“装配式建筑灌浆套筒连接技术的质量控制”论文
摘 要
装配式建筑工程的一项重要技术是灌浆套筒连接，把灌浆套筒在预制构件制作时，预先埋入构件的连接端，到施工现场将另一个连接构件的外露钢筋插入套筒、构件安装定位完成后注入灌浆料，套筒内的钢筋和灌浆料通过黏结咬合的方式来实现构件连接，在施工过程中，只有完善可靠的构件连接才能满足建筑整体性要求，因此该技术的质量控制是重中之重。通过灌浆套筒连接技术的研究，分析全灌浆套筒和半灌浆套筒的优缺点，以及正插法和倒插法灌浆施工的优缺点，对该技术有了直观的了解。
从原材和灌浆施工的质量控制，以及介绍质量检验方式，重点说明在施工中的控制重点，提出相应建议。
设计制作了一个部件模型，模拟施工现场实际操作的每一个施工步骤，将模拟施工中发现的问题认真总结，得出正确选用封仓工具做好分仓封缝工序、提前掌握熟悉灌浆机的机械性能、引入成熟度思路指导施工、灌浆料对温度和时间较为敏感，对流动度的影响大等观点，做好这些可以解决或规避一些问题的出现，达到预期质量控制的效果。
最后思考灌浆套筒冬期施工的方法，以及保证灌浆套筒连接技术质量的方法。
关键词： 灌浆技术 灌浆料 质量控制
绪 论
研究背景：国家大力推广装配式建筑，在政策层面上对新建的保障性住房预制化率有了明确的规定，施工单位承揽含有装配式建筑工程项目的比例逐年提高，日后装配式建筑必将有广阔的发展空间。
动机：随着装配式建筑的发展应用，面临着许多问题，其中很多亟待解决，比如座浆料和灌浆料受外界环境温度影响大，灌浆套筒内灌浆料充盈度难以普遍验证等问题，希望通过分析灌浆套筒施工过程分析，采用管理措施手段，达到质量管理的目标。
意义：一切从施工现场实际出发，将实际运用结合模拟实验，通过理论结合实际的做法，分析研究出满足实际工程需要的质量控制方法，解决施工现场实际遇到的问题。
目的：分析原厂和施工过程中遇到的问题，并通过实验得到一手资料，分析总结解决问题办法，希望能够正确指导施工，为日后工作提供宝贵经验。
一、装配式建筑灌浆套筒连接技术概述
1、灌浆套筒连接技术
灌浆套筒连接技术是将套筒在预制构件制作时预先埋入构件的连接端，到现场将另一个连接构件的外露钢筋插入套筒、构件安装定位后，通过灌浆连接钢筋，套筒内钢筋和灌浆料通过黏结咬合来实现构件的连接。例如竖向预制墙体连接，通过灌浆将各楼层之间竖向构件穿过水平构件连接成为一体。
灌浆套筒又称灌浆套筒接头或套筒灌浆接头，是由专门加工的套筒、配套的灌浆料和钢筋形成的组合体。
2、灌浆套筒的连接方式
按照受力类型可分为全灌浆和半灌浆钢筋套筒。灌浆套筒按照材质和制造工艺可分为钢制机械加工和球墨铸铁铸造等种类。
（1）全灌浆钢筋套筒的形式及优缺点
两个需要被连接的钢筋从端部处插入全灌浆套筒内，注入高强度灌浆料，两根钢筋和套筒通过灌浆料被紧紧结合为一个整体，如图2-1所示。其优点是无需在钢筋端头加工螺纹，可设预制端钢筋中心和插入深度限位辅件，缺点是加工成本高，生产效率较低，继而产品成本较高。
图2-1全灌浆套筒示意图
（2）半灌浆钢筋套筒的形式及优缺点
两根钢筋中的一根钢筋通过套丝螺纹和半灌浆套筒连接拧紧，另一根钢筋通过高强度灌浆料和套筒连接成一个整体，从而达到两根钢筋连接，如图2-2所示。半灌浆套筒优点有原材料生产难度低，市场产品质量稳定，可靠度高。结构紧凑，尺寸精度高；外径小，剪力墙中双排布筋厚度方向间距大，结构承受平面外载荷能力高；长度短，连接区域所需布置水平箍筋或水平分布筋少；可连接不同直径钢筋，变径套筒设计加工更方便；预制端钢筋连接质量检验直观方便，套筒与钢筋连接成一体后降低了预制构件平台的相关工作量；现场灌浆方便、难度低。缺点是相比全灌浆套筒增加了钢筋螺纹加工和安装的工序，操作管理人员需经过培训，生产工序多，管控要求较高。
