2.3.1 钢筋套筒灌浆连接
钢筋套筒灌浆连接是在金属套筒内灌注水泥基浆料，将钢筋对接连接所形成的机械连接接头，如图2-23所示。钢筋套筒灌浆连接的技术在美国和日本已经有近四十年的应用历史，是一项十分成熟的技术。美国ACI已明确将这种连接列入机械连接的一类，不仅将这项技术广泛应用于预制构件受力钢筋的连接，而且还用于现浇混凝土受力钢筋的连接。我国部分单位对这种接头进行了一定数量的试验研究工作，证实了它的安全性。目前，装配式建筑中钢筋套筒灌浆连接的应用最为广泛。
1.钢筋套筒灌浆连接的原理及工艺
1）钢筋套筒灌浆连接的原理
带肋钢筋插入套筒，向套筒内灌注无收缩或微膨胀的水泥基灌浆料，充满套筒与钢筋之间的间隙，灌浆料硬化后与钢筋的横肋和套筒内壁凹槽或凸肋紧密齿合，钢筋连接后所受外力能够有效传递。
图2-23 钢筋套筒灌浆连接
2）钢筋套筒灌浆连接的工艺
钢筋套筒灌浆连接分两个阶段进行：第一个阶段在预制构件加工厂进行；第二个阶段在结构安装现场进行。
预制剪力墙、柱在工厂预制加工阶段，是将一端钢筋与套筒进行连接和预安装，再与构件的钢筋结构中其他钢筋连接固定，套筒侧壁接灌浆、排浆管并引到构件模板外，然后浇筑混凝土，将连接钢筋、套筒预埋在构件内。其连接钢筋和套筒的布置如图2-24所示。
图2-24 剪力墙、柱接头及布筋示意图
2.钢筋套筒灌浆连接接头的组成
钢筋套筒灌浆连接接头由连接钢筋、灌浆套筒和灌浆料三部分组成。
1）连接钢筋
《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T398—2019规定了灌浆套筒适用直径为12～40mm的热扎带肋或余热处理钢筋，钢筋的机械性能技术参数如表2-1所示。
表2-1 钢筋的机械性能技术参数
续表
注：1.带“E”钢筋为适用于抗震结构的钢筋，其钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25；钢筋实测屈服强度与规定的屈服强度特征值之比不大于1.30，最大力总伸长率不小于9%；
2.带“W”钢筋为可焊接的余热处理钢筋。
2）灌浆套筒
钢筋套筒灌浆连接接头采用的套筒应符合现行行业标准《钢筋连接用灌浆套筒》JG/T 398—2019的规定。
（1）灌浆套筒分类。
①按加工方式分类。
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，如图2-25所示。
图2-25 灌浆套筒按加工方式分类
②按结构形式分类。
灌浆套筒按结构形式分为全灌浆套筒和半灌浆套筒。
全灌浆套筒接头两端均采用灌浆方式连接钢筋，适用于竖向构件（墙、柱）和横向构件（梁）的钢筋连接，如图2-26、图2-27所示。
图2-26 全灌浆套筒
图2-27 全灌浆套筒剖面示意图
半灌浆套筒接头一端采用灌浆方式连接，另一端采用非灌浆方式（通常采用螺纹连接）连接钢筋，主要适用于竖向构件（墙、柱）的连接，如图2-28、图2-29所示。半灌浆套筒按非灌浆一端连接方式还分为直接滚轧直螺纹灌浆套筒、剥肋滚轧直螺纹灌浆套筒和镦粗直螺纹灌浆套筒。
图2-28 半灌浆套筒
（2）灌浆套筒型号。
灌浆套筒型号由名称代号、分类代号、主参数代号和产品更新变形代号组成。灌浆套筒主要参数为被连接钢筋的强度级别和直径。灌浆套筒型号表示规则如图2-30所示。
如GTZQ440表示：采用铸造加工的全灌浆套筒，连接标准屈服强度为400MPa、直径为40mm的钢筋。
图2-29 半灌浆套筒剖面示意图
图2-30 灌浆套筒型号表示规则
