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(xué) 土木工程學(xué)院，南京 210186;2.南京工大建設(shè)工程技術(shù)有限公司，南京 210186)

灌漿連接鋼筋套筒是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中應(yīng)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(jié)合為一個(gè)整體[2]。這種連接可以使裝配式建筑實(shí)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(guān)鍵，其連接質(zhì)量直接影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性能和使用性能。作為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)，套筒灌漿連接主要用于連接結(jié)構(gòu)中重要部位豎向構(gòu)件的鋼筋。灌漿料強(qiáng)度是保證鋼筋套筒灌漿連接性能的關(guān)鍵因素，影響著裝配式結(jié)構(gòu)的承載能力和抗震性能。

近年來，隨著裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者對該連接技術(shù)進(jìn)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(qiáng)度的現(xiàn)場檢測還未引起研究人員的廣泛關(guān)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(jìn)行檢測，并獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制換算強(qiáng)度曲線，研究了加水量對灌漿料強(qiáng)度的影響，并分析了灌漿料的表面硬度和抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用北京思達(dá)建茂公司生產(chǎn)的CGMJM-VI(6)型高強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)JG/T 408-2013 《鋼筋連接用套筒灌漿料》 的要求，強(qiáng)度等級為85 MPa，水灰比均為12%。試驗(yàn)根據(jù)強(qiáng)度等級制作12組試件對[每組試件對包含1組(3個(gè))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(yàn)齡期的方式來實(shí)現(xiàn)灌漿料不同強(qiáng)度等級的覆蓋；擬采用2種不同的加水量來制作試件(標(biāo)準(zhǔn)加水量，標(biāo)準(zhǔn)加水量的120%)，試驗(yàn)齡期分別為3，7，14，28 d。兩種試件的試驗(yàn)條件如表1，2所示。

表1 棱柱體試件的試驗(yàn)條件

表2 圓柱體試件的數(shù)量

1.2 試驗(yàn)方法

目前，施工現(xiàn)場可以檢測灌漿料強(qiáng)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(qiáng)度的相關(guān)性，來推定灌漿料抗壓強(qiáng)度的方法。該方法無需設(shè)置預(yù)埋件，現(xiàn)場可隨機(jī)抽檢預(yù)制構(gòu)件，具有操作便捷、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、檢測效率高的特點(diǎn)。灌漿料是一種均質(zhì)材料，其表面硬度與抗壓強(qiáng)度可能存在關(guān)聯(lián)，采用表面硬度法檢測套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度具有較高的可行性[5]。

1.3 檢測儀器的選擇

試驗(yàn)采用時(shí)代TIME5300型里氏硬度計(jì)檢測試件的表面硬度。該款硬度計(jì)由主機(jī)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(jī)可配備7種不同沖擊裝置使用，更換時(shí)不需要校準(zhǔn)；可實(shí)現(xiàn)6種硬度單位間的相互轉(zhuǎn)換。

1.4 試件制作及養(yǎng)護(hù)

以兩種灌漿料與PVC(聚氯乙烯)管為原料制作標(biāo)準(zhǔn)試件，試驗(yàn)的灌漿料試件嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17671-1999 《水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)方法(ISO法)》的要求來制作，使用0～850 r·min-1的變速強(qiáng)制攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。攪拌時(shí)先將原料和水加入攪拌容器，開啟攪拌機(jī)，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(shí)間為45 min。攪拌完成后注入三聯(lián)模與PVC管進(jìn)行成型，脫模后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，灌漿料試件制作及養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場如圖1所示。

圖1 灌漿料試件制作及養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場

1.5 表面硬度檢測

硬度檢測前，應(yīng)先觀察檢測面的狀態(tài)，若檢測面濕度較大，待其風(fēng)干后再進(jìn)行檢測；若檢測面氣孔過多，則該試件作廢。檢測時(shí)，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(yàn)機(jī)兩承壓板之間，在壓力試驗(yàn)機(jī)的持壓約束下對PVC管試件內(nèi)的檢測面進(jìn)行檢測；每個(gè)檢測面檢測4個(gè)點(diǎn)，4根PVC管試件為一組，共計(jì)16個(gè)點(diǎn)，任意兩測點(diǎn)的中心距離不應(yīng)小于3 mm，任一測點(diǎn)的中心距邊緣的距離不應(yīng)小于3 mm。