图2-2半灌浆套筒示意图
3、灌浆套筒的施工方法
按灌浆套筒在两个连接构件的相对位置可分为“正插法”和“倒插法”灌浆施工。目前北京市场一般采用“正插法”进行灌浆施工。
（1）“正插法”灌浆施工及优缺点
正插法[[1]]是在上层的竖向构件底部埋置灌浆套筒，下层构件顶部预留钢筋，施工时先将上层构件吊装对位，将下层预留钢筋插入上层构件预埋灌浆套筒内，再用灌浆机进行压力灌浆。灌浆前先用座浆料将构件底部封闭套筒和底部空间形成一个个灌浆联通腔，又称为分仓，24小时后进行灌浆，从套筒下部的灌浆口注浆，逐个封堵出浆口，待所有孔口流浆并完成封堵后，可视为施工结束。优点是构件运输存放简便，缺点是施工中套筒极容易出现空腔、气泡，从而造成连接处强度大幅降低的现象，并且注浆过程中不确定因素较多，施工质量难以保证。
（2）“倒插法”灌浆施工及优缺点
倒插法施工是指将灌浆套筒预埋在下层构件的上部，在施工时先将灌浆料灌入，然后再将下部预留钢筋的上层构件吊装对位进行拼装。优点是这种施工方法可以提高工作效率，施工消除灌浆不满等不利因素，甚至可以取消灌浆孔的存在，极大地降低了施工的难度与质量风险，一定程度上提高了钢筋连接质量。缺点是此种施工方式对构件存放和运输提出了更多要求，并且不被认可，因此目前很少采用。
二、灌浆套筒连接质量控制要点
1、 灌浆套筒原材质量控制
（1）确保螺纹接头质量
灌浆套筒需要做外观检验、接头工艺检验、套筒强度检验，平行试件检验等一系列检验，个别强度拉拔检验中发现有套丝钢筋从半灌浆套筒中滑脱现象，经调查发现构件场存在不同厂家的套丝机加工的牙型角和螺距不同，配合不同的灌浆套筒共同使用，易造成质量不合格。一般常用的牙型角有60°和75°，常用螺距有2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm，从而虽然钢筋可以拧入灌浆套筒，但抗拉强度达却不到设计要求。因此施工前考察构件厂家时应特别注意该点，以免造成系统性质量事故。
（2）确保浆料质量
首先要保证灌浆料符合要求，即有出厂检验和型式检验。包括初始流动度、30 min流动度；1天、3天、28天抗压强度；3小时竖向膨胀率、竖向膨胀率24h与3h的差值、及泌水率等。套筒灌浆料应与灌浆套筒以及灌浆机匹配使用。施工中不要随意更换供货厂家，导致材料性能不同，灌浆机易堵管，给灌浆造成众多不确定因素，因此同一工程尽量选用同一厂家进行供货，并且使用厂家配套的灌浆机进行灌浆作业。
2、 灌浆现场施工质量控制
（1）确保灌浆联通腔质量
灌浆过程中时常遇到出浆口不出浆等现象，即灌浆联通腔堵塞。施工前应进行套筒通畅性检查，要逐个排查，检查内壁是否有灰渣，排浆孔与注浆孔有没有硬化的水泥封堵，确保套筒内壁光亮，并对注浆孔进行一定的湿润，使得灌浆料能够顺利地进入到套筒内部。控制好灌浆时间，不超过20分钟，随用随拌灌浆料，并且灌浆泵停用超过十分钟，必须要清洗，不然会因浆料凝固堵塞管路
（2）确保套筒内灌浆料的充盈度
