钢筋套筒灌浆连接技术

2011.06/59摘　要　装配式预制工法中预留钢筋的连接，一般常使用钢筋套筒及水泥基灌浆料作为连接接头；本篇主要阐述钢筋套筒灌浆连接技术，包含使用材料的规定与试验、设计上的要求及作法、预制生产及施工说明、工艺验证及中国与台湾地区使用案例介绍。１、钢筋套筒灌浆连接接头1960年后期(DR.ALFREDA.YEE)余占疏博士发明了钢筋套筒连接器，SpliceSleeve首次在38楼阿拉莫阿纳酒店的预制柱钢筋续接(檀香山、夏威夷)，开创了柱续接的刚性接头；日本TTK公司改良成较短的TopsSleeve。钢筋套筒灌浆连接的原理是透过铸造的中空型套筒，钢筋从两端开口穿入套筒内部，不需要搭接或融接，钢筋与套筒间填充高强度微膨胀结构性砂浆，即完成钢筋续接动作。其连接的机理主要是藉助砂浆受到套筒的围束作用，加上本身具有微膨胀特性，藉此增强与钢筋、套筒内侧间的正向作用力，钢筋即藉由该正向力与粗糙表面产生之摩擦力，来传递钢筋应力。（见图1）２、使用材料的规定与试验钢筋套筒灌浆连接接头由钢筋、套筒连接器及灌浆料组成，分别材料规定如下:2-1钢筋材料的性能应满足下列要求：1)普通钢筋宜采用HRB400和HRB500钢筋，也可采用HRB335和RRB400钢筋。2)抗震等级为一、二级的框架结构，其纵向受力钢筋采用普通钢筋时，钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25；钢筋的屈服强度实测值与强度标准值的比值不应大于1.3；且钢筋在昀大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。3)采用套筒灌浆连接的钢筋，其屈服强度不应大于500MPa，且抗拉强度不应大于630MPa。2-2套筒连接器当采用球墨铸铁制作时，应符合《球墨铸铁件》GB/T1348的有关要求。球墨铸铁套筒材料性能应符合下列规定：1)抗拉强度不应小于600MPa；2)伸长率不应小于3%；3)球化率不应小于85%。吴子良：在职就读于湾大学土木工程研究所博士班，现任职于润弘精密工程事业股份有限公司研发部副总经理。吴子良结构技师事务所负责人，台湾混凝土学会会员，台北市结构技师公会理事，润弘精密工程事业股份有限公司预铸设计部协理，润泰联合建筑师事务所结构工程师。钢筋套筒灌浆连接技术　润弘精密工程事业股份有限公司研发部副总经理　吴子良图1钢筋套筒灌浆连接接头于预制柱的应用报告汇编/2011.06602-3灌浆料的性能应满足下列要求：1)流动度应在180～300mm之间；2)膨胀率应在0%～0.5%之间；3)砂浆1d龄期的抗压强度不应小于35MPa，7d龄期抗压强度不应小于60MPa，28d龄期抗压强度不应小于85MPa。砂浆的抗压强度应根据标准养护的立方体试块抗压强度测定。2-4钢筋套筒连接器性能检验套筒式钢筋连接器的性能检验，应符合《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107第3.0.4条的I级接头性能等级要求。套筒式钢筋连接器接合的测试，首先需经单拉试验，试验结果需钢筋断裂于续接区域外为合格如图3所示，然后再需经过高塑性反复载重试验，试验仪器及应力－应变曲线如图5所示，其过程为0→(0.95fyn←→-0.5fyn)16cycle→(5εy←→-0.5fny)8cycle→(10εy←→-0.5fny)8cycle→拉断，表1显示该套筒式续接器可完全符合规范要求并可确保结构物的耐震性及安全性。