预制构件的可靠连接是装配式建筑发展在技术上的核心问题。哈尔滨工业大学与黑龙江宇辉建设集团对装配式建筑进行了深入的研究, 提出了约束浆锚搭接连接体系^[1]。

　　 国内学者对于浆锚体系已进行了大量研究。刘家彬等^[2]对矩形螺旋箍筋约束波纹管浆锚连接的剪力墙进行抗震性能试验研究, 得出该连接性能可以达到与现浇结构相当的延性、承载能力以及抗震耗能的能力。马军卫等^[3]对144个不同类型的浆锚搭接试件进行拉压试验, 得出钢筋约束浆锚搭接连接工艺连接安全, 是装配式建筑可靠的纵向钢筋连接方式。钱稼茹等^[4]对浆锚连接的剪力墙进行拟静力试验, 发现浆锚间接搭接能有效传递钢筋应力。

　　 近些年, 现有国内的相关研究均以浆锚灌浆饱满及锚固完全为基础, 而装配式建筑施工仍属探索发展阶段, 不可避免会存在不同程度的施工质量问题, 造成灌浆不饱满、锚固不充分等关键节点连接问题。节点连接的可靠与否直接关系着装配式建筑的整体安全, 制约装配式建筑的发展。本文为十三五课题“工业化建筑质量验收方法及标准体系”系列研究内容之一, 为研究浆锚连接在实际施工过程中的现状, 通过现场考察及实验模拟, 分析浆锚搭接连接缺陷种类及形成机理。

　　 浆锚搭接连接是装配式混凝土结构钢筋竖向连接形式之一, 即在混凝土中预埋波纹管, 待混凝土达到强度要求后, 钢筋穿入波纹管, 再将高强无收缩灌浆料灌入波纹管养护, 以起到锚固钢筋的作用, 浆锚搭接连接如图1所示。

　　 相关规范^[5,6,7]对浆锚搭接连接提出了以下要求:浆锚料应采用水泥基无收缩灌浆料, 具有稳定、高强、早强、无收缩、易流动等特点;竖向钢筋连接长度应通过计算确定, 满足锚固需要;钢筋偏离孔洞中心线应≤5mm。

　　 竖向钢筋浆锚搭接连接的灌浆在实际工程中主要采用高位漏斗法和单点联合压浆法。两者灌浆原理基本相同, 都是通过增加灌浆料压力使浆料流动性达到灌浆要求。灌浆施工过程中, 出浆孔出浆即视为灌浆饱满。而当灌浆完成时, 若坐浆层封堵不密实因灌浆压力产生裂缝或缺口, 则造成漏浆;若灌浆孔封堵不及时或封堵胶塞出现松动或脱落, 浆料从灌浆孔流出, 则造成漏浆。以上两种情况下, 浆料在自重作用下沿孔缝流出, 浆锚孔端部出现空洞, 形成端部缺陷。钢筋与浆锚料的锚固长度变小, 连接不充分, 节点存在一定安全隐患。浆锚搭接连接的漏浆如图2所示。

　　 浆锚灌浆施工工艺为:预先封堵坐浆层, 从底部选取一合适位置的灌浆孔进行灌浆, 则其余预留孔均视为出浆孔。浆料从坐浆层逐渐充满整个浆锚孔道, 待出浆孔出浆时依次封堵死, 直至最后1个出浆孔出浆并用胶塞封堵, 移开灌浆管及时封堵灌浆孔, 则灌浆完毕。