1.6 抗壓強(qiáng)度檢測

將已進(jìn)行里氏硬度檢測的灌漿料標(biāo)準(zhǔn)試件放在水泥試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗折，得到A，B兩段試件，分別對這兩段試件進(jìn)行抗壓檢測，記錄其抗壓強(qiáng)度，即每段抗壓強(qiáng)度與該段的16個(gè)硬度值對應(yīng)；一組試件的抗壓強(qiáng)度平均值與4根PVC管的16個(gè)硬度值對應(yīng)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 棱柱體試件

去掉每段試件16個(gè)里氏硬度值中的3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，取剩余10個(gè)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(shí)測抗壓強(qiáng)度為fc。

將數(shù)據(jù)匯總并繪制散點(diǎn)圖，利用最小二乘法進(jìn)行回歸分析。材料二棱柱體試件的硬度-強(qiáng)度結(jié)果如表3所示，其標(biāo)準(zhǔn)加水量的強(qiáng)度-硬度關(guān)系散點(diǎn)圖如圖2所示，120%加水量的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖如圖3所示。由試驗(yàn)結(jié)果可知，材料二標(biāo)準(zhǔn)加水量試件的抗壓強(qiáng)度為24～76 MPa，里氏硬度為342～528 HL；當(dāng)硬度大于500 HL時(shí)，試件抗壓強(qiáng)度達(dá)到65 MPa。120%加水量的試樣抗壓強(qiáng)度為21.6～70.0 MPa，里氏硬度為337～510 HL，相較于標(biāo)準(zhǔn)加水量試件，其在相同時(shí)間內(nèi)測得的抗壓強(qiáng)度更低，但硬度相差不大。

表3 材料二棱柱體試件的硬度-強(qiáng)度結(jié)果

圖2 材料二標(biāo)準(zhǔn)加水量棱柱體試件的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖

圖3 材料二120%加水量棱柱體試件的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖

材料一棱柱體試件硬度-強(qiáng)度結(jié)果如表4所示，其標(biāo)準(zhǔn)加水量的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖如圖4所示，120%加水量的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖如圖5所示。由試驗(yàn)結(jié)果可知，材料一標(biāo)準(zhǔn)加水量試樣的抗壓強(qiáng)度為38～80MPa，里氏硬度為345～528 HL。當(dāng)硬度大于500 HL時(shí)，試件抗壓強(qiáng)度達(dá)到68 MPa。120%加水量試樣的抗壓強(qiáng)度為26～73 MPa，里氏硬度為335～520 HL；相較于標(biāo)準(zhǔn)加水量試件，其在相同時(shí)間內(nèi)測得的抗壓強(qiáng)度更低，但硬度相差不大。

圖4 材料一標(biāo)準(zhǔn)加水量棱柱體試件的硬度-強(qiáng)度關(guān)系曲線

圖5 材料一120%加水量棱柱體試件的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖

表4 材料一棱柱體試件的硬度-強(qiáng)度結(jié)果

2.2 圓柱體管試件

采用TIME5300型里氏硬度計(jì)對PVC管內(nèi)的灌漿料表面硬度進(jìn)行檢測，每根4個(gè)測點(diǎn)，4根PVC管試件為一組，共計(jì)16個(gè)測點(diǎn)，同樣去掉硬度測量值的3個(gè)最大值和3個(gè)最小值,取剩余10個(gè)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(diǎn)圖，利用最小二乘法進(jìn)行回歸分析。

材料一圓柱體管試件的硬度-強(qiáng)度結(jié)果如表5所示，其標(biāo)準(zhǔn)加水量試件的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖如圖6所示，120%加水量試件的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖如圖7所示。由試驗(yàn)結(jié)果可知，材料一標(biāo)準(zhǔn)加水量圓柱體管試件的抗壓強(qiáng)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(qiáng)度為30～67 MPa，里氏硬度為352～490 HL。

圖6 材料一標(biāo)準(zhǔn)加水量PVC管的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖

表5 材料一圓柱體管試件的硬度-強(qiáng)度結(jié)果

圖7 材料一120%加水量PVC管的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖

材料二圓柱體管試件的硬度-強(qiáng)度結(jié)果如表6所示，其標(biāo)準(zhǔn)加水量試件的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖如圖8所示，120%加水量試件的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖如圖9所示。由試驗(yàn)結(jié)果可知，材料二標(biāo)準(zhǔn)加水量圓柱體管試件的抗壓強(qiáng)度為30～72 MPa，里氏硬度為345～495 HL；120%加水量試件的抗壓強(qiáng)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(qiáng)度結(jié)果

圖8 材料二標(biāo)準(zhǔn)加水量PVC管的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖

圖9 材料二120%加水量PVC管的硬度-強(qiáng)度關(guān)系散點(diǎn)圖

3 結(jié)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(qiáng)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(qiáng)度呈正相關(guān)。