預(yù)制構(gòu)件鋼筋連接用灌漿套筒、灌漿材料及應(yīng)用(上)

  1 引言

  近幾年，我國的建筑工業(yè)化發(fā)展迅速，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)建筑已在城市住宅建設(shè)中盡顯優(yōu)勢，施工環(huán)保、建造周期短的特點也為城市減少環(huán)境污染和大氣霧霾做出了貢獻(xiàn)。隨著裝配式混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用的發(fā)展，一些地方級設(shè)計、施工標(biāo)準(zhǔn)相繼出臺，相關(guān)產(chǎn)品國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)頒布實施，業(yè)內(nèi)期盼已久的住建部國家行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)—《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》JGJ1-2014已正式批準(zhǔn)發(fā)布（2014年10月1日起開始實施），裝配式混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用即將進入高速發(fā)展階段。預(yù)制構(gòu)件的受力鋼筋的連接技術(shù)是直接影響裝配式混凝土結(jié)構(gòu)安全度的關(guān)鍵，早已成為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的關(guān)注焦點之一，而鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是國內(nèi)外公認(rèn)的一種最成熟、可靠的解決方案，必將在我國的工業(yè)化建筑中得到廣泛的應(yīng)用。

  以下結(jié)合我單位（北京建茂）在鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用的經(jīng)驗，以及國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，就預(yù)制構(gòu)件鋼筋套筒灌漿連接件、材料及應(yīng)用等內(nèi)容進行一些介紹，并以此與PC技術(shù)專家和行業(yè)同仁們相互交流和學(xué)習(xí)。

  2 鋼筋灌漿連接接頭與應(yīng)用

  2.1 灌漿連接技術(shù)原理及接頭結(jié)構(gòu)形式

  鋼筋套筒灌漿連接接頭由帶肋鋼筋、灌漿套筒和專用灌漿料所組成。

  連接技術(shù)原理是：連接鋼筋插入套筒后，將專用灌漿料灌入套筒，充滿套筒與鋼筋之間的間隙，灌漿料硬化后與鋼筋橫肋和套筒內(nèi)壁形成緊密嚙合，并在鋼筋和套筒之間有效傳力，即將兩根鋼筋連接在一起。

  本文中的灌漿料專指水泥基灌漿料，而采用灌注熔融金屬材料的套筒灌漿連接，稱為熔融金屬灌漿接頭，不在本文討論范圍。

  按鋼筋與連接套筒相連接方式的不同，分為全灌漿和半灌漿兩種接頭。

  全灌漿接頭是一種傳統(tǒng)的灌漿連接形式，連接套筒與兩端的鋼筋均采用灌漿連接方式，兩端的鋼筋均須為帶肋鋼筋，接頭結(jié)構(gòu)如圖1a所示。

  半灌漿接頭是一種較新的灌漿連接形式，連接套筒與一端鋼筋采用灌漿連接方式連接，而另一端采用機械連接方式連接，目前已有應(yīng)用的機械連接方式是直螺紋連接和錐螺紋連接，接頭結(jié)構(gòu)如圖1b所示。

  圖1   灌漿接頭結(jié)構(gòu)示意圖

  2.2 接頭在混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)用

  鋼筋套筒灌漿接頭允許應(yīng)用在以下混凝土結(jié)構(gòu)部位：

  1）預(yù)制柱、預(yù)制剪力墻的豎向鋼筋連接處。可采用半灌漿接頭或全灌漿接頭。

  2）預(yù)制疊合梁下部連接處后澆段的縱向鋼筋連接處。采用全灌漿接頭。

  由于預(yù)制構(gòu)件的連接鋼筋接頭不得不在同一截面布置，因此在《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》JGJ1-2014中明確規(guī)定，采用套筒灌漿連接的縱向鋼筋，其接頭應(yīng)滿足現(xiàn)行國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》JGJ107中的Ⅰ級接頭的性能要求。

  接頭是否達(dá)到Ⅰ級接頭的性能要求，通過JGJ107規(guī)定的接頭型式檢驗進行判定，其內(nèi)容包括：單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓和大變形反復(fù)拉壓3項試驗，對接頭的變形性能和抗拉強度進行檢測，各項均達(dá)到Ⅰ級接頭性能指標(biāo)的接頭，方可判為Ⅰ級接頭。不同規(guī)格鋼筋的套筒灌漿連接接頭要分別進行型式檢驗。接頭型式檢驗性能指標(biāo)見表1。

  3 鋼筋連接用灌漿套筒

  3.1 套筒結(jié)構(gòu)形式

  國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鋼筋連接用灌漿套筒》JG/T398-2012將灌漿套筒按加工方式分為鑄造灌漿套筒和機械加工灌漿套筒，按結(jié)構(gòu)形式分為全灌漿套筒和半灌漿套筒，見圖2。

