淺析影響植筋質(zhì)量的因素

劉云森

（中交上海航道局有限公司，上海 200120）

0 引言

植筋是通過粘結(jié)劑將鋼筋種植于混凝土基材的一種后錨固連接方法［1］。在工程建設(shè)中，經(jīng)常需要對已有建筑物進(jìn)行加固改造，或偶爾有遺漏的構(gòu)件需要后補(bǔ)，如果破壞原結(jié)構(gòu)對新舊鋼筋進(jìn)行連接錨固，那么不僅對原結(jié)構(gòu)影響很大，而且耗時耗力，施工復(fù)雜。在這種情況下植筋技術(shù)施工方便、效果明顯等優(yōu)點(diǎn)便得到充分的顯現(xiàn)，使植筋技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。雖然植筋技術(shù)簡單易操作但施工質(zhì)量卻往往難以保障，經(jīng)常出現(xiàn)植筋錨固力達(dá)不到設(shè)計值的情況，既難以保證安全又影響施工。所以有必要對影響植筋質(zhì)量的因素進(jìn)行分析，找出施工中制約植筋質(zhì)量的主要因素，并在后續(xù)施工中加以調(diào)整以提高植筋質(zhì)量。本文主要的研究內(nèi)容為以施工現(xiàn)場已完成的植筋為試驗對象，進(jìn)行拉拔試驗，對試驗結(jié)果進(jìn)行分析，并找到影響植筋質(zhì)量的主要因素，以期能提高植筋的施工質(zhì)量。

1 主要施工工藝簡介及試驗方法

1.1 施工工藝簡介

植筋的施工流程如圖 1 所示。

圖1 植筋施工工藝流程圖

1）鉆孔。放線定位時定位要準(zhǔn)確，避免鉆孔時鉆到原結(jié)構(gòu)鋼筋，如果遇到鋼筋，要及時避開，確保不破壞原結(jié)構(gòu)。鉆孔的位置、深度、孔徑要滿足設(shè)計要求，鉆完后的孔壁應(yīng)完整，無裂紋、蜂窩等。

2）清孔。清孔是整個施工環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán)，因為鉆孔完成后孔內(nèi)殘留很多混凝土粉末和碎屑，直接關(guān)系到植筋的質(zhì)量。所以一定要把孔內(nèi)雜物清理干凈。用毛刷套上加長棒，伸至孔底，來回反復(fù)抽動，把灰塵、碎渣帶出，再用壓縮空氣，吹出孔內(nèi)浮塵。吹完后再用脫脂棉沾酒精或丙酮擦洗孔內(nèi)壁。但不能用水擦洗，因酒精和丙酮易揮發(fā)，水不易揮發(fā)。用水擦洗后孔內(nèi)不會很快干燥。另外清孔完成后要檢查孔深，只有孔深符合設(shè)計要求，才能進(jìn)行下一步施工。鉆孔清洗完成后要請監(jiān)理、業(yè)主等相關(guān)單位驗收，合格后方可注膠。

3）注膠。注膠是將粘結(jié)劑放入專用的手動注射器中，注膠時先將粘結(jié)劑出口處較稀的膠液排出不用，然后將前端的螺旋混合嘴伸入孔底，如長度不夠可用塑料管加長，然后扣動板機(jī)進(jìn)行注膠。為了使鋼筋植入后孔內(nèi)膠液飽滿，又不能使膠液外流，孔內(nèi)注膠達(dá)到 50 % 即可?？變?nèi)注滿膠后應(yīng)立即植筋操作。

4）插入鋼筋。植筋前要把鋼筋植入部分表面銹跡清除干凈，再用酒精或丙酮清洗，保證鋼筋表面不能有油漬等雜物。鉆孔內(nèi)注完膠后，把經(jīng)除銹處理過的鋼筋立即放入孔口，然后慢慢單向旋入，不可中途逆向反轉(zhuǎn)，直至鋼筋插入孔底［2］。

1.2 試驗方法

1）施工現(xiàn)場簡介。本工程結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，墻體拉結(jié)筋和構(gòu)造柱鋼筋采用植筋的方式和框架連接，拉結(jié)筋植筋規(guī)格選用 HPB300φ6，構(gòu)造柱植筋規(guī)格選用 HRB400φ12。由于第一次拉拔試驗檢測不合格，對之前已完工的植筋進(jìn)行了返工，后續(xù)施工嚴(yán)格按照施工工藝要求進(jìn)行。施工完成后對所有植筋進(jìn)行拉拔試驗，檢測改進(jìn)后的植筋質(zhì)量也為了分析找出影響植筋質(zhì)量的主要因素。此次檢測植筋共計 500 根，其中拉結(jié)筋鋼筋 312 根，構(gòu)造柱鋼筋 188 根。

2）試驗方法簡介。此次試驗選用的儀器為數(shù)字顯示式拉拔儀。儀器主要包括手動油泵、液壓油缸、智能數(shù)顯壓力表、高壓油管、錨具等。試驗方式采用非破損檢驗，加載方式采用連續(xù)加載方式。合格標(biāo)準(zhǔn)為：試樣在持荷期間，錨固件無滑移、基材混凝土無裂紋或其他局部損壞跡象出現(xiàn)，且加載裝置的荷載示值在 2 min 中內(nèi)無下降或下降幅度不超過 5 % 的檢驗荷載。植筋受拉承載力設(shè)計值按 JGJ 145－2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》6.3.1-2 公式取值如式（1）所示。