做好补浆工作，在灌浆完成后，对灌浆口和出浆口进行检查，发现漏浆或个别孔口有空洞现象，要及时补浆，出浆口下边缘比孔里面凝固的灌浆料上表面低于5mm 以上才算合格。注意灌浆时一个仓的只能用一个灌浆口灌浆，并且一个仓最好是能够一次性灌浆，中途不得停顿，也不能超过十分钟，继续灌浆时候，对浆料要有流动度检查，待浆料流出后，封堵出浆口。若灌浆中途发生漏浆应及时用橡胶塞封堵排浆口，出浆口按照浆料排出先后进行封堵，灌浆口等到所有的出浆口出浆之后再封堵，并停止灌浆。
3、 灌浆套筒连接质量检验
灌浆料在灌浆套筒内的充盈度[2]是控制灌浆质量，保证结构强度的关键点。可以通过以下几种方式进行检验。
（1）理论体积法检验
通过理论计算确定灌浆套筒管腔、导管、底部分仓的整个灌浆空间的大小，构件到场后，仔细与图纸比对，确保产品满足设计要求，在施工阶段，严格执行施工工序，并做好相关记录，结合灌浆料损失量，观察出浆口情况，用使用灌浆料的体积间接判断构件内灌浆料的充盈度。
（2）无损法检测
灌浆料充盈度检测参照混凝土超声检测技术的原理，即采用超声波检测，预埋传感器法、预埋钢丝拉拔法、便携式X射线法、内窥镜法等等，根据声学参量及其相对变化分析判断灌浆料的充盈度，达到检验灌浆施工质量的效果。
（3）微破损检验
采用破损钻芯取样检测，以局部破坏性试验获得实际的检测结果，直观可靠并且测试结果易被接受。但该方法直接造成局部破坏，工作量大、效率低、且费用高，容易对构件及受力钢筋造成一定损伤，虽可以后续对破损部位进行修补，但不宜大面积使用。
三、模拟灌浆中发现的问题与对策思考
1、模拟施工现场对墙体模型进行灌浆
（1）模型构件介绍
将施工现场灌浆墙体按比例缩小，在工厂里做灌浆实验。如图3-1所示。预制一个长×宽×高分别为2000mm×200mm×300mm，包含6个灌浆套筒的墙体构件模型，构件上安装两个吊环以便吊装，并配套做了一个构件基础。基础尺寸为长×宽×高分别为2000mm×200mm×50mm，配套预留与墙体模型相对应的钢筋，两边分别设置六角螺丝，即调平螺栓，最大限度的模拟还原施工现场情况，通过灌浆套筒技术实现连接。灌浆完成后效果如图3-2所示。
灌浆套筒连接技术中使用的座浆料和灌浆料对温度敏感性很强，施工过程中要高度关注施工环境温度。本此研究的时间为北京2018年12月下旬，按冬期施工标准要求进行研究，座浆料和灌浆料均采用低温型，特此说明。
图3-1 预制墙体和基础模型
图3-2 灌浆完成图
（2）模型灌浆施工步骤介绍
施工大概分为四个步骤：座浆料分仓封缝；座浆料静置养护；灌浆料制备与检验；灌浆施工。
首先计算座浆料和加水量，制备搅拌座浆料。关注座浆料适用温度为-5℃到10℃，施工现场环境温度为3度，因此现场可用该品种的座浆料。搅拌时严格按照出厂检验报告给出的加水率（13%至14%）加水，如图3-3所示。使用手持式电动搅拌机将其搅拌成胶泥状态，搅拌时间为3到5分钟，充分搅拌均匀，搅拌完成后不得再二次加水。
要求低温座浆料[3]的拌合浆体温度不应低于5℃，注意座浆料要正温存放。搅拌完成的座浆料尽量在20分钟内使用完成。搅拌后放置时间过长，失去塑性（攥捏不能成团）的砂浆不允许再使用。
图3-3 座浆料出厂检验报告
检查预制构件的水平、竖向位置调整到符合要求，用根PVC管作为座浆料封堵模具，塞入构件与基础间约20mm高水平灌浆联通腔中。一般情况下PVC管的外缘与构件外缘距离不小于15mm。座浆施工完成后将PVC管拔出，要求座浆料静置养护至少24小时以上。期间不得受到外界扰动。
根据体积计算灌浆料[4]使用量，严格按加水率12%计算用水量，如图3-4所示。首先在搅拌容器中加入全部拌合用水，再均匀加入70%的灌浆料干料，拌合灌浆料物采用电动设备搅拌充分且均匀，搅拌大致1到2分钟后，再加入剩余灌浆料干料，再搅拌2到3分钟至均匀，静置一分钟以上完成排气，并且进行流动度检验，留同条件试块之后方可使用。
