预制构件钢筋连接用灌浆套筒、灌浆材料及应用

1、预制构件钢筋连接用灌浆套筒、灌浆材料及应用北京思达建茂科技发展有限公司钱冠龙副总经理教授级高工企业概况：北京思达建茂科技发展有限公司（简称北京建茂）是中冶建筑研究总院投资控股的中外合资企业，隶属于中国冶金科工集团有限公司（MCC） ，为北京市中关村科技园区国家级高新技术企业，由原北京建茂建筑设备有限公司和北京思达建茂科技发展有限公司合并而成，主要从事钢筋机械连接及特种干粉砂浆两类技术产品的研发、生产销售和技术服务。20 多年来，北京建茂自主开发了多项钢筋机械连接新技术及专用干粉砂浆产品，参编国家行业标准8 个，成果获得国家和省部级科技进步奖 7 项、取得国家专利 20 余项，产品曾列入国家级重

2、点新产品和国家火炬计划，销往全国各类大中型建设工程，并长期出口欧美、亚洲、非洲等海外市场。“建茂”产品以技术先进和品质优良成为国内外业内知名品牌。在住宅产业化相关技术领域，北京建茂在国内率先开发了新型钢筋套筒灌浆连接技术及产品，并成为北京万科区域战略合作伙伴及万科集团合格供应商、日本鹿岛建设（沈阳）紧密合作伙伴，已在北京、沈阳、南京、长春、大连、青岛等国内多个省市的PC剪力墙和 PC框架结构建筑工程中成功应用接头数十万个，获得了广大用户的一致认可和好评。1 引言近几年，我国的建筑工业化发展迅速，装配式混凝土结构建筑已在城市住宅建设中尽显优势，施工环保、建造周期短的特点也为城市减少环境污染和大气

3、雾霾做出了贡献。随着装配式混凝土结构应用的发展，一些地方级设计、施工标准相继出台，相关产品国家行业标准陆续颁布实施，业内期盼已久的住建部国家行业技术标准装配式混凝土结构技术规范JGJ1-2014已正式批准发布（ 2014 年 10 月 1 日起开始实施） ，装配式混凝土结构应用即将进入高速发展阶段。预制构件的受力钢筋的连接技术是直接影响装配式混凝土结构安全度的关键，早已成为装配式混凝土结构相关产业的关注焦点之一，而钢筋套筒灌浆连接技术是国内外公认的一种最成熟、可靠的解决方案，必将在我国的工业化建筑中得到广泛的应用。以下结合我单位（北京建茂）在钢筋套筒灌浆连接技术和产品开发、应用的经验，以及国内

4、相关标准规范的要求，就预制构件钢筋套筒灌浆连接件、材料及应用等内容进行一些介绍，并以此与PC技术专家和行业同仁们相互交流和学习。2 钢筋灌浆连接接头与应用2.1灌浆连接技术原理及接头结构形式钢筋套筒灌浆连接接头由带肋钢筋、灌浆套筒和专用灌浆料所组成。连接技术原理是：连接钢筋插入套筒后，将专用灌浆料灌入套筒，充满套筒与钢筋之间的间隙，灌浆料硬化后与钢筋横肋和套筒内壁形成紧密啮合，并在钢筋和套筒之间有效传力，即将两根钢筋连接在一起。本文中的灌浆料专指水泥基灌浆料，而采用灌注熔融金属材料的套筒灌浆连接，称为熔融金属灌浆接头，不在本文讨论范围。按钢筋与连接套筒相连接方式的不同，分为全灌浆和半灌浆两种接

5、头。1 / 8全灌浆接头是一种传统的灌浆连接形式，连接套筒与两端的钢筋均采用灌浆连接方式，两端的钢筋均须为带肋钢筋，接头结构如图1a 所示。半灌浆接头是一种较新的灌浆连接形式，连接套筒与一端钢筋采用灌浆连接方式连接，而另一端采用机械连接方式连接，目前已有应用的机械连接方式是直螺纹连接和锥螺纹连接，接头结构如图 1b 所示。全灌浆接头半灌浆接头图 1灌浆接头结构示意图2.2 接头在混凝土结构中应用钢筋套筒灌浆接头允许应用在以下混凝土结构部位：1）预制柱、预制剪力墙的竖向钢筋连接处。可采用半灌浆接头或全灌浆接头。2）预制叠合梁下部连接处后浇段的纵向钢筋连接处。采用全灌浆接头。由于预制构件的连接钢筋

