预制构件钢筋连接用灌浆套筒、灌浆材料及应用(上)

  1 引言

  近几年，我国的建筑工业化发展迅速，装配式混凝土结构建筑已在城市住宅建设中尽显优势，施工环保、建造周期短的特点也为城市减少环境污染和大气雾霾做出了贡献。随着装配式混凝土结构应用的发展，一些地方级设计、施工标准相继出台，相关产品国家行业标准陆续颁布实施，业内期盼已久的住建部国家行业技术标准—《装配式混凝土结构技术规范》JGJ1-2014已正式批准发布（2014年10月1日起开始实施），装配式混凝土结构应用即将进入高速发展阶段。预制构件的受力钢筋的连接技术是直接影响装配式混凝土结构安全度的关键，早已成为装配式混凝土结构相关产业的关注焦点之一，而钢筋套筒灌浆连接技术是国内外公认的一种最成熟、可靠的解决方案，必将在我国的工业化建筑中得到广泛的应用。

  以下结合我单位（北京建茂）在钢筋套筒灌浆连接技术和产品开发、应用的经验，以及国内相关标准规范的要求，就预制构件钢筋套筒灌浆连接件、材料及应用等内容进行一些介绍，并以此与PC技术专家和行业同仁们相互交流和学习。

  2 钢筋灌浆连接接头与应用

  2.1 灌浆连接技术原理及接头结构形式

  钢筋套筒灌浆连接接头由带肋钢筋、灌浆套筒和专用灌浆料所组成。

  连接技术原理是：连接钢筋插入套筒后，将专用灌浆料灌入套筒，充满套筒与钢筋之间的间隙，灌浆料硬化后与钢筋横肋和套筒内壁形成紧密啮合，并在钢筋和套筒之间有效传力，即将两根钢筋连接在一起。

  本文中的灌浆料专指水泥基灌浆料，而采用灌注熔融金属材料的套筒灌浆连接，称为熔融金属灌浆接头，不在本文讨论范围。

  按钢筋与连接套筒相连接方式的不同，分为全灌浆和半灌浆两种接头。

  全灌浆接头是一种传统的灌浆连接形式，连接套筒与两端的钢筋均采用灌浆连接方式，两端的钢筋均须为带肋钢筋，接头结构如图1a所示。

  半灌浆接头是一种较新的灌浆连接形式，连接套筒与一端钢筋采用灌浆连接方式连接，而另一端采用机械连接方式连接，目前已有应用的机械连接方式是直螺纹连接和锥螺纹连接，接头结构如图1b所示。

  图1   灌浆接头结构示意图

  2.2 接头在混凝土结构中应用

  钢筋套筒灌浆接头允许应用在以下混凝土结构部位：

  1）预制柱、预制剪力墙的竖向钢筋连接处。可采用半灌浆接头或全灌浆接头。

  2）预制叠合梁下部连接处后浇段的纵向钢筋连接处。采用全灌浆接头。

  由于预制构件的连接钢筋接头不得不在同一截面布置，因此在《装配式混凝土结构技术规范》JGJ1-2014中明确规定，采用套筒灌浆连接的纵向钢筋，其接头应满足现行国家行业标准《钢筋机械连接技术规程》JGJ107中的Ⅰ级接头的性能要求。

  接头是否达到Ⅰ级接头的性能要求，通过JGJ107规定的接头型式检验进行判定，其内容包括：单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压3项试验，对接头的变形性能和抗拉强度进行检测，各项均达到Ⅰ级接头性能指标的接头，方可判为Ⅰ级接头。不同规格钢筋的套筒灌浆连接接头要分别进行型式检验。接头型式检验性能指标见表1。

  3 钢筋连接用灌浆套筒

  3.1 套筒结构形式

  国家行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T398-2012将灌浆套筒按加工方式分为铸造灌浆套筒和机械加工灌浆套筒，按结构形式分为全灌浆套筒和半灌浆套筒，见图2。

  L：灌浆套筒总长；L0：锚固长度；L1：预制端预留钢筋安装调整长度；L2：现场装配端预留钢筋安装调整长度

  T：灌浆套筒壁厚；d：灌浆套筒外径；D：内螺纹的公称直径；D1：螺纹的基本小径；

  D2：半灌浆套筒螺纹端与灌浆端连接处的通孔直径；D3：灌浆套筒锚固段环形突起部分的内径

  图2   灌浆套筒结构示意图

  3.2  JG/T398的一般规定

  为保证套筒横截面的承载能力，全灌浆套筒的中部、半灌浆套筒的排浆孔位置计入最大负公差后的屈服承载力和抗拉承载力的设计应符合JGJ 107的规定。

  为保证套筒内灌浆料对钢筋的锚固能力，灌浆套筒灌浆连接端钢筋锚固长度L0不宜小于8倍钢筋直径。

  为保证钢筋安装在套筒内的长度L在其允许偏差范围内时，套筒内钢筋长度最短不小于接头型式检验确定的锚固长度，最长不大于套筒灌浆腔最大深度，灌浆套筒中间轴向定位点两侧应预留钢筋安装调整长度，预制端L1不应小于10mm，现场装配端L2不应小于20mm。

  为保证套筒灌浆腔对灌浆料的锚固能力，腔内设置的剪力槽的数量应符合表2的规定；剪力槽两侧凸台轴向厚度不应小于2mm。

  表2 灌浆套筒单侧灌浆腔内剪力槽数量

  灌浆套筒采用铸造工艺制造时宜选用球墨铸铁，采用机械加工工艺制造时宜选用优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结构钢或其它经过接头型式检验确定符合要求的钢材。采用球墨铸铁制造的灌浆套筒，材料应符合GB/T 1348的规定，其材料性能尚应符合表3的规定。采用优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结构钢加工的灌浆套筒，其材料的机械性能应符合GB/T 699、GB/T 8162、GB/T 1591和GB/T 3077的规定，同时应符合表3的规定。

  表3灌浆套筒的材料性能要求

  3.4 套筒尺寸偏差

  《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T398对灌浆套筒的尺寸偏差的主要规定见表4。

  表4 灌浆套筒尺寸偏差表

  3.5 套筒外观质量

  《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T398对灌浆套筒外观质量要求为：

  采用铸造工艺加工的灌浆套筒内外表面不应有影响使用性能的夹渣、冷隔、砂眼、缩孔、裂纹等质量缺陷。采用机械加工工艺加工的灌浆套筒表面不得有裂纹或影响接头性能的其它缺陷；灌浆套筒端面和外表面的边棱处应无尖棱、毛刺。

  3.6 套筒力学性能

  《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T398要求灌浆套筒应与灌浆料匹配使用,采用灌浆套筒连接钢筋接头的抗拉强度应符合JGJ107中Ⅰ级接头的规定。

  3.7  JM灌浆套筒

  北京思达建茂JM灌浆套筒产品包括：预制剪力墙和预制柱竖向钢筋连接用CT系列灌浆直螺纹套筒（半灌浆套筒），预制叠合梁水平钢筋连接用CTH系列全灌浆套筒。

  CT系列灌浆直螺纹套筒和CTH系列灌浆套筒的特点是：

  1）套筒材料全部采用优质碳素结构钢材料，强度高、韧性好、性能稳定；2）套筒内部结构采用高精度数控机床加工，尺寸精确、可靠度高；3）套筒采用北京建茂获国家发明专利的技术成果：多段、双斜面剪力槽灌浆腔结构，见图3，套筒外形尺寸缩到了最小，优于国外灌浆套筒产品。

  图3   CT系列灌浆套筒结构示意图