灌漿節(jié)點灌漿料強度的現(xiàn)場檢測

朱許凡,董藝文,周勇昊,陳韻如,劉冰津,張瑩穎,萬 里,繆漢良，2

(1.南京工業(yè)大學 土木工程學院，南京 210186;2.南京工大建設工程技術有限公司，南京 210186)

灌漿連接鋼筋套筒是裝配式混凝土結構中應用最廣、最為可靠的鋼筋連接方式[1]，其原理是將套筒灌漿料灌入兩端插有鋼筋的套筒中，使套筒和被連接鋼筋牢固地結合為一個整體[2]。這種連接可以使裝配式建筑實現(xiàn)“等同現(xiàn)澆”的性能[3]。因此，套筒灌漿料的性能是保證鋼筋連接可靠性的關鍵，其連接質量直接影響著整個結構的安全性能和使用性能。作為裝配式混凝土結構的關鍵技術，套筒灌漿連接主要用于連接結構中重要部位豎向構件的鋼筋。灌漿料強度是保證鋼筋套筒灌漿連接性能的關鍵因素，影響著裝配式結構的承載能力和抗震性能。

近年來，隨著裝配式混凝土結構的推廣應用，國內(nèi)外學者對該連接技術進行了大量的研究[4],但套筒灌漿飽滿度的檢測問題仍未得到有效解決，灌漿料強度的現(xiàn)場檢測還未引起研究人員的廣泛關注。文章針對兩種品牌不同加水量的灌漿料試件，采用表面硬度法對其進行檢測，并獲取數(shù)據(jù)進行處理，繪制換算強度曲線，研究了加水量對灌漿料強度的影響，并分析了灌漿料的表面硬度和抗壓強度的相關性。

1 試驗概況

1.1 試件設計

試驗采用北京思達建茂公司生產(chǎn)的CGMJM-VI(6)型高強灌漿料(簡稱材料一)和南京天亞新材料有限公司生產(chǎn)的HL型鋼筋連接用套筒灌漿料(簡稱材料二)，兩種灌漿料均符合現(xiàn)行行業(yè)標準JG/T 408-2013 《鋼筋連接用套筒灌漿料》 的要求，強度等級為85 MPa，水灰比均為12%。試驗根據(jù)強度等級制作12組試件對[每組試件對包含1組(3個)棱柱體試件和1組(4根)圓柱體管試件]，通過調(diào)整灌漿料組分、控制加水量和控制試驗齡期的方式來實現(xiàn)灌漿料不同強度等級的覆蓋；擬采用2種不同的加水量來制作試件(標準加水量，標準加水量的120%)，試驗齡期分別為3，7，14，28 d。兩種試件的試驗條件如表1，2所示。

表1 棱柱體試件的試驗條件

表2 圓柱體試件的數(shù)量

1.2 試驗方法

目前，施工現(xiàn)場可以檢測灌漿料強度的方法有很多，如鉆芯法、壓入法、表面硬度法等，表面硬度法是通過檢測灌漿孔道或出漿孔道內(nèi)灌漿料外端面的硬度，根據(jù)表面硬度與抗壓強度的相關性，來推定灌漿料抗壓強度的方法。該方法無需設置預埋件，現(xiàn)場可隨機抽檢預制構件，具有操作便捷、經(jīng)濟實用、檢測效率高的特點。灌漿料是一種均質材料，其表面硬度與抗壓強度可能存在關聯(lián)，采用表面硬度法檢測套筒灌漿料抗壓強度具有較高的可行性[5]。

1.3 檢測儀器的選擇

試驗采用時代TIME5300型里氏硬度計檢測試件的表面硬度。該款硬度計由主機和D型沖擊裝置組成，檢測范圍為170 HL～960 HL，示值誤差小于6 HL，操作簡單方便，主機可配備7種不同沖擊裝置使用，更換時不需要校準；可實現(xiàn)6種硬度單位間的相互轉換。

1.4 試件制作及養(yǎng)護

以兩種灌漿料與PVC(聚氯乙烯)管為原料制作標準試件，試驗的灌漿料試件嚴格按照標準GB/T 17671-1999 《水泥膠砂強度試驗方法(ISO法)》的要求來制作，使用0～850 r·min-1的變速強制攪拌機進行攪拌。攪拌時先將原料和水加入攪拌容器，開啟攪拌機，邊攪拌邊加入80%的灌漿料原料，大致攪拌均勻后再加入剩余原料繼續(xù)攪拌直至均勻，總攪拌時間為45 min。攪拌完成后注入三聯(lián)模與PVC管進行成型，脫模后在標準養(yǎng)護條件下進行養(yǎng)護，灌漿料試件制作及養(yǎng)護現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 灌漿料試件制作及養(yǎng)護現(xiàn)場

