强度平均值提高了 9.5%遥 GT20 试件中的灌浆料抗压强度抗压强度从 37.3 MPa 增加到 71.2 MPa袁 接头抗拉强度平均值提高了10.1%遥3.2试验结果拟合图 3 为 GT16尧GT18尧GT20 试件的接头抗拉强度与灌浆料抗压强度的拟合曲线遥图 2分段函数拟合结果Figure 2Piecewise function fitting results表 2接头抗拉强度试验结果Table 2Tensile strength test results of joints0102030龄期/d1.21.00.80.60.40.20实测强度拟合强度y=f28渊0.130 7x+0.074 4冤y=f28渊0.012 9x+0.648 3冤R2=0.983 2R2=0.958 1装配式混凝土结构套筒灌浆料强度试验研究赵建华袁凌良建袁万里袁等77-图 3GT16尧GT18尧GT20 试件的接头抗拉强度与灌浆料抗压强度的拟合曲线Figure 3Fitting curve of tensile strength of grouting sleeve joint and compressive strength of grouting material for GT16尧GT18 and GT20 specimen由图 3 可知袁GT16尧GT18尧GT20 试件的接头抗拉强度随着灌浆料抗压强度的增大而提高袁拟合曲线呈现一定的规律性袁且 R2均能达到0.8 以上袁说明采用最小二乘法拟合的曲线可以很好地反映出接头抗拉强度与灌浆料抗压强度之间的关系18遥根据 JGJ 355要2015 的规定袁 接头的抗拉强度需满足下列规定院淤套筒灌浆连接接头的抗拉强度不应小于连接接头抗拉强度标准值袁且破坏时应断于接头外钢筋渊本文试验所用接头抗拉强度标准值为 540 MPa冤曰于灌浆套筒连接接头的屈服强度不应小于连接钢筋屈服强度标准值渊本文试验所用钢筋屈服强度标准值为 400 MPa冤曰盂灌浆套筒连接接头抗拉试验加载时袁当接头拉力达到连接钢筋抗拉荷载标准值的 1.15 倍渊相当于本文试验所用接头抗拉强度 540 MPa 的 1.15 倍袁即 621 MPa冤 而未发生破坏时袁应判为抗拉强度合格袁可停止试验19遥当钢筋的抗拉强度大于 621 MPa 时袁GT16尧GT18尧GT20 试件的接头无论钢筋是否断裂或者拔出袁其抗拉强度均满足标准要求遥相应灌浆料最低抗压强度值 渊灌浆料强度阀值冤可根据图 3 中的拟合公式计算得到袁其值分别为 56.3尧58.9尧64.7 MPa遥随着钢筋直径的增大袁GT16尧GT18尧GT20 试件相应的灌浆料最小抗压强度理论值也随之提高20遥以 GT16尧GT18 试件为例袁对于同工艺尧同材料的钢筋及同配比尧同材料的灌浆料袁当钢筋直径由 16 mm增大至 18 mm 时,钢筋表面与灌浆料接触面积增大了 12.5%左右袁钢筋与灌浆料表面产生的黏附力尧灌浆料握裹钢筋产生的表面摩擦力以及钢筋横肋与灌浆料之间的机械咬合力也有所提高袁但对于同一强度等级的灌浆料袁钢筋直径由 16 mm 变成 18 mm时袁其抗拉强度需提高 26.6%左右遥 因此袁为保证灌浆套筒接头的力学性能袁灌浆料的抗压强度阈值也会随钢筋直径的增大而提高20-23遥4结论渊1冤基于研究灌浆料抗压强度与养护龄期的对应关系袁提出了采用分段方式拟合灌浆料抗压强度预测增长曲线袁为灌浆料抗压强度的预测给出了理论依据遥渊2冤灌浆料的最小抗压强度值随着套筒规格的增大而提高遥 GT16 试件灌浆料的最小抗压强度值为56.3 MPa袁GT18 套筒的灌浆料的最小抗压强度值为58.9 MPa袁GT20 套筒的最小抗压强度值为 64.7 MPa袁可为相关工程的灌浆料强度选用提供参考遥参考文献院1 王东辉,柳旭东,刘英亮.水泥灌浆料套筒连接接头拉伸极限承载力试验研究J.建筑结构,2015(6):21-23.2 余琼,许雪静.带肋钢筋与灌浆料黏结性能试验J.哈尔滨工业大学报,2017,49(12):91-101.3 吴元,王凯,杨晓婿,等援水泥基灌浆料基本力学性能试验研究J.建筑结构,2014,44(19):95-98.4 朱文运,赵建华,杨放,等.灌浆料强度对灌浆套筒连接接头力学性能影响分析J.工程质量,2020,38(12):28-31.5 李向民,高润东,许清风,等.灌浆缺陷对钢筋套筒灌浆连接接头强度影响的试验研究J.建筑结构,2018,48(7):52原56.6 张言,刘泽帆,叶峰.新型 FRP 灌浆套筒预制拼装技术研究J.四川建筑,2015,35(6):176-179.7 郑永峰.GDPS 灌浆套筒钢筋连接技术研究D.南京:东南大学,2016.8 国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.水泥胶砂强度检验方法渊ISO 法冤:GB/T 17671要2021S.北京:中国标准出版社,2022.9 张丽华,刘洋,刘敏敏,等.钢筋套筒灌浆接头抗拉性能影响因素试验研究J.安全与环境学报,2020(4):463-472.10 智良,吴照学援装配式结构用离强套筒灌浆料性能试验研究J.