化学植筋抗拔承载力现场检验

化学植筋抗拔承载力现场检验技术要点分析贾志尧唐碧凤摘要：本文针对混凝土结构后锚固技术——化学植筋检验的要求、步骤、评定以及检验中遇到的问题进行了分析和论述，并通过对规程的理解和现场检验的具体情况，尤其是对荷载检验值的确定等方面提出分析及建议，并与同行分析探讨。关键词：后锚固化学植筋检验值要点分析0前言化学植筋简称植筋，是以化学胶粘剂——锚固胶，将带肋钢筋及长螺杆等胶结固定于混凝土基材锚孔中的一种后锚固生根钢筋（详见图1）。植筋具有的技术特点:（1）设计灵活，应用广泛；（2）定位精确，可靠性强；（3）施工方便、操作简便；（4）工艺简单，节省工期；（5）承载力大，对结构影响小；（6）施工对环境影响小；（7）安全可靠，经济合理。由于其独特的技术特点，既普遍使用在旧房改造、结构加固、建筑装修等工程中，又用于新建混凝土结构中，解决钢筋漏埋、位移等问题，技术发展较快，并成为一种不可缺少的新型技术。植筋由于长度不受限制，与现浇混凝土钢筋锚固相似，破坏形态易于控制，一般均可控制为锚筋钢材破坏，所以在工程中得到了较为广泛的应用。由于化学植筋的广泛应用，为了保证工程质量和使用效果，就对现场检验工作提出了一定的要求，依据《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004（以下简称《规程》）对检验结果进行评定。要做好检验工作，就必须了解和熟悉化学植筋的适用范围、破坏类型和形式、检验仪器的操作和使用,以及检验结果的计算与评定和所要注意的几个问题，从而来保证检验工作的质量，对所检试件给出正确的评价，避免造成误判、漏判和错判。1化学植筋检验前的准备工作1.1化学植筋检验前宜具备下列资料（1）工程名称和设计、施工、监理、建设、委托单位名称；（2）结构或构件种类、外形尺寸及数量；（3）设计混凝土强度等级；（4）化学植筋使用的钢筋规格型号、检测数量；（5）锚孔直径及有效锚固深度；（6）锚固胶生产厂家及固化养生是否符合生产厂家要求；（7）结构或构件质量状况及检测原因。1.2检测仪器的准备（1）锚杆拉力计必须具有制造厂的产品合格证；（2）锚杆拉力计必须具有检定单位的检定合格证且在有效期内；（3）锚杆拉力计使用前的检查①首先检查油量。方法是拧开注油口盖，如油不满（储油筒中应留有约1/5空间），可加注N32号耐磨液压油；②其次排气。方法是拧松注油口盖，将手动泵放在比液压缸稍高的地方，顺势拧紧卸荷阀，压手动泵，使液压缸活塞伸出至最大量程，再打开卸荷阀，使活塞缩回，连续几次即可。2检验仪器操作步骤及注意事项2.1锚杆拉力计操作步骤（1）液压缸活塞如没有完全缩回到缸体内时，应首先通过油管连接至手动阀，逆时针方向拧松泵体上的卸荷阀，使液压缸中的液压油排回到手动阀储油筒中。（2）液压系统组装好后，为使液压系统正常，必须排掉储油管、油管及液压缸中混有的空气。（3）检查数字压力表。按动数字压力表的开关键，等待数秒后，自动显示为零，如不为零可按清零键。每次测读完毕后，应立即关掉电源，以延长电池使用寿命。（4）检测锚杆。将锚杆拉力计与被测锚杆连接好。将卸荷阀顺时拧紧，慢压手动泵使活塞伸出约10mm。安装与锚杆相配套的锚具或螺母并固定可靠，打开压力表开关，压力增加直至达到最大值。停止加压。记录压力表数字后将电源关闭。2.2操作时注意事项（1）拉立计严禁超载使用，否则会引起永久性损坏。（2）应保持液压系统清洁。油缸用毕应将活塞缩回，活塞杆内外径上要经常加油，防止生锈。（3）油缸工作时底部必须摆平放稳，垂直受力，不得超行程工作。（4）拉拔检测时，油缸周围严禁站人，注意安全。3化学植筋锚固破坏类型锚固破坏类型分类的目的，在于精确地进行承载力的计算分析，最大限度地提高连接的安全可靠性及使用的合理性。3.1锚固破坏类型的分类（1）植筋钢材破坏；（2）基材混凝土破坏；（3）植筋拔出破坏。3.2锚固破坏类型的影响因素（1）锚筋品种；（2）锚固深度；（3）基材性能；（4）锚固胶；（5）作用力性质等。3.3锚筋钢材破坏的实际情况（1）拉断破坏；（2）剪坏；（3）拉剪复合受力破坏。3.4引起锚筋发生破坏的原因（1）锚固深度超过临界深度；（2）混凝土强度过高；（3）锚固区钢筋密集；（4）锚筋钢材强度较低；（5）基材有效截面偏小（此种破坏，一般具有较为明显的塑性变形）。