为检测装配整体式混凝土结构套筒灌浆质量, 研发基于预埋钢丝拉拔法, 即灌浆前在套筒出浆口预埋钢丝, 待灌浆料凝固一定时间后, 对预埋钢丝进行拉拔, 通过拉拔荷载值判断灌浆饱满程度^[1], 该方法在实际应用中取得良好效果。目前, 灌浆料强度主要通过灌浆前预留试块进行测试, 而直接检测套筒中灌浆料强度难度较大。毛诗洋等^[2]提出基于小直径芯样法检测套筒灌浆料实体强度, 但小直径芯样制作较繁琐, 检测结果离散性较大;顾盛^[3]提出基于表面回弹法检测灌浆料实体强度, 该方法所用的DL型里氏硬度计主要适用于钢结构检测, 应用于混凝土结构时还需测试更多数据, 以建立更准确的测强曲线。基于预埋钢丝拉拔法研究成果, 分析应用该法检测基体灌浆料抗压强度的可行性, 为实测套筒内灌浆料抗压强度奠定基础。

预埋钢丝选用5高强不锈钢钢丝, 表面光洁、无油污。实测钢丝屈服强度为1 092MPa, 抗拉强度为1 124MPa^[1]。

采用超高强无收缩钢筋套筒连接用灌浆料, 性能符合现行行业标准JG/T 408—2013《钢筋连接用套筒灌浆料》^[4]的规定。

试验用灌浆料基体试件设计如图1所示。每种工况预埋3根完全相同的钢丝, 灌浆料基体试件尺寸为600mm×450mm×80mm (长×宽×高) 。考虑锚固长度和检测设备高度要求, 所有高强钢丝下料长度统一为330mm。试件成型如图2所示, 采用木条和架立筋作为辅助工具, 保证钢丝垂直定位及锚固长度准确。

本试验共成型灌浆料基体试件7块, 具体试验工况如表1所示。

灌浆料基体试件制作时, 各工况下同步制作灌浆料抗压强度伴随试块并进行标准养护, 试块尺寸为160mm×40mm×40mm (长×宽×高) 。各工况均制作1组3根预埋钢丝和1组3块标准养护试块。

拉拔装置主要由传感器、力值显示器、自锁锚具、穿心千斤顶和手动液压泵组成。拉拔时, 首先将手动液压泵与穿心千斤顶相连、传感器与力值显示器相连、力值显示器与电源相连;然后穿过预埋钢丝依次放置穿心千斤顶、传感器、自锁锚具, 锚固高强钢丝^[1]。拉拔钢丝所在位置灌浆料基体表面应保持平整, 拉拔系统就位后, 通过手动液压泵缓慢加载, 加载速度约为0.15kN/s, 加载过程中记录力值显示器显示的峰值荷载 (见图3) 。

抗压强度是表征灌浆料强度的主要指标之一^[5], 通过SHT4605型微机控制电液伺服万能试验机测试试样抗压强度。抗压强度测试前, 首先进行抗折试验, 每块试块一折为二, 然后测试折断的2块试块抗压强度。

灌浆料抗压强度试验时, 加载速率约为4 000N/s, 自动记录荷载值。

灌浆料基体试件预埋钢丝拉拔荷载值与标准养护条件下灌浆料试块抗压强度值如表2所示, 各工况下拉拔荷载值与抗压强度值均取3个相同试样平均值。由表2可知, 预埋钢丝拉拔荷载值随灌浆料抗压强度的增大而增大, 对二者进行回归分析可知其具有明显的正相关性。

对试验数据进行拟合分析可知二者关系为:

式中:σ为灌浆料抗压强度 (MPa) ;P为预埋钢丝拉拔荷载值 (kN) ;a, b, λ为无量纲参数;A为室内抗压强度试验时灌浆料试块受压面积 (mm²) 。

本试验中, a=10.15, b=21.03, λ=1 000, A=1 600 mm²。拟合公式相关系数为0.98, 可知拟合效果很好 (见图4) 。

1) 预埋钢丝拉拔荷载值与灌浆料抗压强度值存在二次方关系, 拉拔荷载值越大抗压强度值越高。

2) 通过回归分析, 建立灌浆料抗压强度值与预埋钢丝拉拔荷载值间的定量关系式:σ=λ (aP²+bP) /A。

3) 本试验主要针对灌浆料基体试件展开研究, 对直接预埋在套筒灌浆孔孔道内高强钢丝进行拉拔试验可进一步提高测试精度。