2 試驗結(jié)果

按照以上試驗方法對現(xiàn)場 500 根植筋進(jìn)行拉拔試驗，其中 HPB 300φ6 拉結(jié)筋鋼筋 312 根，HRB 400φ12構(gòu)造柱鋼筋 188 根。試驗結(jié)果如表 1 所示。

表1 拉拔試驗結(jié)果

其中 22 根不合格植筋，對這 22 根植筋不合格因素進(jìn)行初步分析，其中由于錨固深度不夠?qū)е沦|(zhì)量不合格的植筋有 5 根，其中拉結(jié)筋植筋有 3 根，構(gòu)造柱植筋有 2 根；由于清孔不干凈導(dǎo)致基材粘結(jié)力不夠等因素導(dǎo)致不合格的植筋占 17 根，其中拉結(jié)筋有 10 根，構(gòu)造柱植筋有 7 根。具體分布如表 2 所示，不合格植筋的試驗數(shù)值如表 3 所示。

表2 不合格植筋分布表 根

表3 不合格植筋錨固承載力數(shù)值 kN

根據(jù)以上試驗數(shù)據(jù)可得出以下結(jié)果：①此次植筋的施工質(zhì)量總體是合格的，滿足規(guī)范要求；②構(gòu)造柱植筋比拉結(jié)筋植筋不合格率高，且實(shí)測值較設(shè)計值有較大差距；③基材粘結(jié)力不夠?qū)χ步钯|(zhì)量影響大。

3 植筋破壞方式及影響植筋質(zhì)量的因素

3.1 植筋破壞方式

植筋是用有機(jī)或無機(jī)粘結(jié)劑將鋼筋種植于混凝土基材的一種后錨固連接方式。一般情況下植筋只考慮承受軸向力作用，植筋的錨固承載力通過鋼筋和粘結(jié)劑傳向混凝土基材。所以錨固力的大小直接與鋼筋和粘結(jié)劑的粘結(jié)程度、粘結(jié)劑和基材的粘結(jié)程度有關(guān)。

植筋的破壞模式分為混凝土基材破壞和鋼筋整體拔出破壞。此次重點(diǎn)討論植筋的錨固承載力達(dá)到極限時的破壞模式。植筋承載力達(dá)到極限承載力時的破壞模式細(xì)分為以下 3 種：第一種模式是鋼筋沿膠混界面拔出，這種情況的破壞是鋼筋與粘結(jié)劑結(jié)合足夠牢固，粘結(jié)劑與混凝土基材之間結(jié)合不夠牢固，首先發(fā)生破壞；第二種模式是鋼筋沿膠界面拔出，這種情況的破壞是粘結(jié)劑與混凝土基材之間的結(jié)合足夠牢固，粘結(jié)劑與鋼筋之間的結(jié)合不夠牢固，植筋承受的軸向力超過二者之間的粘結(jié)強(qiáng)度，發(fā)生破壞；第三種模式是鋼筋破壞也就是植筋承受的軸向力超過鋼筋的抗拉強(qiáng)度，鋼筋被拉壞，一般情況下鋼筋的抗拉強(qiáng)度大于植筋的錨固力，當(dāng)發(fā)生鋼筋破壞時更多的是鋼筋本身存在缺陷，使用的鋼筋為不合格品，或者設(shè)計不合理選用的鋼筋抗拉強(qiáng)度小于設(shè)計的植筋錨固力。破壞方式示意圖如圖 2 所示。

圖2 植筋示意圖及三種破壞模式

此次不合格的植筋中以第一種方式破壞的有 8 根，以第二種方式破壞的有 14 根，無第三種方式破壞。

3.2 影響植筋質(zhì)量的因素

根據(jù) JGJ 340－2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》6.2.7.2 公式，如式（2）所示。

式中：Nu為拉拔的破壞荷載，N；fb.c為鋼筋和混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，MPa；d0為鋼筋公稱直徑，mm；1b為鋼筋錨固深度，mm。

可知植筋的錨固承載力和鋼筋和混凝土粘結(jié)強(qiáng)度、鋼筋直徑、錨固深度有關(guān)。而粘結(jié)強(qiáng)度與基材干凈程度、鋼筋干凈程度、粘結(jié)劑種類有關(guān)。下面將結(jié)合試驗結(jié)果分別分析這些因素是如何影響植筋質(zhì)量的。

1）錨固深度。

錨固深度對植筋質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在鉆孔的深淺直接影響粘結(jié)劑的注漿深度和鋼筋的錨固深度。當(dāng)鉆孔深度較淺時，鋼筋與粘結(jié)劑的粘結(jié)長度、粘結(jié)劑與基材的粘結(jié)長度都不足，導(dǎo)致錨固力不足，鋼筋容易發(fā)生第一種破壞或第二種破壞。現(xiàn)場檢測不合格的 5 根植筋就是這種情況。因此在植筋施工時鉆孔深度一定要滿足規(guī)范和設(shè)計要求。根據(jù) JGJ 145－2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》的要求，對受拉鋼筋植筋的最小錨固長度為 0.3ls，10d，100 mm 三者之間的最大值（ls為基本錨固深度，d為鋼筋直徑）。