4化学植筋受拉破坏形式化学植筋受拉破坏的主要形式有两种，分别是胶筋界面破坏和胶混界面破坏。破坏形式一，称为胶筋界面破坏。化学植筋受拉时，沿胶粘剂与钢筋界面的拔出破坏形式（详见图2）。破坏形式二，称为胶混界面破坏。化学植筋受拉时，沿胶粘剂与混凝土孔壁界面的拔出破坏形式（详见图3）。4.1胶筋界面破坏发生的主要原因（1）粘结剂强度较低；（2）基材混凝土强度较高；（3）锚固区配筋较多；（4）钢筋表面较为光滑（如光圆钢筋）等情况。4.2胶混界面破坏发生的主要原因（1）锚孔表面处理不当，如未清孔即存在大量灰粉；（2）孔道过湿；（3）孔道表面被油污等情况。5化学植筋对相关材料的要求化学植筋对相关材料诸如混凝土基材、钢筋、锚固胶、锚孔和安装等都有具体的要求，只有满足了这些要求，才能达到后锚固的效果，提供结构或构件所需要的抗拔承载力。5.1混凝土基材（1）混凝土基材必须坚固可靠，相对于被连接件，应有较大的体量。基材结构本身尚应具有相应的余量，以承担被连接件所产生的附加内力。（2）存在严重缺陷的混凝土如风化混凝土、严重裂损混凝土、不密实混凝土、结构抹灰层装饰层等，均不得作为锚固基材。（3）混凝土强度等级较低的基材，锚固承载力较低，且很不可靠。所以，基材混凝土强度等级不应低于C20。（4）混凝土基材的厚度应大于或等于锚拴的埋置深度与2倍锚孔直径的和。（5）混凝土基材的表面应坚实、平整，不应有起砂、起壳、蜂窝、麻面、油污等影响锚固承载力的现象。（6）若设计无说明，在锚固深度范围内应基本干燥。5.2钢筋（1）化学植筋使用的钢筋，一般以普通热轧带肋钢筋锚固性能最好，光圆钢筋锚固性能较差。（2）钢筋应采用HRB400级和HRB335级带肋钢筋。（3）钢筋的强度指标按现行的国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010规定采用。5.3锚固胶（1）锚固胶性能主要取决于锚固胶（胶粘剂、粘结剂）和施工方法。（2）化学植筋所用锚固胶的锚固性应通过专门的试验确定。现场使用时，除说明书规定可以掺入定量的掺和剂外，不宜随意掺加填料。（3）我国使用最广的锚固胶是环氧基锚固胶，对其性能及使用条件提出了要求。主要有物理性能、胶体强度及变形性能、钢-钢粘结强度、钢-混凝土粘结强度、耐温性能、冻融性能和耐老化性能等。5.4锚孔（1）对锚孔质量的要求。锚孔应符合设计要求。当无具体要求时，应符合深度深度允许偏差＋20mm和0mm、垂直度允许偏差5°、位置允许偏差5mm的要求。（2）对锚孔应先用空压机或手动气筒彻底吹净孔内的碎渣和粉尘，再用丙酮擦拭孔道，并保持孔道干燥。（3）锚孔应避开受力主筋，对于废孔，应用化学锚固胶或高强度等级的树脂水泥砂浆填实。5.5安装（1）安装应根据锚固胶施用的三种形态和三个方向的不同采用相应的方法。三种形态即管装式、机械注入式和现场配制式。三个方向即向上、向下和水平。（2）焊接应考虑焊接高温对胶的不良影响，采取有效的降温措施，离开基面的钢筋预留长度应不小于20d,且不小于200mm。（3）钢筋置入锚孔后，在固化完成之前，应按厂家所提供的养生条件进行固化养生，固化期间禁止扰动。6化学植筋抗拔承载力现场检验技术6.1检验类型（1）化学植筋抗拔承载力现场检验分为两类，一类为非破坏性检验；另一类为破坏性检验；（2）对于一般结构及非结构构件，可采用非破坏性检验；（3）对于重要结构构件及生命线工程非结构构件，可采用破坏性检验，并尽量选在受力较小的次要连接部位。6.2试样选取及批量划分（1）化学植筋抗拔承载力现场非破坏性检验，采用随机抽样方法取样；（2）同规格、同型号、基本相同部位的化学植筋组成一个检验批；（3）抽取数量按每批总数的1‰计算，且不少于3根。6.3检验设备要求（1）加荷设备应能按规定的速度加荷，测力系统整机误差不应超过全量程的±2%。（2）加荷设备应能保证所施加的拉伸荷载始终与锚拴的轴线一致。（3）位移测量误差不应超过0.02mm。（4）加荷设备支撑环内径≥12d（d为钢筋直径）及250mm之最大值。6.4检验方法要求（1）连续加载。以匀速加载至设定荷载或锚固破坏，总加载时间为2min～3min。（2）分级加载。