上世纪六十年代, 钢筋套筒连接器首次在阿拉莫阿纳酒店工程中得以应用, 后经不断改良发展为现今采用的钢筋套筒灌浆连接节点技术。其连接的原理是透过中空型套筒, 钢筋从端部开口穿入套筒内部, 钢筋与套筒间填充高强度微膨胀结构性砂浆, 完成钢筋续接并传递钢筋应力。但由于国内普遍采用现浇混凝土结构施工工艺, 所以该技术并未在国内得到广泛应用。

2014年, 江苏省印发《省政府关于加快推进建筑产业现代化促进建筑产业转型升级的意见》, 明确指出加快推进建筑产业现代化, 推动建筑产业转型升级的要求。为认真贯彻文件精神, 南京市开始大力发展装配式建筑。建设过程中, 设计单位在预制构件连接方式设计时多选用了钢筋套筒灌浆连接节点, 但由于其均为预埋件, 导致其灌浆操作及灌浆密实度控制难度较大。本文结合工程实例, 对钢筋套筒灌浆节点的施工工艺、施工质量控制措施以及检测试验进行研究。

南京市丁家庄保障房A 28地块工程 (见图1) 总建筑面积9.414万m², 为剪力墙整体装配式结构, A 28地块总共6幢保障房, 由4栋27层、1栋28层、1栋30层高层住宅及配套商业用房构成, 预制率32%, 装配率65%。预制构件类型包括:预制剪力墙 (含保温) ;预制叠合楼板;预制楼梯;预制阳台叠合板;预制阳台隔板;预制梁。剪力墙构件采用钢筋套筒灌浆连接方式, 其上下墙之间通过双排钢筋套筒灌浆连接, 以形成竖向连续抗震墙。套筒一端与钢筋通过直螺纹连接, 另一端开口、中空, 侧壁留有两灌浆孔, 分别为入浆和出浆孔。

南京市丁家庄保障房A 28地块工程的钢筋套筒灌浆施工工艺主要包括:工具准备→制备灌浆料→灌浆料检验、灌浆孔出浆孔检查→灌浆出浆→封堵出浆孔→填写灌浆施工记录→灌浆后节点保护 (全程视频录制) 。

灌浆前应清理干净构件与灌浆料接触面、即楼板、墙板底与灌浆料接触部位, 保证无灰渣、无油污、无积水, 以免影响灌浆之后的钢筋连接成型。

插筋墙板在吊装前根据墙板截面面积, 按照设计分区图对灌浆区进行分区, 并保证每一灌浆分区周边封闭且与楼板、墙体截面接触密实。

使用专用灌浆料, 灌浆料的配合比及搅拌时间等根据厂家提供的产品使用说明进行, 严格按照灌浆料的初凝时间和灌浆速度确定每次灌浆料的拌制数量, 既要保证每一灌浆分区的一次性完成, 又尽可能减少灌浆料的浪费。在制备灌浆料的过程中, 水、灌浆料、当前环境温度均需要根据灌浆料说明书现场检测^[1]。

使用专用灌浆设备, 采用压力灌浆法在规定的时间内进行接头灌浆, 注浆时间从加水搅拌开始计。

灌浆过程以每一灌浆分区为单元依次进行, 灌浆时将下排灌浆孔只留1个, 其余用橡胶塞堵实, 上排灌浆孔全部打开, 灌浆料由下排灌浆孔注入, 注射过程中控制好压力, 注意观察各灌浆孔的状态, 保证下排灌浆孔的橡胶塞不被挤出, 上排灌浆孔当有灌浆料溢出时, 用橡胶塞将相应灌浆孔堵住, 直至上排所有灌浆孔都有灌浆料溢出并依次用橡胶塞堵实, 一个灌浆过程才算完成。

每一灌浆分区必须在规定时间内一次性连续灌浆, 不得中断, 在灌浆过程中若出现漏浆, 应及时封堵, 若无法快速封堵, 应停止灌浆并将已注入的灌浆料用水冲出, 待采取堵漏措施后再重新进行灌浆作业^[2]。

在做好现场相关工序验收的同时, 及时制作套筒连接试件和灌浆料试块, 按试验要求做好养护, 在达到相应龄期后送往实验室进行相关抗拉、抗压试验。

为提高工程成品质量, 保证预制装配式剪力墙结构工程施工, 参建各方在业主的大力支持下, 先行施工试验楼 (见图2) 。同时, 为验证现场钢筋套筒灌浆施工工艺能满足设计与规范要求, 施工单位对样板房的预制剪力墙构件进行破损, 取出构件中已灌浆的钢筋套筒接头进行无损和有损对比检测, 再根据检测结果调整预制构件加工及灌浆施工方案, 使后续施工操作工序优化、工序标准化, 确保操作质量。