GTJB536/32A表示：采用机械加工方式加工的剥肋滚轧直螺纹灌浆套筒，第一次变型，连接标准屈服强度为500MPa的钢筋，灌浆端连接直径为36mm的钢筋，非灌浆端连接直径为32mm的钢筋。
（3）灌浆套筒内径与锚固长度。
灌浆套筒灌浆段的最小内径与连接钢筋公称直径的差值不宜小于表2-2规定的数值，用于钢筋锚固的深度不宜小于插入钢筋公称直径的8倍。
表2-2 灌浆套筒内径最小尺寸要求
3）灌浆料
钢筋连接用套筒灌浆料是以水泥为基本材料，配以细骨料，以及混凝土外加剂和其他材料组成的干混料，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”。
（1）灌浆料性能指标。
《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T408—2013中规定了灌浆料在标准温度和湿度条件下的各项性能指标的要求，如表2-3所示。其中抗压强度值越高，对灌浆接头连接性能越有帮助；流动度越高对施工作业越方便，接头灌浆饱满度越容易保证。
表2-3 钢筋连接用套筒灌浆料主要性能指标
（2）灌浆料使用注意事项。
灌浆料是通过加水拌合均匀后使用的材料，不同厂家的产品配方设计不同，虽然都可以满足《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T408—2019所规定的性能指标，但却具有不同的工作性能，对环境条件的适应能力不同，灌浆施工的工艺也会有所差异。
为了确保灌浆料使用时达到其产品设计指标，具备灌浆连接施工所需要的工作性能，并能最终顺利地灌注到预制构件的灌浆套筒内，实现钢筋的可靠连接，操作人员需要严格掌握并准确执行产品使用说明书规定的操作要求。实际施工中需要注意以下几点。
①灌浆料使用时应检查产品包装上印制的有效期和产品外观，无过期情况和异常现象后方可开袋使用。
②加水。浆料拌合时严格控制加水量，必须执行产品生产厂家规定的加水率。
加水过多时，会造成灌浆料泌水、离析、沉淀，多余的水分挥发后形成孔洞，严重降低灌浆料抗压强度。加水过少时，灌浆料胶凝材料部分不能充分发生水化反应，无法达到预期的工作性能。
灌浆料宜在加水后30min内用完，以防后续灌浆遇到意外情况时灌浆料可流动的操作时间不足。
③搅拌。灌浆料与水的拌合应充分、均匀，通常是在搅拌容器内先后依次加入水及灌浆料并使用产品要求的搅拌设备，在规定的时间范围内，将浆料拌合均匀，使其具备应有的工作性能，如图2-31所示。
灌浆料搅拌时，应保证搅拌容器的底部边缘死角处的灌浆料干粉与水充分拌合搅拌均匀，然后静置2～3min排气，尽量排出搅拌时卷入浆料的气体，保证最终灌浆料的强度性能。
④流动度检测。灌浆料流动度是保证灌浆连接施工的关键性能指标，灌浆施工环境的温、湿度差异，影响着灌浆的可操作性。在任何情况下，流动度低于要求值的灌浆料都不能用于灌浆连接施工，以防止构件灌浆失败造成事故。
为此在灌浆施工前，应首先进行流动度的检测，在流动度值满足要求后方可施工，施工中注意灌浆时间应短于灌浆料具有规定流动度值的时间（可操作时间）。
图2-31 搅拌灌浆料
每工作班应检查灌浆料拌合物初始流动度不少于1次，确认合格后，方可用于灌浆；留置灌浆料强度检验试件的数量应符合验收及施工控制要求。
⑤灌浆料的强度与养护温度。灌浆料是水泥基制品，其抗压强度增长速度受养护环境的温度影响。
冬期施工灌浆料强度增长慢，后续工序应在灌浆料满足规定强度值后方可进行；而夏季施工灌浆料凝固速度加快，灌浆施工时间必须严格控制。
⑥散落的灌浆料拌合物成分已经改变，不得二次使用；剩余的灌浆料拌合物由于已经发生水化反应，如再次加灌浆料、水后混合使用，可能出现早凝或泌水，故不能使用。