　　 灌浆施工过程中, 造成中部缺陷的原因主要有3种:①预制构件施工过程中, 预埋波纹管端口未封堵完全, 浇筑混凝土时出浆孔端被杂物封堵。灌浆时浆锚孔中空气无法排出, 锚孔中部产生中空层, 形成中部缺陷;②灌浆过程中由于压力不够, 部分出浆孔未能出浆, 人为从出浆孔进行补浆, 内部空气在浆料作用下存在于锚孔中部, 产生中部缺陷;③灌浆机中灌浆料不足, 未能完成1个构件全部锚孔的灌浆。再次搅拌灌浆时, 锚孔内部浆料已部分硬化, 只能从出浆孔进行二次补浆。内部空气封堵于锚孔中部, 造成中部缺陷。中部缺陷削弱了钢筋与浆锚料的锚固强度, 影响浆锚节点的连接性能。浆锚中部缺陷示意如图3所示。

　　 钢筋偏心缺陷主要有钢筋倾斜和偏向浆锚孔内壁两大类。其产生的原因可从构件生产到施工进行逐步分析。预制构件的规范化生产是保证工程质量的重要环节之一, 预埋波纹管及预留钢筋在混凝土浇筑或拆模过程中可能发生一定程度的偏移, 未经严格审核进入施工现场便开始装配, 则会造成钢筋偏心缺陷。构件在运输过程中, 由于吊装拆卸不当造成钢筋变形倾斜, 也会导致装配时出现钢筋偏心缺陷。若钢筋偏心较大, 钢筋紧贴浆锚孔内壁, 浆料无法正常流出, 内部空气可能无法排出, 形成部分空洞缺陷。钢筋偏心缺陷减少了浆料与钢筋的接触面积, 很大程度上削弱了节点的连接性能, 影响结构整体性安全。若钢筋倾斜, 则会影响钢筋的搭接长度, 改变力的传递路径, 削弱了钢筋与浆料的锚固连接性能。偏心缺陷如图4所示。

　　 JGJ1—2014《装配式混凝土结构技术规程》^[5]和GB/T50448—2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》^[8]要求浆锚搭接连接接头用灌浆料需满足:①流动度初始值≥340, 30min流动度≥310;②竖向膨胀率≥0.02;③1d抗压强度≥35MPa, 3d抗压强度≥55MPa, 28d抗压强度≥80MPa。

　　 实际工程中灌浆料用量较大, 损耗较多, 浆料价格相对较高。若施工单位为降低成本, 采用没有相关资质的厂家生产的灌浆料或在原有灌浆料中掺杂, 人为改变浆料成分配比和使用伪劣浆料等, 则可能出现浆料性能较差, 远不能满足相应规范要求, 灌浆后强度及相关指标均不达标, 形成大范围缺陷, 严重威胁着节点的连接安全, 隐患较大。

　　 例如, 灌浆施工过程中, 由于一次搅拌的浆料过多, 灌浆时间较长, 剩余浆料的流动性大幅度降低, 无法满足灌浆要求。而部分施工人员为方便处理浆料, 加水稀释继续进行灌浆, 形成范围性节点缺陷, 造成局部连接薄弱区, 严重影响结构整体的连接性能。

　　 装配式建筑是由若干个混凝土预制构件拼装而成, 在拼装过程中通过斜撑及七字码等调整好构件的垂直度及水平度方能进行灌浆。

　　 灌浆完成后若再次调整垂直度或平移构件, 则会对浆锚孔内部浆料进行扰动, 影响节点处的连接性能。浆锚料虽然具有稳定、高强、早强的特点, 但若过早拆除斜撑等, 浆料强度可能未达到设计要求, 连接性能也会受到影响。

　　 为研究浆锚料强度随时间的发展变化, 根据《水泥基灌浆材料应用技术规范》^[8]制作若干组40mm×40mm×160mm的棱柱体试块。选取不同龄期的试块进行抗压试验, 测其抗压强度平均值, 具体数据如表1所示。

　　 由以上测得试验数据可发现, 1d, 3d, 28d分别为37.4, 58.3, 87.2MPa, 强度均能达到规范要求, 浆锚料强度指标合格。浆锚料强度随时间发展趋势如图5所示, 7d内强度发展较快, 呈直线增长, 之后强度发展较为缓慢, 至14d基本稳定。14d后强度基本没有变化, 接近浆锚料的强度极限值。为确保浆锚钢筋不受施工扰动影响, 建议应至少在灌浆完成7d后才可进行斜撑等拆除。