由于低温环境下，浆体的粘度增大，流动度下降，可经过反复实验，适当提高加水率，但不应超过3%。浆体随用随拌，应制备完成后20分钟内使用完成。
图3-4 灌浆料出厂检验报告
在正式灌浆前，应将所有注浆口和排浆口塞堵打开，逐个检查各接头的灌浆孔和出浆孔内有无影响浆料流动的杂物，确保各孔路畅通。采用灌浆机对墙体进行灌浆施工，用灌浆泵从接头下方的灌浆孔向套筒内压力灌浆，逐个用专用橡胶塞封堵流出浆料的出浆口，灌浆泵管嘴撤离灌浆孔时，该口也应立即封堵。通过水平缝联通腔一次向构件的多个接头灌浆时，灌浆泵一直保持灌浆压力，直至所有接头的灌浆、排浆孔出浆并封堵牢固后，稳压一分钟后再停止灌浆。如有漏浆须立即补灌损失的浆料并做好记录。如图3-5所示，用灌浆机灌浆必须两个人操作，一个人灌浆，一个人封堵流浆口。
图3-5 两人灌浆操作
2、 模型灌浆中发现问题及解决办法
（1）正确选用工具做好分仓工序
用勾缝刀代替PVC管座浆效果更好。尽量不采用PVC管作为封仓的背衬，如图3-6所示，因为封仓完成后，拔出PVC管时，极易造成座浆料的扰动，严重影响封仓质量，导致座浆封仓不严，从而影响后期灌浆效果，导致灌浆料流出。如图3-7所示，用力拔出后座浆受扰动，质量难以保障。建议使用勾缝刀，俗称“溜子”的小工具，如图3-8所示，用作座浆封仓的背衬，勾缝刀随抹随动，勾缝完成，勾缝刀随即也拔出，这样可以防止座浆料施工期间受到扰动。
图3-6 PVC管塞入构件间隙
图3-7扰动后的封仓座浆
图3-8勾缝刀
灌浆料是具有流动性的，所以先得围成一个相对封闭的区域即灌浆联通腔。一般情况下一个分仓长度不大于1500mm。如图3-9所示，这个是分仓施工完成后，把构件吊起来看的座浆料的样子，用座浆料把两个构件之间的空隙边缘给填满，防止压力灌浆时灌浆料流出来，实际操作中封仓的座浆料宽窄、大小不一，施工过程中尽量保证宽窄20mm左右，这样能保证在压力灌浆时座浆料不被灌浆料冲垮，也可为灌浆料留出粘接空间，上下高度能保证构件调整的位置正确以及能正常封缝作业即可，高度一般为20mm，如图3-10，封仓的座浆料宽度过大。
图3-9 封仓宽度大小宽窄不一
图3-10座浆料过宽
（2）熟悉掌握灌浆机的实际性能
灌浆机使用之前必须要熟悉性能，压力表、开关等各个设备是否运转完好，提前学习一些基本的修理常识，可以处理在灌浆过程中可能会出现的机械故障，会使灌浆过程达到事半功倍的效果。灌浆压力一定要控制好，对意外事件有提前预判，比如跑浆要学会及时封堵，因为压力过大，灌浆料将座浆料冲垮，导致封仓失效后，如图所示3-11。灌浆中间临时停顿要用循环的方式让灌浆料继续运转，不要停泵，把灌浆机出浆口放在灌浆机灰斗里，让灌浆料一直往复循环，如果预判十分钟内不能恢复灌浆作业，要立即终止作业，及时清理灌浆机，要掌握灌浆机堵管后的处理方法。构件分仓前要检查灌浆口是否通畅，这个工序要求严格执行，可以免去封仓完成后，灌浆过程中不必要的麻烦。施工过程中的每一步质量控制都很重要，要按照工序流程做，切忌蛮干。
图3-11 灌浆过程中冲垮座浆料
（3）用成熟度指导灌浆施工
建议引入混凝土制品成熟度的概念预判指导灌浆作业开始时间。混凝土制品有成熟度的概念，座浆料也是水泥制品，因此推断也有该特性，即时间和温度的乘积，比如环境温度为20度，24小时后可以灌浆，即20乘以24小时得480，那么如果环境温度为0度，肯定需要采取升温和保温措施，如果是30度时间可以缩短灌浆开始时间，通过这种方法，量化指导后续灌浆施工作业，同时要加强结合实际积累经验，做好判断，如图3-12所示，过早灌浆冲破座浆料。
