装配式建筑工厂预制、现场组装的模式不同于传统现浇式建筑建造模式,其纵向受力钢筋主要通过套筒灌浆连接,灌浆料材料性能和灌浆质量的好坏直接影响结构整体性和安全。

　　 在实际工程灌浆过程中,可能存在灌入劣质灌浆料、误用水泥砂浆,掺杂过期灌浆料等情况 ^[1]。同时作为高强度材料,用水量、养护条件等对套筒灌浆料强度影响很大 ^[2],因此对实际工程中套筒内部灌浆料的强度检测非常必要。

　　 目前,在实际工程中灌浆套筒内部灌浆料的强度判定标准主要依据浇筑过程中预留的标准试件的抗压强度。而套筒内部灌浆料强度受多种因素影响,内部因素包括胶凝材料、矿物、外加剂等,外部因素包括龄期、养护温度和水料比 ^[3]。预留试件的强度不一定反映套筒内部灌浆料的真实强度。因此,本文选取国内多家厂商灌浆料进行试验,建立一种基于实际工况下套筒灌浆料与标准试件的抗压强度换算公式,以达到对实际工程中套筒内部灌浆料强度检验的目的,为检测装配式建筑套筒灌浆料实体强度提供参考。

　　 本次试验选用国内五家厂商生产的灌浆料,具体参数如表1所示。

　　 套筒灌浆为隐蔽施工工艺,灌浆完成后,无法直接检验套筒内灌浆料的实体强度。实际工程中,可通过检验套筒预留的进浆口和出浆口处PVC管中的浆料强度检测其实体强度 ^[4],如图1所示。为模拟工程实际工况,本文通过在图2所示的1m长的PVC管中灌注浆料,同时浇筑9个40mm×40mm×160mm的标准试件,在同一条件下养护,如图3所示。养护龄期达到28d时,将PVC管切割成35个高径比为1∶1的圆柱体小芯样,小芯样的真实直径为17.6mm。

　　 研究发现,水料比对灌浆流动度以及浆料强度存在较大影响 ^[5]。为研究水料比对灌浆料抗压强度的影响,本文在标准水料比的基础上,进行其他不同水料比下的对比试验,试验设计参数见表2。

　　 为获得高径比为1∶1的小芯样试件,并满足小芯样的加工精度,本试验采用激光定位的锯铝机对PVC管进行切割以获取样本。为避免PVC管受到灌浆影响,在其两端分别去除100mm,考虑到刀口和后期打磨对小芯样高度的损耗,将小芯样切割长度定为20mm,见图4。切割后得到的带PVC管表皮芯样见图5,然后采用台锯去除PVC管表皮获得小芯样试件。

　　 在加载试验前,用游标卡尺在获得的小芯样中部相互垂直位置分别测量其直径,并取平均值确定小芯样试件平均直径,精确至0.1mm。同时,在小芯样圆柱顶面和底面相互垂直的四个位置测量其高度,取平均值作为小芯样试件平均高度,精确至0.1mm。

　　 在测量后的小芯样试件中按照如下规则选取35个满足要求的小芯样:1)小芯样无明显缺陷,保持端面平整;2)小芯样任一侧高度与平均高度相差小于2mm;3) 小芯样任一直径与平均直径相差小于2mm;4)小芯样平均高度与平均直径的比值(高径比)满足1∶1(±0.05)。

　　 满足要求的小芯样试件加载在200kN万能材料试验机上进行,小芯样由特制抗压夹具夹持,如图6所示,加载速率为1.5MPa/s。标准试件的加载在600kN万能材料试验机上进行,加载速率为1.5MPa/s。

　　 文献[6]研究结果表明,灌浆料的抗压强度随水料比的增加而不断降低。本试验通过改变水料比对五家灌浆料小芯样试件和标准试件进行抗压强度测试,探究不同强度条件下小芯样试件与标准试件的强度关系,获得的两者抗压强度值如表3所示。从表3可以看出,五家灌浆料的抗压强度在标准水料比下最大,随着水料比的增大而逐渐减低。小芯样试件的抗压强度总体小于标准试件的抗压强度,强度变异系数明显大于标准试件。其原因是:1)小芯样尺寸较小,试验过程中试件对中偏差容易对其抗压强度造成影响;2)小芯样加载面的平整度难以精确控制,给试验结果带来误差。因此,二者综合原因客观上造成小芯样试件的抗压强度离散性偏大,后续将对小芯样试件的强度分布进行拟合检验。