1.5 表面硬度檢測

硬度檢測前，應先觀察檢測面的狀態(tài)，若檢測面濕度較大，待其風干后再進行檢測；若檢測面氣孔過多，則該試件作廢。檢測時，首先用鋼夾具夾持住PVC管試件，隨后將夾持有PVC管試件的鋼夾具放置在壓力試驗機兩承壓板之間，在壓力試驗機的持壓約束下對PVC管試件內(nèi)的檢測面進行檢測；每個檢測面檢測4個點，4根PVC管試件為一組，共計16個點，任意兩測點的中心距離不應小于3 mm，任一測點的中心距邊緣的距離不應小于3 mm。

1.6 抗壓強度檢測

將已進行里氏硬度檢測的灌漿料標準試件放在水泥試驗機上進行抗折，得到A，B兩段試件，分別對這兩段試件進行抗壓檢測，記錄其抗壓強度，即每段抗壓強度與該段的16個硬度值對應；一組試件的抗壓強度平均值與4根PVC管的16個硬度值對應。

2 試驗結果及分析

2.1 棱柱體試件

去掉每段試件16個里氏硬度值中的3個最大值和3個最小值，取剩余10個值的平均值Hm作為該段試件表面硬度代表值，該段試件的實測抗壓強度為fc。

將數(shù)據(jù)匯總并繪制散點圖，利用最小二乘法進行回歸分析。材料二棱柱體試件的硬度-強度結果如表3所示，其標準加水量的強度-硬度關系散點圖如圖2所示，120%加水量的硬度-強度關系散點圖如圖3所示。由試驗結果可知，材料二標準加水量試件的抗壓強度為24～76 MPa，里氏硬度為342～528 HL；當硬度大于500 HL時，試件抗壓強度達到65 MPa。120%加水量的試樣抗壓強度為21.6～70.0 MPa，里氏硬度為337～510 HL，相較于標準加水量試件，其在相同時間內(nèi)測得的抗壓強度更低，但硬度相差不大。

表3 材料二棱柱體試件的硬度-強度結果

圖2 材料二標準加水量棱柱體試件的硬度-強度關系散點圖

圖3 材料二120%加水量棱柱體試件的硬度-強度關系散點圖

材料一棱柱體試件硬度-強度結果如表4所示，其標準加水量的硬度-強度關系散點圖如圖4所示，120%加水量的硬度-強度關系散點圖如圖5所示。由試驗結果可知，材料一標準加水量試樣的抗壓強度為38～80MPa，里氏硬度為345～528 HL。當硬度大于500 HL時，試件抗壓強度達到68 MPa。120%加水量試樣的抗壓強度為26～73 MPa，里氏硬度為335～520 HL；相較于標準加水量試件，其在相同時間內(nèi)測得的抗壓強度更低，但硬度相差不大。

圖4 材料一標準加水量棱柱體試件的硬度-強度關系曲線

圖5 材料一120%加水量棱柱體試件的硬度-強度關系散點圖

表4 材料一棱柱體試件的硬度-強度結果

2.2 圓柱體管試件

采用TIME5300型里氏硬度計對PVC管內(nèi)的灌漿料表面硬度進行檢測，每根4個測點，4根PVC管試件為一組，共計16個測點，同樣去掉硬度測量值的3個最大值和3個最小值,取剩余10個值的平均值作為該組試件表面硬度的代表值。匯總數(shù)據(jù)并繪制散點圖，利用最小二乘法進行回歸分析。

材料一圓柱體管試件的硬度-強度結果如表5所示，其標準加水量試件的硬度-強度關系散點圖如圖6所示，120%加水量試件的硬度-強度關系散點圖如圖7所示。由試驗結果可知，材料一標準加水量圓柱體管試件的抗壓強度為37～76 MPa，里氏硬度為356～496 HL；120%加水量圓柱體管試樣的抗壓強度為30～67 MPa，里氏硬度為352～490 HL。

圖6 材料一標準加水量PVC管的硬度-強度關系散點圖

表5 材料一圓柱體管試件的硬度-強度結果

圖7 材料一120%加水量PVC管的硬度-強度關系散點圖

材料二圓柱體管試件的硬度-強度結果如表6所示，其標準加水量試件的硬度-強度關系散點圖如圖8所示，120%加水量試件的硬度-強度關系散點圖如圖9所示。由試驗結果可知，材料二標準加水量圓柱體管試件的抗壓強度為30～72 MPa，里氏硬度為345～495 HL；120%加水量試件的抗壓強度為27～64 MPa，里氏硬度為345～494 HL。

表6 材料二圓柱體管試件的硬度-強度結果

圖8 材料二標準加水量PVC管的硬度-強度關系散點圖

圖9 材料二120%加水量PVC管的硬度-強度關系散點圖

3 結論

(1) 在兩種灌漿料水灰比從12%增大到14.4%的過程中，灌漿料的抗壓強度隨著加水量的增大而減小，其表面硬度值的變化卻不大。

(2) 灌漿料表面硬度和抗壓強度呈正相關。