6、接头不得不在同一截面布置，因此在装配式混凝土结构技术规范JGJ1-2014中明确规定，采用套筒灌浆连接的纵向钢筋，其接头应满足现行国家行业标准钢筋机械连接技术规程 JGJ107中的级接头的性能要求。接头是否达到级接头的性能要求，通过JGJ107规定的接头型式检验进行判定，其内容包括：单向拉伸、高应力反复拉压和大变形反复拉压3 项试验，对接头的变形性能和抗拉强度进行检测，各项均达到级接头性能指标的接头，方可判为级接头。不同规格钢筋的套筒灌浆连接接头要分别进行型式检验。接头型式检验性能指标见表1。表 1 钢筋机械连接级接头性能指标型式检验试验项目级接头性能指标残余变形 (mm)单向拉伸最大力总伸长

7、率（ %）试验抗拉强度（ MPa）高应力反复拉压残余变形 (mm)试验抗拉强度（ MPa）大变形反复拉压残余变形 (mm)试验抗拉强度（ MPa）3 钢筋连接用灌浆套筒3.1 套筒结构形式u0 0.10( 钢筋直径 d 32mm时)u0 0.14( 钢筋直径 d 32mm时)Asgt 6.0fmstofstk( 试件 断于钢筋时)或f msto1.10 fstk( 试件破坏于接头时)fmstou20 0.3fstk( 试件 断于钢筋时)或f msto1.10 fstk( 试件破坏于接头时)fmstou4 0.3 且 u8 0.6fstk( 试件 断于钢筋时)或f msto1.10 fstk(

8、试件破坏于接头时)2 / 8国家行业标准钢筋连接用灌浆套筒JG/T398-2012 将灌浆套筒按加工方式分为铸造灌浆套筒和机械加工灌浆套筒，按结构形式分为全灌浆套筒和半灌浆套筒，见图2。全灌浆套筒半灌浆套筒L：灌浆套筒总长；L 0 ：锚固长度；L1 ：预制端预留钢筋安装调整长度；L 2：现场装配端预留钢筋安装调整长度T：灌浆套筒壁厚； d：灌浆套筒外径； D：内螺纹的公称直径；D 1 ：螺纹的基本小径；D2 ：半灌浆套筒螺纹端与灌浆端连接处的通孔直径；D3：灌浆套筒锚固段环形突起部分的内径图 2灌浆套筒结构示意图3.2JG/T398 的一般规定为保证套筒横截面的承载能力，全灌浆套筒的中部、半灌

9、浆套筒的排浆孔位置计入最大负公差后的屈服承载力和抗拉承载力的设计应符合JGJ 107 的规定。为保证套筒内灌浆料对钢筋的锚固能力，灌浆套筒灌浆连接端钢筋锚固长度L0 不宜小于8 倍钢筋直径。为保证钢筋安装在套筒内的长度L 在其允许偏差范围内时，套筒内钢筋长度最短不小于接头型式检验确定的锚固长度，最长不大于套筒灌浆腔最大深度，灌浆套筒中间轴向定位点两侧应预留钢筋安装调整长度，预制端L1 不应小于 10mm，现场装配端L2 不应小于 20mm。为保证套筒灌浆腔对灌浆料的锚固能力，腔内设置的剪力槽的数量应符合表2 的规定；剪力槽两侧凸台轴向厚度不应小于2mm。表2 灌浆套筒单侧灌浆腔内剪力槽数量连接