3.套筒灌浆连接接头性能要求
套筒灌浆连接接头作为一种钢筋机械接头应满足强度和变形性能的要求。
1）套筒灌浆连接接头的强度要求
钢筋套筒灌浆连接接头的屈服强度不应小于连接钢筋屈服强度标准值；抗拉强度不小于连接钢筋抗拉强度标准值，且破坏时要求断于接头外钢筋，即该接头不允许在拉伸时破坏在接头处，如图2-32、图2-33、图2-34所示。套筒灌浆连接接头在经受规定的高应力和大变形反复拉压循环后，抗拉强度仍应符合以上规定。
图2-32 断于钢筋
套筒灌浆连接接头单向拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压试验加载过程中，当接头拉力达到连接钢筋抗拉荷载标准值的1.15倍而未发生破坏时，应判为抗拉强度合格，可停止试验。
图2-33 断于接头
图2-34 钢筋拉脱
2）套筒灌浆连接接头的变形性能要求
套筒灌浆连接接头的变形性能应符合表2-4的规定。当频遇荷载组合下，构件中钢筋应力高于钢筋屈服强度标准值fyk的0.6倍时，设计单位可对单向拉伸残余变形的加载峰值μ0提出调整要求。
表2-4 套筒灌浆连接接头的变形性能
4.套筒灌浆连接接头设计要求
（1）采用套筒灌浆连接时，混凝土结构设计要符合国家现行标准《混凝土结构设计规范》GB50010、《建筑抗震设计规范》GB50011、《装配式混凝土结构技术规程》JGJ1的有关规定。
（2）采用套筒灌浆连接的构件混凝土强度等级不宜低于C30。
（3）采用符合《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355—2015规定的套筒灌浆连接接头时，全部构件纵向受力钢筋可在同一截面上连接。但全截面受拉构件不宜全部采用套筒灌浆连接接头。
（4）混凝土构件中灌浆套筒的净距不应小于25mm。
（5）混凝土构件的灌浆套筒长度范围内，预制混凝土柱箍筋的混凝土保护层厚度不应小于20mm，预制混凝土墙最外层钢筋的混凝土保护层厚度不应小于15mm。
（6）应用套筒灌浆连接接头时，混凝土构件设计还应符合下列规定。
①接头连接钢筋的强度等级不应高于灌浆套筒规定的连接钢筋强度等级。
②接头连接钢筋的直径规格不应大于灌浆套筒规定的连接钢筋直径规格，且不宜小于灌浆套筒规定的连接钢筋直径规格一级以上。
钢筋直径不得大于套筒规定的连接钢筋直径，是因为套筒内锚固钢筋灌浆料可能过薄而锚固性能降低，除非以充分试验证明其接头施工可靠性和连接性能满足设计要求。灌浆连接的钢筋直径规格不应小于其规定的直径规格一级以上，除由于套筒预制端的钢筋是居中的，现场安装时连接的钢筋直径越小，套筒两端钢筋轴线的极限偏心越大，而连接钢筋偏心过大即可能对构件承载带来不利影响，还可能由于套筒内壁距离钢筋较远而使钢筋锚固约束的刚性下降，接头连接强度下降。同样如果有充分的试验验证后，套筒规定的连接钢筋直径范围扩大，套筒两端连接的钢筋直径就可以相差一个直径规格以上。
③构件配筋方案应根据灌浆套筒外径、长度及灌浆施工要求确定。
④构件钢筋插入灌浆套筒的锚固长度应符合灌浆套筒参数要求。
⑤竖向构件配筋设计应结合灌浆孔、出浆孔位置。
⑥底部设置键槽的预制柱，应在键槽处设置排气孔。
5.套筒灌浆连接接头型式检验
1）型式检验条件
属于下列情况时，应进行接头型式检验：
（1）确定接头性能时；
（2）灌浆套筒材料、工艺、结构改动时；
（3）灌浆料型号、成分改动时；
（4）钢筋强度等级、肋形发生变化时；
（5）型式检验报告超过4年。