混凝土与水泥制品,2015(2):65-68.11 吴小宝,林峰,王涛.龄期和钢筋种类对钢筋与套筒灌浆连6406306206106005905803040506070灌浆料抗压强度/MPa实测强度拟合强度6406206005805603040506070灌浆料抗压强度/MPa实测强度拟合强度640620600580304050607080灌浆料抗压强度/MPa实测强度拟合强度渊a冤GT16渊b冤GT18渊c冤GT20y=80.798ln渊x冤+295.3R2=0.816 6y=96.005ln渊x冤+229.6R2=0.867 5y=64.837ln渊x冤+350.6R2=0.856 8圆园23 年第 9 期混凝土与水泥制品总第 329 期78-自动抹面提升效果仅需 1 人操作设备可节约 5 人劳动力每座梁需 0.5 h效率提高 100%平整度误差依渊12冤mm自动抹面的质量不管是从视觉上袁还是实际测量上均优于人工抹面项目传统人工抹面劳动力需 6 人作业效率每座梁需 1.0 h误差平整度误差依渊35冤mm表 3自动抹与人工工艺效果对比表Table 3Comparison of the effect of automated smoothing andmanual process接受力性能影响的试验研究J.建筑结构,2013(14):77-82.12 中华人民共和国住房和城乡建设部.装配式混凝土结构技术规程:JGJ 1要2014 S.北京:中国建筑工业出版社,2014.13 中华人民共和国市场监督管理总局,中华人民共和国标准化管理委员会.金属材料拉伸试验第 1 部分:室温试验方法:GB/T 228.1要2021S.北京:中国标准出版社,2022.14 熊杨,李俊华,孙彬,等.装配式建筑套筒灌浆料强度及影响因素 J.建筑材料学报,2019,22(2):110-115.15 俞锋,朱华援早强微膨胀水泥基灌浆料的性能研究J.混凝土与水泥制品,2012(11):6-9.16 张帆.钢筋与套筒约束灌浆料粘结滑移性能试验研究D长沙:湖南大学,2020.17 郑清林.灌浆缺陷对套筒连接接头和构件性能影响的研究D北京:中国建筑科学研究院,2018.18 黄小坤,田春雨.预制装配式混凝土结构研究J.住宅产业,2010(9):28-32.19 中华人民共和国住房和城乡建设部.钢筋与套筒灌浆连接应用技术规程:JGJ 355要2015.北京:中国建筑工业出版社,2015,20 谷凡,石雅男,赵唯坚.钢筋套筒灌浆连接部件的拉拔性能研究J.建筑与预算,2017(4):34-37.21 孙志远,陈权,夏文传,等.钢筋上焊接锚固板半灌浆套筒力学性能有限元分析J.混凝土与水泥制品,2022(10):74-77.22 张文豪.装配式剪力墙套筒灌浆连接灌浆过程研究D.合肥:安徽建筑大学,2022.23 杜永峰,张天允,李虎.套筒内锈蚀钢筋与灌浆料黏结性能试验研究J.湖南大学学报(自然科学版),2022,49(3):90-100.收稿日期院2023-05-20第一作者院赵建华渊1965要冤袁男袁研究员级高级工程师遥通信地址院 江苏省南京市建邺区安国村 62 号南京市建筑工程质量安全检测中心联系电话院13675167878E-mail院zjh_由表 3 可知院自动抹面设备比人工抹面具有显著优势遥4结论渊1冤在预制混凝土箱梁生产过程中袁自动抹面设备的研发可以替代人工抹面工艺遥 在节省劳动力尧节省时间尧提高质量等方面袁自动抹面设备均具有较显著的优势遥渊2冤工程测试结果表明袁采用本文开发的预制混凝土箱梁顶板自动抹面装置生产的产品具有较高的平整度尧光滑度和密实度袁还可以实现对预制混凝土箱梁的自适应早期养护遥渊3冤自动抹面装置的开发和改进具有重要的工程意义和市场前景袁不仅可以提高预制混凝土箱梁生产的自动化和智能化水平袁减少对技术工人的依赖袁提高企业的生产能力和水平袁还可保证相关桥梁工程的质量遥参考文献院1 曹妍,王芮文,谢国春,等.集中预制箱梁智能数控装配线施工工法J.黑龙江交通科技,2023,46(2):92-94.2 王晓玲,王栋,任炳昱,等.高拱坝混凝土振捣机器人系统研发及应用J.水利学报,2022,53(6):631-643,654.3 丁凯悦.预制混凝土布料机数控技术研究D.石家庄:石家庄铁道大学,2019.4 周强.基于可扩展组合式预制构件数字化生产线的生产基地建设J.建筑施工,2021,43(5):958-961.5 王永,张书起.桁架式自行抹面机在南水北调渠道衬砌工程中的应用J.南水北调与水利科技,2009,7(6):323-326,366.6 曾勇,江东,刘山洪.不同养护组合对连续刚构箱梁混凝土早期温度场的影响研究J.混凝土,2021(6):124-128.收稿日期院2023-08-16第一作者院蒋涛涛渊1999要冤,男,硕士研究生遥通信作者院田正宏渊1966要冤袁男袁教授遥联系电话院18651863760E-mail院zh-渊上接第 57 页冤装配式混凝土结构套筒灌浆料强度试验研究赵建华袁凌良建袁万里袁等79-