以预计极限荷载的10%为一级，逐级加荷，每级荷载保持1min～2min，至设定荷载或锚固破坏。（3）非破坏性检验，荷载检验值应取0.9（为钢筋截面面积；为钢筋屈服强度标准值）及0.8（为非钢材破坏承载力标准值）计算之较小者。6.5非破坏性检验结果评定现场检验一般为非破坏性检验，判断其是否合格的条件是：（1）混凝土基材无裂缝；（2）植筋无滑移等裂损现象；（3）且2min持荷期间荷载降低不大于5%。6.6现场检验不合格情况的处理。当非破坏性检验为不合格时，应另抽不少于3个试件做破坏性检验判断。7有关荷载检验值的计算问题探讨7.１非破坏性检验荷载值应取0.9和0.8二者的较小值（为植筋钢筋应力截面面积；为植筋钢筋屈服强度标准值；为非钢材破坏承载力标准值）。7.2检验荷载值计算对于0.9来说，比较容易。7.３检验荷载值计算对于0.8来说，就很困难。因为为非钢材破坏承载力标准值，《规程》中规定，可按6.1节的有关规定计算。7.４而《规程》６．１节检验荷载值的计算途径给出两种方法，一种途径是通过混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力设计值与受拉承载力分项系数求得；另一种途径是通过开裂混凝土单根锚栓受拉，理想混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力标准值、及计算面积，单锚或群锚实际破坏面积，边距影响，钢筋剥离影响，荷载偏心影响，及未开裂影响等系数求得。（1）检验荷载值计算途径一单锚或群锚混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力设计值按式（7-1）计算：（7-1）由此可知，非钢材破坏承载力标准值可按式（7-2）计算：（7-2）式中：——混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力设计值；——混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力标准值；——混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力分项系数，结构构件=3.0。就式（7-1）而言，混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力设计值，如是设计图中未告知，也就无法利用式（7-2）的计算。所以，得不到的检验值。（3）检验荷载值计算途径二混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值按式（7-3）计算：（7-3）式中：——开裂混凝土单根锚栓受拉锥体破坏时的受拉承载力标准值；、——分别为计算面积、单锚或群锚实际破坏面积；、、、——分别为边距影响、钢筋剥离影响、荷载偏心影响、提高影响系数。就式（７－３）而言，值《规程》中仅给出了单根膨胀型、扩孔型锚拴的值，并没有给出化学植筋的值。这样，就造成了计算上的困难。然而，在条文说明中给出了对于开裂混凝土，Eligehausen,R和Malle,R的研究表明，混凝土锥体组合破坏承载力会大幅度降低，其标准值的计算公式为：（7-4）式中：——开裂混凝土锥体组合破坏时的受拉承载力标准值，N；——钢筋或螺杆锚固深度，mm；——混凝土立方体抗压强度标准值，MPa。另外，在条文说明中还给出了化学植筋受拉时混合型破坏承载力回归公式：（7-5）式中：——混凝土立方体抗压强度，MPa。对于以上两式，仅仅只能作为参考，《规程》并未将其列入标准要求，这就给检验值的第二计算式带来了计算上的不确定性。8结论8.1满足锚固设计要求的化学植筋，可用于抗震设防不大于8度的受拉结构构件及非结构构件的后锚固连接。8.2对受拉结构构件的锚固连接，应控制为锚拴或植筋钢材破坏，不应控制为混凝土基材破坏。8.3对满足锚固深度要求的化学植筋，不应产生混凝土基材破坏或拔出破坏。8.4对化学植筋的锚孔应先用空压机或手动气筒彻底吹净孔内，碎渣和粉尘，再用丙酮擦拭孔道，并保持干燥。8.5化学植筋的安装应根据锚固胶施用形态的不同采用相应的方法。8.6化学植筋植入锚孔后，在固化完成之前，应按照厂家所提供的养生条件进行固化养生，