图3-12 过早灌浆导致封仓失效
（4）温度对灌浆料流动度的影响
灌浆料的流动度对灌浆的成败很关键，因此水灰比一定要严格按照材料出厂检测报告执行。留心观察灌浆料对温度敏感性。温度低了不行，温度高了更不行。如图3-12所示，因为屋里构件厂房室内温度相对较高，到室外搅拌灌浆料，之后实测流动度刚好满足要求，搅拌灌浆料过程时，冬季施工要提前准备热水，夏季要准备冰块。经过几次实践温度控制在20度左右的比较合适，冬季必须带有电伴热等加热和保温措施，灌浆料要提前正温存放。
图3-13室外搅拌灌浆料
（5）时间对灌浆料流动度的影响
流动度对时间的敏感性也很强，一般情况下从灌浆料搅拌完成后，到使用完成不要超过20分钟，期间要注意检测流动度。灌浆料流动度大一些，在一定程度上会方便施工。制备灌浆料时，搅拌时间、静置时间、使用时间一定要控制并且记录，如图3-14所示。
图3-14及时检测灌浆料的流动度
座浆料及灌浆料的制备按规范操作很重要，灌浆料过干或过稀都不满足要求。实际施工过程中凭感觉、靠经验也很重要，具体情况具体分析，对于优秀的工人和管理人员，对材料质量要有起码的感知，对灌浆料的特性要有所了解，必须持续加强研究性学习，多用心，多做几次尝试，多吃几次亏，多浪费几袋灌浆料，切忌生搬硬套，相信有心人就可以掌握该项技能。
四、灌浆套筒连接技术的几点体会
1、关于灌浆套筒连接技术冬期施工
冬期施工装配式建筑会采用后灌浆法，即不拆除墙体支撑，继续施工后续结构工程，待环境温度达到正温要求以后，再进行墙体底部灌浆施工，一次性灌注几层的灌浆料，实际应用这个方法，必须经过设计单位同意，并且一般不宜超过3层。并且在冬期浇筑现浇节点时，混凝土容易流入未进行座浆的构件底部，从而后期灌浆效果，所以预制构件和现浇节点相交处底部必须分仓，并且要求座浆封堵要完善牢固。这种做法还需要进一步量化定性分析，并加以实践和实验研究。
2、关于判断灌浆套筒连接技术的施工质量
施工过程中做好平行试件的检测和试块的留置工作。施工现场实践最普遍的检测灌浆套筒内灌浆料充盈度的方法是理论体积法检验，即通过施工的过程质量控制，保证每个出浆口“流泪”后再进行封堵，以求达到满足充盈度的要求。这种方式虽然会受工人的操作水平、总包方和监理方检查频次等诸多影响因素干扰，人为因素较大，但目前是最普遍的保证措施。无损检测及有损检测同时费用又会付出很多，不宜大面积使用，结构的安全性和套筒内的灌浆料充盈度是强相关，所以施工过程中必须加强质量控制。
结 论
灌浆套筒连接技术具有良好的受力特性和应用空间，优点众多的同时，对施工过程的控制也较为严格。通过控制人员、材料进场、施工过程管理等一系列手段，全方位把控灌浆套筒的施工质量。通过模型的实际检验，加上理论分析，采用正确的使用封仓工具做好分仓封缝工序、提前掌握灌浆机的性能、座浆料养护要引入成熟度的概念指导灌浆施工开始时间、掌握温度和时间对灌浆料流动度影响，掌握这些技能，可以很好的控制灌浆套筒施工技术，从而满足施工预期的效果。
参考文献
[[1]]孔 钧《建筑技术》装配式建筑生产领域现存问题研究
[2]王 勤《装配式建筑》装配式建筑浆锚灌浆质量超声检测技术研究
[3] JM-ZD 低温座浆料使用说明书
[4]CGMJM-6D1低负温型套筒灌浆料使用说明书