10、钢筋直径， mm122022323640剪力槽数量，个3453.3 套筒材料性能钢筋连接用灌浆套筒JG/T398对套筒材料性能要求如下：灌浆套筒采用铸造工艺制造时宜选用球墨铸铁，采用机械加工工艺制造时宜选用优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结构钢或其它经过接头型式检验确定符合要求的钢材。采用球墨铸铁制造的灌浆套筒，材料应符合GB/T 1348 的规定，其材料性能尚应符合表3 的规定。采用优质碳3 / 8素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结构钢加工的灌浆套筒，其材料的机械性能应符合GB/T 699、GB/T 8162、GB/T 1591 和 GB/T 3077 的规定，同时应符合表3 的规

11、定。表 3 灌浆套筒的材料性能要求项目球墨铸铁性能指标各类钢材料性能指标屈服强度， MPa/ 355抗拉强度， MPa550 600断后伸长率， % 5 16球化率， % 85/硬度， HBW180250/3.4 套筒尺寸偏差钢筋连接用灌浆套筒 JG/T398对灌浆套筒的尺寸偏差的主要规定见表4。表4 灌浆套筒尺寸偏差表项目灌浆套筒尺寸偏差序号铸造灌浆套筒机械加工灌浆套筒钢筋直径， mm1220223236401220223236401外径 d允许偏差 ,mm±0.8±1.0±1.5±0.6±0.8±0.82长度 L允许偏差， mm&

12、#177;（ 0.01 ×L）±2.0锚固段环形突起部分的3内径最小尺寸D 3与钢筋公1010称直径差值， mm3.5套筒外观质量钢筋连接用灌浆套筒JG/T398对灌浆套筒外观质量要求为：采用铸造工艺加工的灌浆套筒内外表面不应有影响使用性能的夹渣、冷隔、砂眼、缩孔、裂纹等质量缺陷。采用机械加工工艺加工的灌浆套筒表面不得有裂纹或影响接头性能的其它缺陷；灌浆套筒端面和外表面的边棱处应无尖棱、毛刺。3.6套筒力学性能钢筋连接用灌浆套筒JG/T398 要求灌浆套筒应与灌浆料匹配使用,采用灌浆套筒连接钢筋接头的抗拉强度应符合JGJ107中级接头的规定。3.7JM 灌浆套筒北京思达建茂

13、JM 灌浆套筒产品包括： 预制剪力墙和预制柱竖向钢筋连接用CT系列灌浆直螺纹套筒（半灌浆套筒） ，预制叠合梁水平钢筋连接用CTH系列全灌浆套筒。CT 系列灌浆直螺纹套筒和CTH 系列灌浆套筒的特点是：1） 套筒材料全部采用优质碳素结构钢材料，强度高、韧性好、性能稳定；2）套筒内部结构采用高精度数控机床加工，尺寸精确、可靠度高；3）套筒采用北京建茂获国家发明专利的技术成果：多段、双斜面剪力槽灌浆腔结构，见图3，套筒外形尺寸缩到了最小，优于国外灌浆套筒产品。4 / 8一体式半灌浆套筒分体式半灌浆套筒4 钢筋连接用套筒灌浆料4.1 灌浆料的成分与功能图 3CT系列灌浆套筒结构示意图国家行业标准 钢筋

14、连接用套筒灌浆料JG/T408-2013 对钢筋套筒灌浆连接专用灌浆料的定义指明了其材料成本与功能：以水泥为基本材料，配以细骨料，以及混凝土外加剂和其它材料组成的干混料，加水搅拌后具有良好的流动性、早强、高强、微膨胀等性能，填充于套筒和带肋钢筋间隙内，简称“套筒灌浆料”。灌浆料中使用的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥应符合GB175规定，使用的硫铝酸盐水泥应符合GB20472的规定。灌浆料中使用的细骨料天然砂、人工砂应符合GB/T 14684的规定，最大粒径不宜超过2.36mm。灌浆料中使用的混凝土外加剂应符合GB8076 和GB 23439的规定。4.2 JG/T 408的一般规定灌浆料应与钢筋套