　　 在建立小芯样试件与标准试件的强度对应关系之前,先对小芯样试件抗压强度进行统计分析。由于本次灌浆料种类较多,选取ANT-110进行正态分布检验,在12%,14%,16%和18%的四种水料比下,分别对35块小芯样试件的抗压强度结果进行了数理统计,按其出现频数绘制组距相同的直方图并拟合正态分布曲线,如图7所示。

　　 为检验小芯样试件抗压强度分布是否符合正态分布,本文采用Shapiro-Wilks检验法对每组数据进行假设检验 ^[7],取显著性水平α=0.05,原假设H₀:小芯样试件抗压强度服从正态分布。Shapiro-Wilks检验统计量公式为:

　　 $W=\frac{({\displaystyle \sum _{i=1}^{n}a}{}_{i}x{}_{(i)}){}^2}{{\displaystyle \sum _{i=1}^n(x{}_{(i)}-\overline{x})}{}^2}(1)$

　　 式中: x_(i)为第i阶统计量,即样本中的第i个最小数;$\stackrel{—}{{\displaystyle x}}$为样本的平均值;a_i的通用公式为$(a{}_1,\cdots ,a{}_n)=\frac{\mathit{m}{}^{\text{Τ}}\mathit{V}{}^{-1}}{(\mathit{m}{}^{\text{Τ}}\mathit{V}{}^{-1}\mathit{V}{}^{-1}\mathit{m}){}^{1/2}},\mathit{m}=(m{}_1,\cdots ,m{}_n){}^{\text{Τ}}$,是一组特定的值,其中m₁,…,m_n为从一个标准的正态分布随机变量上采样的有序独立同分布的统计量的期望值,V为这些有序统计量的协方差。

　　 接下来计算各组小芯样试件抗压强度检验p值,当p≥α时,接受 H₀,即数据服从正态分布。对四组小芯样试件抗压强度值进行W检验并用R语言绘制出正态QQ图,检验结果见图8,各统计参数值见表4。图8中正态分位数指将一个随机变量的概率分布范围分为几个等分的数值点,从图8可知,对应于各分位数上的点均分布在一条直线附近;从表4可知,各组小芯样试件抗压强度检验p值均大于0.05,其值落在接受域内。说明不同水料比下小芯样试件的抗压强度值总体服从正态分布。

　　 在不同水料比下,通过对五家灌浆料小芯样试件和标准试件分析得到的抗压强度拟合曲线研究,发现相同条件下小芯样试件和标准试件的抗压强度值存在明显的线性相关关系。考虑到实际工程中对每家灌浆料分别建立其相关关系进行强度检验十分不便,为得到适用于不同种类灌浆料的换算公式,本文对五家灌浆料小芯样试件与标准试件的强度值进行线性拟合,如图9所示。并建立实际工况下小芯样试件和标准试件抗压强度换算公式:

　　 $f{}_{\text{c}\text{u}}^{\text{c}}=1.03f{}_{\text{c}\text{o}\text{r}}+9.539(R{}^2=0.87)(2)$

　　 式中:f_cor为小芯样试件抗压强度;f${}_{\text{c}\text{u}}^{\text{c}}$为相同条件下标准试件抗压强度;R²为拟合优度,是回归直线对观测值的拟合程度。

　　 为验证式(2)是否具有普适性,另外选取了国内三家不同厂商的灌浆料,型号分别为AJM-TT,HPG-D,CGMJM-VI进行检验试验。在相同养护条件和龄期下,测试其小芯样试件与标准试件抗压强度值,并与式(2)计算值对比,检验结果见表5。

　　 从表5可以看出,三种不同型号的灌浆料通过换算公式得到的标准试件抗压强度计算值与实际值非常接近。从统计结果来看,各家灌浆料标准试件抗压强度计算值与实际强度的平均比值接近1,方差较小,计算数据可靠且稳定,公式匹配度良好,可见式(2)可信度高、适用性好。

　　 (1)在实际工况下养护,套筒灌浆料抗压强度在标准水料比下较高,随着水料比的增大,小芯样试件和标准试件的抗压强度均不断降低,不同水料比下两者强度值存在明显的线性相关关系。

　　 (2)采用W检验法对小芯样试件进行假设检验,发现不同水料比下小芯样试件的抗压强度值总体服从正态分布。

　　 (3)通过对五家灌浆料的小芯样试件和标准试件抗压强度值线性拟合,建立两种试件的换算公式。经检验,该公式计算值与试验值基本吻合,可适用于实际工程中灌浆料实体强度检验。