　　 浆锚灌浆施工过程中, 由于浆锚孔体积较大, 灌浆时间相对较长, 灌浆机中的浆料流动性随时间增长逐步降低。为研究浆锚料流动性随时间的变化, 根据GB/T2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》^[9]的规定进行试验。采用水泥胶砂流动度测定仪 (简称跳桌) , 测量不同时间状态下浆锚料的流动度。

　　 试验方法:试模放在跳台中央, 将搅拌好的浆锚料迅速装满试模, 抹平然后轻轻提起截锥圆模, 立刻开动跳桌, 以每秒一次频率完成25次跳动。振动完毕后测量浆锚料底面互相垂直的两个方向直径, 计算平均值, 即为浆锚料的流动度。

　　 一次搅拌的浆锚料静置不同时间下测得的流动度具体数据如表2所示。初始流动度和30min流动度分别为350和320, 前期浆料流动性能较好, 均满足相关规范要求。

　　 浆锚料的流动度随时间变化趋势如图6所示, 浆料前30min流动性良好, 流动度下降比较缓慢, 易于灌浆。30～90min流动度大幅度下降并逐步接近凝结。60min后的浆料流动性能较差, 不应继续用于灌浆。若采用60min后的浆锚料灌浆, 可能会影响节点连接性能, 造成一定程度的节点缺陷。

　　 随着可持续发展及节能环保的要求越来越高, 又伴随着劳动力缺乏, 劳动力成本增加, 装配式建筑得到了越来越多的企业的重视, 近些年来在中国各大城市遍地开花。

　　 然而, 很多企业在关键技术上缺乏有经验的人才, 管理体系不够完善, 工人缺乏相关培训。仍以现浇结构的方式处理装配问题, 对结构体系不了解, 在连接节点处, 出现施工不当或人为破坏的行为。例如, 由于装配过程中预留孔与预留钢筋位置偏差过大, 无法安装, 工人采取截断钢筋的方式安装完成。减少了浆锚钢筋的锚固长度, 削弱了整个构件的连接性能, 危害较为严重。

　　 1) 浆锚搭接连接的端部缺陷主要由于坐浆层及灌浆孔处的漏浆造成的。灌浆前应确认坐浆层的强度已满足灌浆需要, 建议坐浆层封堵完成30min后再进行灌浆。灌浆孔宜采用软管连接, 以便及时封堵。

　　 2) 浆锚搭接连接的中部缺陷主要由于二次灌浆或出浆孔被堵死造成的。内部空气无法排出, 形成中部中空缺陷, 响结构的连接性能。灌浆前应检查孔道的通畅, 排查封堵口。灌浆时应加强监管措施, 可进行拍摄存档。

　　 3) 浆锚搭接连接的偏心缺陷主要由于钢筋偏移倾斜或孔洞错位造成的。浆锚钢筋的偏移或倾斜都会削弱节点锚固强度, 对结构的连接性能产生较大影响。预制构件进场时应仔细审核, 校对预留孔及插筋位置。预制和现浇过渡层的施工应尽可能提高精度。

　　 4) 采用劣质浆锚料或伪劣浆锚料造成的缺陷, 范围较广、影响较大、后果严重、应严格把控浆料质量, 并留存试块样品等进行检测。

　　 5) 浆锚料30min前的流动性较好, 流动性能下降缓慢, 30～60min流动性能迅速下降并逐步趋于凝结, 不适宜继续灌浆。一次搅拌的浆锚料建议在30min内使用完, 最多不应超过45min。

　　 6) 浆锚搭接连接中施工扰动造成的缺陷主要因为斜撑或支撑的拆除及扰动。浆锚料的强度7d内发展迅速, 14d趋于浆料极限强度。建议7d后才可进行支撑或斜撑的拆除工作。