15、筒匹配使用，钢筋套筒灌浆连接接头应符合JGJ107中级接头的规定。套筒灌浆料应按产品设计（说明书）要求的用水量进行配制。拌合水应符合JGJ63的规定。套筒灌浆料使用温度应不低于 5。4.3 JG/T 408 的对灌浆料性能要求及CGMJM 系列套筒灌浆料JG/T 408 标准对灌浆料的流动度、抗压强度、膨胀性能等性能提出了明确要求，详见表5。北京思达建茂在多年积累的特种水泥灌浆料产品开发经验和技术基础上，针对钢筋套筒灌浆连接接头，成功开发了CGMJM 系列套筒灌浆料，其主要性能指标满足或超过了JG/T408 标准的指标，见表 。5表 5CGNJM 系列套筒灌浆料的技术性能项目性能指标JG/T

16、408 标准CGMJM-型CGMJM-初始 300 310 300流动度（ mm）30min 260 280 27060min/ 260抗压强度1d 35 353d 60 60（ MPa）28d 85 85 110竖向膨胀率3h 0.02 0.02（% ）24h 与 3h 差值0.02 0.50.02 0.5氯离子含量（ %）0.030.03泌水率（ %）0%0%CGMJM 系列套筒灌浆料特点是：1） 流动度高，搅拌时间短，可操作时间长（达60 分钟以上），可保证各种施工作业条件下的灌浆连接顺利完成，消除了因材料可操作时间短导致灌浆失败的隐患。2） 配方设计先进，已获国家发明专利，抗压强度、微

17、膨胀性能稳定，连接接头的性能和质量有保障。3）针对不同结构应用而进行了专业设计，直径在25mm 以下钢筋连接接头，采用加水率高的85MPa 级 CGMJM-型灌浆料， 以适应施工中可能出现的加水率偏差， 有效保证连接质量； 直径 28mm 以上的钢筋连接接头， 采用加水率稍低的 110MPa 级 CGMJM-型灌浆料， 以减少接头尺寸和灌浆料5 / 8用量，提高施工效率和连接质量。4) 与北京建茂获的发明套筒接头配套使用，在各种工况下均能完成具有充分安全度的接头，其合格率在数十万接头的工程抽检试验中达到100%。5 连接材料的应用5.1 钢筋套筒灌浆连接施工工艺钢筋套筒灌浆连接施工工艺通常包括

18、两部分，第一部分是在预制构件厂，进行灌浆套筒与预埋钢筋的连接和安装施工，第二部分是在构件安装施工现场，构件安装和灌浆连接施工。在装配式混凝土结构现浇段采用全灌浆时，钢筋套筒灌浆连接施工工艺则包含以上第二部分的构件安装和灌浆连接施工。5.2 预制构件厂的连接施工材料验收预制构件厂进行安装或连接施工前，应对构件接头采用的连接材料进行以下验收工作：1） 灌浆接头型式检验报告的验收。预制构件厂应对供应商提交的，由有资格的检验单位出具的各规格钢筋连接接头的级接头型式检验报告进行验收。接头型检报告中试件钢筋的牌号、横肋外形应与构件中使用的钢筋相同。灌浆套筒、套筒灌浆料应分别符合JG/T 398 和 JG/

19、T408 的相关要求。2） 接头工艺检验预制构件厂应抽取灌浆套筒，并用其配套的套筒灌浆料，由培训合格的操作人员模拟构件安装时的工位情况，制作钢筋的灌浆接头。接头试件在标准条件下养护28 天后，进行JGJ107所规定的接头工艺检验，检验结果合格后，方可使用该灌浆套筒进行预制构件的生产加工。生产期间如更换钢筋生产厂家，还需补充进行接头工艺检验。生产加工预制墙、柱在工厂的预制加工，是将一端钢筋与套筒进行连接或安装。半灌浆接头应先进行预埋钢筋连接丝头的加工和与灌浆套筒的连接。钢筋螺纹加工和连接应由培训合格的操作人员进行。钢筋丝头的螺纹牙型角度、螺纹直径、螺纹长度均应符合接头设计要求。钢筋与灌浆套筒的连