项目6栋主楼预制构件吊装、安装工序安排专职人员施工, 作业前进行专项培训并进行预考核, 培训考核合格后方上岗。对于后续施工灌浆要求固定班组人员施工, 对无证人员, 项目联系行业专家到项目进行培训授课, 培训合格人员取得灌浆钢筋连接上岗证件, 持证上岗。

灌浆施工工序采取定人、定量、定时、定工艺的措施来保证灌浆连接节点的质量。剪力墙灌浆之前工程部填写申请单, 经过工长、试验、质检、总工签字, 由质检员对每个灌浆孔进行检查, 检查合格以后通知监理单位验收, 每次预制构件灌浆, 都由工长或质检全程跟踪对每个预制构件录像, 并填写灌浆记录表, 确保每个预制构件都有可追溯性。

灌浆完成后, 24 h内构件、接头都应有专用机具固定或保护, 不得受到冲击或振动;温度较低时, 保护时间适当延长;环境温度在5℃以下不宜进行灌浆作业;低温环境灌浆后, 应将构件灌浆部位加热到5℃以上并保温24~72 h, 防止接头内灌浆料结冰。

剪力墙灌浆时为更好检查灌浆密实度和排出灌浆仓内空气, 墙板位置增设排气孔, 如图3所示。在灌浆施工时, 排气孔上连接“L”型PVC管。灌浆过程中, 空腔内多余的气体会从剪力墙内排出, 待剪力墙底部灌满时, 灌浆料会从上部排气孔排出。管理人员可通过观察回流量来判断和控制墙体下部灌浆料的密实度。

现阶段, 对套筒灌浆连接主要依靠观察排浆孔是否有出浆现象, 判断灌浆是否饱满, 丁家庄A28地块项目部借鉴超声波法对其连接质量进行一些检测试验。

项目部利用首波声时法检测钢筋套筒的灌浆料密实性, 借助超声波幅值对其脱空缺陷进行定性判断。检测人员通过测得的超声波声速并借助于幅值, 可以判断预埋在混凝土中与竖向钢筋连接的钢筋套筒灌浆料的密实性。但是这种检测方法的缺点是无法确认套筒内灌浆料缺陷的具体部位及缺陷程度, 检测技术还需要进一步深入研究。

X射线法是利用X射线技术观察、研究和检验材料表面或内部缺陷的实验技术。其优点是不破坏结构、检测速度快且覆盖面广;但由于目前相关检测标准不健全, 且检测射线对人身体可能存在伤害, 所以项目部仅使用该方法进行了局部试验。当制作试验件送至实验室内检测时, 影像清楚, 能准确判断出缺陷的位置和严重程度, 如图4所示;但当将仪器放置在现场实体部位检测时, 由于套筒外侧混凝土的影响, 导致仪器穿透能量减弱, 图像也随之模糊, 增加了缺陷的定性判定难度, 其结论还需进行二次分析或与有损检测进行对比分析。

现有检测条件下, 有损检测是检验套筒灌浆密实度最直观的方法。检测人员有效检查灌浆质量并清楚地看到其缺陷类型及部位, 但因局部破损后其破损面积占节点总面积的比例非常大, 对结构破坏很明显, 破损后结构是否安全, 需设计单位复核, 可能还涉及到加固处理, 而节点的加固处理也是工程设计与施工的一个难点, 所以能否应用于工程实体中, 各方存在较大争议。但相比较于其它检测手段, 该方法仍是目前唯一能定量分析密实度缺陷的检测手段。

丁家庄A 28地块项目的钢筋套筒灌浆节点, 经检验, 被检样品的强度、密实度检测结果均能满足设计与规范要求, 由此可见, 项目施工现场所采用的一系列质量控制措施可很好地满足连接节点质量控制的需要。

鉴于发达国家装配式结构的发展历程, 装配式建筑在节能、节约成本、实现建筑工业化和产业化具有独特优势, 也是符合可持续发展道路的必然选择。以南京建筑市场为例, 目前在建的装配式混凝土结构工程, 设计人员对于预制竖向构件的竖向钢筋连接普遍采用了钢筋套筒灌浆连接方式, 以此类推, 该技术今后将大量应用于工程实体中, 其质量状况将直接关系到工程的结构安全和实体质量。但正如上文所述, 其灌浆质量受到构件连接钢筋安装、灌浆部位密封、灌浆料加工、灌浆作业等诸多因素的影响, 质量状况不易控制, 且相关检测手段也有待进一步实践研究, 所以在现阶段, 参建各方应对该施工节点引起重视, 采取多种质量控制措施加强管理, 确保节点施工质量。本文提到的丁家庄A28地块项目上采用的一系列措施, 取得了良好的效果, 相关技术内容可供其它项目参考及推广应用, 同时, 目前仍未解决的一些问题, 如钢筋套筒灌浆密实度的检验试验方法, 也值得在本工程的试验基础上进行进一步研究, 尽快完善相关检测标准, 以便于该技术今后在更广泛的工程领域得以应用。