  L：灌漿套筒總長；L0：錨固長度；L1：預(yù)制端預(yù)留鋼筋安裝調(diào)整長度；L2：現(xiàn)場裝配端預(yù)留鋼筋安裝調(diào)整長度

  T：灌漿套筒壁厚；d：灌漿套筒外徑；D：內(nèi)螺紋的公稱直徑；D1：螺紋的基本小徑；

  D2：半灌漿套筒螺紋端與灌漿端連接處的通孔直徑；D3：灌漿套筒錨固段環(huán)形突起部分的內(nèi)徑

  圖2   灌漿套筒結(jié)構(gòu)示意圖

  3.2  JG/T398的一般規(guī)定

  為保證套筒橫截面的承載能力，全灌漿套筒的中部、半灌漿套筒的排漿孔位置計入最大負(fù)公差后的屈服承載力和抗拉承載力的設(shè)計應(yīng)符合JGJ 107的規(guī)定。

  為保證套筒內(nèi)灌漿料對鋼筋的錨固能力，灌漿套筒灌漿連接端鋼筋錨固長度L0不宜小于8倍鋼筋直徑。

  為保證鋼筋安裝在套筒內(nèi)的長度L在其允許偏差范圍內(nèi)時，套筒內(nèi)鋼筋長度最短不小于接頭型式檢驗確定的錨固長度，最長不大于套筒灌漿腔最大深度，灌漿套筒中間軸向定位點兩側(cè)應(yīng)預(yù)留鋼筋安裝調(diào)整長度，預(yù)制端L1不應(yīng)小于10mm，現(xiàn)場裝配端L2不應(yīng)小于20mm。

  為保證套筒灌漿腔對灌漿料的錨固能力，腔內(nèi)設(shè)置的剪力槽的數(shù)量應(yīng)符合表2的規(guī)定；剪力槽兩側(cè)凸臺軸向厚度不應(yīng)小于2mm。

  表2 灌漿套筒單側(cè)灌漿腔內(nèi)剪力槽數(shù)量

  灌漿套筒采用鑄造工藝制造時宜選用球墨鑄鐵，采用機械加工工藝制造時宜選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼或其它經(jīng)過接頭型式檢驗確定符合要求的鋼材。采用球墨鑄鐵制造的灌漿套筒，材料應(yīng)符合GB/T 1348的規(guī)定，其材料性能尚應(yīng)符合表3的規(guī)定。采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼加工的灌漿套筒，其材料的機械性能應(yīng)符合GB/T 699、GB/T 8162、GB/T 1591和GB/T 3077的規(guī)定，同時應(yīng)符合表3的規(guī)定。

  表3灌漿套筒的材料性能要求

  3.4 套筒尺寸偏差

  《鋼筋連接用灌漿套筒》JG/T398對灌漿套筒的尺寸偏差的主要規(guī)定見表4。

  表4 灌漿套筒尺寸偏差表

  3.5 套筒外觀質(zhì)量

  《鋼筋連接用灌漿套筒》JG/T398對灌漿套筒外觀質(zhì)量要求為：

  采用鑄造工藝加工的灌漿套筒內(nèi)外表面不應(yīng)有影響使用性能的夾渣、冷隔、砂眼、縮孔、裂紋等質(zhì)量缺陷。采用機械加工工藝加工的灌漿套筒表面不得有裂紋或影響接頭性能的其它缺陷；灌漿套筒端面和外表面的邊棱處應(yīng)無尖棱、毛刺。

  3.6 套筒力學(xué)性能

  《鋼筋連接用灌漿套筒》JG/T398要求灌漿套筒應(yīng)與灌漿料匹配使用,采用灌漿套筒連接鋼筋接頭的抗拉強度應(yīng)符合JGJ107中Ⅰ級接頭的規(guī)定。

  3.7  JM灌漿套筒

  北京思達(dá)建茂JM灌漿套筒產(chǎn)品包括：預(yù)制剪力墻和預(yù)制柱豎向鋼筋連接用CT系列灌漿直螺紋套筒（半灌漿套筒），預(yù)制疊合梁水平鋼筋連接用CTH系列全灌漿套筒。

  CT系列灌漿直螺紋套筒和CTH系列灌漿套筒的特點是：

  1）套筒材料全部采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼材料，強度高、韌性好、性能穩(wěn)定；2）套筒內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用高精度數(shù)控機床加工，尺寸精確、可靠度高；3）套筒采用北京建茂獲國家發(fā)明專利的技術(shù)成果：多段、雙斜面剪力槽灌漿腔結(jié)構(gòu)，見圖3，套筒外形尺寸縮到了最小，優(yōu)于國外灌漿套筒產(chǎn)品。

  圖3   CT系列灌漿套筒結(jié)構(gòu)示意圖