20、接的拧紧扭矩值、丝头外露长度均应符合JGJ107的相关规定。预埋钢筋与灌浆套筒进行螺纹连接后，应按批次对其连接质量进行外观检验，外观检验合格的，再抽样制作灌浆连接接头，进行接头抗拉强度试验。预制构件中采用全灌浆套筒时，其外观检验主要是判定预埋连接钢筋插入套筒内的深度应符合接头设计要求。钢筋与套筒进行连接或安装生产时，应按批抽样制作灌浆连接接头，进行接头抗拉强度试验，以确认灌浆套筒质量和已完成的连接质量。抽样数量按钢筋套筒灌浆连接应用技术规程（在编国家行业标准）或JGJ107标准执行。构件生产中，灌浆套筒和钢筋应采用套筒固定件或其它可靠措施固定在模具上。灌浆套筒应与柱底、墙底模板垂直，并采取措施

21、避免套筒和钢筋移位。与灌浆套筒侧壁的灌浆、排浆接头（或孔）相连接的灌浆管、排浆管应定位准确，安装牢固，设有防止混凝土浇筑漏浆的措施。6 / 8a.半灌浆接头钢筋丝头加工b.半灌浆接头构件钢筋笼c.全灌浆构件钢筋及模具图 4灌浆连接预制构件生产照片预制构件出厂检验预制构件出厂前，应对其外形尺寸、混凝土强度等进行检验。构件上的套筒灌浆连接的相关尺寸及位置偏差应符合相关标准的要求。构件上的灌浆套筒内腔、灌浆管、排浆管内应无异物，确保通畅。5.3 构件安装现场的连接施工材料验收预制构件进场后，在安装和连接施工前，应对构件接头采用的连接材料进行以下验收工作：1） 灌浆接头型式检验报告的验收。施工单位和预

22、制构件厂一样，应对供应商提交的，由有资格的检验单位出具的各规格钢筋连接接头的级接头型式检验报告进行验收。2） 套筒灌浆料进场检验进场的套筒灌浆料应与预制构件内的灌浆套筒相匹配，进场后按批次抽样，按JG/T408 的产品出厂标准对其主要性能指标进行复验，合格后方可使用。如施工单位自行选择与预制构件内套筒接头型式检验报告不同的灌浆料，须用所选灌浆料与预制构件中使用的灌浆套筒制作灌浆接头，取得相应接头的级接头型式检验报告后，方可使用。在安装过程中，还须重新按批制作接头拉伸试验试件，验证灌浆料与预制构件内灌浆套筒的匹配性能和可靠性。构件安装与连接墙、柱预制构件安装前，应首先检查构件安装部位的钢筋和结构

23、表面质量。1） 构件安装面上伸出的连接钢筋，其位置和长度均应符合设计要求，钢筋表面不得有异物。2） 连接面应干净、平整，不得有异物或积水，码放可牢固支撑构件且符合标高要求的垫块。构件安装后，应使用坐浆料或其它可靠密封措施，对构件下方水平缝灌浆腔进行密封处理。尺寸大的墙体连接面，宜用坐浆料进行分仓处理。灌浆时，应由经培训合格的专业人员进行施工。灌浆料应按产品规定的加水率加水，使用电动高速搅拌器，将拌合水水与灌浆料干粉搅拌均匀，制成灌浆料拌合物（浆料）使用。每班应对灌浆料流动度进行检验，确认满足使用要求后，方可进行灌浆作业。预制梁连接钢筋部位安装全灌浆接头套筒，通过连接钢筋上标画的插入深度标记检查套筒位置正确性，套筒灌浆接头的灌浆和排浆孔端口超过套筒内壁最高处，两端密封圈位置正确、无破损。灌浆时，应用压力灌浆设备通过接头下方的灌浆孔灌入浆料，直至浆料依次从其它接头的灌浆孔和排浆孔流出后，及时用密封胶塞封堵牢固。7 / 8灌浆施工时宜旁站质量监督员，并记录灌浆料流动度和接头灌浆、排浆口出浆、封堵情况，确保作业无误、记录真