2）基材干凈程度和鋼筋干凈程度。

基材的干凈程度主要指基層表面應(yīng)堅實(shí)、平整，基層表面不應(yīng)有抹灰層、裝飾層。另外最重要的是鉆孔完成后，要對鉆孔進(jìn)行清理，徹底清理鉆孔里殘留的粉塵和碎屑。清孔這一步極為重要，如果清孔不到位或沒有清孔則粘結(jié)劑受鉆孔內(nèi)殘留的粉塵和碎屑影響無法與基材緊密接觸，粘結(jié)不到位，無法發(fā)揮粘結(jié)強(qiáng)度，導(dǎo)致鋼筋容易沿膠混界面拔出。

鋼筋的干凈程度主要指鋼筋使用前應(yīng)清除鋼筋表面的浮銹和污漬。這和清孔的目的一樣，都是保證粘結(jié)劑能粘結(jié)到位，發(fā)揮最大的粘結(jié)強(qiáng)度。如果鋼筋表面沒有清理干凈容易使鋼筋沿膠界面拔出。

以上兩種影響因素都著重強(qiáng)調(diào)材料表面的干凈程度對植筋質(zhì)量的影響。通過試驗結(jié)果就可以看出材料表面不干凈會對粘結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生很重要的影響，導(dǎo)致錨固力大幅度下降。這也是影響植筋質(zhì)量的主因，在粘結(jié)劑合格的前提下，如果能夠保證材料表面的干凈程度則粘結(jié)強(qiáng)度就有保證，則植筋的合格率將大幅提升。因此在施工過程中一定要注意材料表面的干凈程度。另外在施工中要注意天氣和環(huán)境的影響，避免潮濕、陰雨環(huán)境下施工，以使粘結(jié)劑能夠發(fā)揮最大的效力。

3）鋼筋直徑。

鋼筋的直徑與鋼筋的截面積直接相關(guān)。鋼筋直徑越大，鋼筋截面積越大。所以在錨固深度和粘結(jié)強(qiáng)度相同的情況下，鋼筋與粘結(jié)劑的接觸面積越大，則錨固力越大。對比 HPB300φ6和HRB400φ12 兩種型號鋼筋的錨固力就可以發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律，所以在其他條件相同的情況下，當(dāng)錨固力無法滿足要求，可以選用較粗的鋼筋以提供更大的錨固力。

HPB300φ6 和HRB400φ12 兩種型號鋼筋的錨固力設(shè)計值根據(jù) JGJ 145－2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》6.3.1-2 公式計算得 7.6 kN 和 40.7 kN。對比可以發(fā)現(xiàn)鋼筋牌號和規(guī)格的提升會導(dǎo)致錨固力設(shè)計值大幅度提升。根據(jù) JGT 340－2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》6.2.7.2 公式可知鋼筋直徑增大會導(dǎo)致錨固力增大，但鋼筋牌號的不同不會影響植筋的錨固力。這也是為什么構(gòu)造柱植筋比拉結(jié)筋植筋不合格率高的一個原因。

4）粘結(jié)劑。

粘結(jié)劑是使植入的鋼筋與基材粘結(jié)在一起的關(guān)鍵材料，是錨固力能不能達(dá)到要求的重要因素。所以粘結(jié)劑的選擇對植筋質(zhì)量的影響至為關(guān)鍵。此次施工選擇的粘結(jié)劑是滿足要求的，粘結(jié)力不足主要是由材料表面不干凈導(dǎo)致的，并不是粘結(jié)劑本身的問題。

粘結(jié)劑選擇時要考慮長期穩(wěn)定性、耐高溫、耐酸堿、抗氧化等諸多因素。目前市場上可供選擇的粘結(jié)劑種類、型號各異，性能也是不盡相同。盡管短期內(nèi)受力效果沒有太大差距，但性能的穩(wěn)定性和耐久性在數(shù)年后就會有非常明顯的差距。因此在選擇時一定要選擇正規(guī)廠家生產(chǎn)的、有完整質(zhì)保資料的粘結(jié)劑，另外要根據(jù)工程實(shí)際情況，注意粘結(jié)劑的各項參數(shù)及使用環(huán)境，確保選擇的粘結(jié)劑可以滿足施工要求。

4 結(jié)語

通過以上分析可知，影響植筋質(zhì)量的各個因素實(shí)際上影響的是鋼筋與粘結(jié)劑的粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)劑與基材的粘結(jié)強(qiáng)度。而這些因素就是施工過程中需要控制的關(guān)鍵點(diǎn)，在施工過程中如果能嚴(yán)格按照設(shè)計及規(guī)范要求施工，則影響植筋質(zhì)量的各項因素就能避免，植筋的質(zhì)量就能保證。Q