接头型式检验明确要求试件用钢筋、灌浆套筒、灌浆料应符合《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355—2015对于材料的各项要求。
2）型式检验试件数量与检验项目
（1）对中接头试件9个，其中3个做单向拉伸试验、3个做高应力反复拉压试验、3个做大变形反复拉压试验。
（2）偏置单向拉伸接头试件3个，做单向拉伸试验
（3）钢筋试件3个，做单向拉伸试验。
（4）全部试件的钢筋应在同一炉（批）号的1根或2根钢筋上截取；接头试件钢筋的屈服强度和抗拉强度偏差不宜超过30MPa。
3）型式检验灌浆接头试件制作要求
型式检验的套筒灌浆连接接头试件要在检验单位监督下由送检单位制作，且符合以下规定。
（1）3个偏置单向拉伸接头试件应保证一端钢筋插入灌浆套筒中心，一端钢筋偏置后钢筋横肋与套筒壁接触。下图2-35所示为偏置单向拉伸接头的钢筋偏置示意图。
图2-35 偏置单向拉伸接头的钢筋偏置示意图
1—在套筒内偏置的连接钢筋；2—浆料；3—灌浆套筒
9个对中接头试件的钢筋均应插入灌浆套筒中心。
所有接头试件的钢筋应与灌浆套筒轴线重合或平行，钢筋在灌浆套筒内的插入深度应为灌浆套筒的设计锚固深度。图2-36所示为灌浆接头抗拉试验试件。
图2-36 灌浆接头抗拉试验试件
（2）接头应按《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355—2015的有关规定进行灌浆；对于半套筒灌浆连接，机械连接端的加工应符合《钢筋机械连接技术规程》JGJ107—2016的有关规定。
（3）采用灌浆料拌合物制作的40mm×40mm×160mm试件不应少于1组，并宜留设不少于2组。
（4）接头试件及灌浆料试件应在标准养护条件下养护。
（5）接头试件在试验前不应进行预拉。
灌浆料为水泥基制品，其最终实际抗压强度将是在一定范围内的数值，只有型检接头试件的灌浆料实际抗压强度在其设计强度的最低值附近时，接头才能反映出接头性能的最低状态，如果该试件能够达到规定性能，则实际施工中的同样强度的灌浆料连接的接头才能被认为是安全的。《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355—2015要求型式检验接头试件在试验时，灌浆料抗压强度不应小于80N/mm2，且不应大于95N/mm2；如灌浆料28d抗压强度的合格指标（fg）高于85N/mm2，试验时的灌浆料抗压强度低于28d抗压强度合格指标（fg）的数值不应大于5N/mm2，且超过28d抗压强度合格指标（fg）的数值不应大于10N/mm2与0.1fg两者的较大值。
4）套筒灌浆接头的型式检验试验方法
《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》JGJ355—2015对灌浆接头型式检验的试验方法和要求与《钢筋机械连接技术规程》JGJ107—2016的有关规定基本相同，但由于灌浆接头的套筒长度为11～17倍钢筋直径，远远大于其他机械连接接头，进行型式检验的大变形反复拉压试验时，如按照《钢筋机械连接技术规程》JGJ107—2016规定的变形量控制，套筒本体几乎没有变形，要依靠套筒外的4倍钢筋直径长度的变形达到10多倍钢筋直径的变形量对灌浆接头来说过于严苛，经试验研究后将本项试验的变形量计算长度Lg进行了适当的折减，其中：
全套筒灌浆连接：
半套筒灌浆连接：
式中：L——灌浆套筒长度；
ds——钢筋公称直径。
型式检验接头的灌浆料抗压强度符合规定，且型式检验试验结果符合要求时，才可评为合格。