（见图2、3、4、5以及表1）3、设计上的要求钢筋套筒连接器于订证阶段，必须按照下列规定进行深化设计，1)套筒和钢筋宜配套使用，连接钢筋型号可比套筒型号小一级，预留钢筋型号可比套筒型号小一级；2)连接钢筋和预留钢筋应对中、顺直，在套筒内每1000mm偏移量不应大于10mm；3)套筒之间的横向净距不宜小于25mm，且不应小于20mm。4)用于柱的主筋连接时，套筒区段内的柱的箍筋间距不应大于100mm；用于剪力墙或承重墙的主筋续接时，应沿套筒全长设置加强螺旋筋，螺旋筋径不应小于6mm，螺距不应大于80mm。4、预制生产及施工说明4-1预制构件制作时，套筒及连接钢筋的安装应符合下列规定：1)套筒安装时，可采用橡胶环和螺杆将其固定在构件底模上，套筒与构件柱底模板应垂直；与套筒连接的注浆管应定位准确、安装稳固，防止漏浆；2)连接钢筋安装时，宜逐根插入套筒内，并应采取措施固定钢筋及防止浇筑混凝土时漏浆；3)钢筋笼入模后，应采取措施避免套筒和连接钢筋移位。（见图6）4-2预制构件安装就位应符合下列规定：1)预制构件安装前，应清洁预制构件连接部位的连接面，并确认套筒内无异物；2)预制构件安装时，下部支承构件的混凝土强度不宜小于15MPa；3)预制构件安装过程中，应根据水准点和轴线校正位置；安装就位后，应及时采取临时固定措施，可通过临时支撑对构件的位置和垂直度进行微调；4)预制柱安装时，下方配置的垫片不宜少于4处，垫片可采用正方形薄铁板；调整垂直图5续接器接合钢筋应力-应变曲线(D36)配式图4续接器接合钢筋高塑性反复试验图2续接器接合外观与剖面图3单拉测试皆断于续接区域外钢筋上项目钢筋号数滑动量抗拉强度＆伸长率(δs)16c(mm)(δs)24c(mm)(εs)24c(%)(εs)24c/εy(δs)32c(mm)(εs)32c(%)(εs)32c/εyfuc(N/mm2)fuc/fyεuc(%)D36续接器0.1790.3780.0690.2750.7580.1380.5507421.4814.0规范要求（SA级）≤0.3≤0.9－≤1.5≤1.8－≤3≥620≥1.25≥6表1续接器接合钢筋高塑性反复载重试验报告汇编2011.06/61于这一技术的重要性以及材料间搭配运用的适切性,台湾观摩日本技术，自主开发套筒式钢筋连接器及超高早强无收缩水泥砂浆，钢筋连接试件已完全通过规范要求反复载重试验；2005年6月起已全面采用自主开发产品至今,以累计使用在24个装配式预制项目,钢筋套筒灌浆连接接头的使用量约达到14万个。图9是一本项目装配式工法之标准施工循环，其吊装施工顺序分别为：楼层完成→柱吊装→大梁吊装→钢层板铺设→阳台版吊装→接头箍筋绑扎→梁上层筋及箍筋绑扎→楼板钢筋铺设及灌浆→下一楼层施作。度后，可在柱子四角加塞垫片增加稳定性。4-3灌浆料灌浆料的制备及套筒灌浆施工应符合下列规定：1)灌浆料应搅拌均匀，搅拌时间不宜少于3min；搅拌后，宜静置2min以消除气泡；2)灌浆料拌合后至灌浆完毕的时间不宜超过30min。3)灌浆前，应对预制构件底部缝隙进行封闭，封缝材料应能承受1.5MPa的灌浆压力；4)灌浆时，灌浆压力应达到1.0MPa，并由套筒下方注浆口注入，待其他套筒的出浆口或注浆口连续流出圆柱状浆液后，应对其进行封堵；5)当出现无法出浆的情况时，应立即停止灌浆作业，查明原因并及时排除障碍。6)冬季施工时，灌浆料应用温水拌和，搅拌后的灌浆料温度不应低于5℃，且应不高于35℃。灌注后，连接处应采取措施保温养护，不少于7天。7)在灌浆料强度达到35MPa后，方可拆除预制构件的临时支撑及进行上部结构吊装与施工。（见图7）5、实际应用案例预制构件竖向钢筋续接是预制混凝土工艺的关键技术，早期这一项技术所使用的材料皆仰赖日本进口；有鉴图6套筒连接器与钢筋连接组装示意图图7套筒连接器于工地现场进行灌浆图9装配式预制工法之标准施工循环说明报告汇编