装配式结构用水泥基灌浆材料及其浆锚连接性能研究

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装配式建筑是指引我国建筑行业走向高水平、高质量发展的风向标,装配式建筑的安全性主要由预制构件的可靠连接保证,其中受力钢筋的连接又是实现预制构件连接的关键。金属波纹管浆锚连接是通过在预埋金属波纹管内灌注水泥基灌浆材料实现钢筋-钢筋与钢筋-混凝土连接的可靠方式,但金属波纹管浆锚连接的推广仍受到受制于相关研究的不足,如:(1)现有水泥基灌浆材料性能不稳定、价格高;(2)对水泥基灌浆材料的研究中较少考虑不同因素间的交互作用对性能的影响;(3)对影响施工效率的金属波纹管浆锚连接早期锚固性能研究不足;(4)缺乏采用理论计算方法提出建议锚固长度。本文首先基于响应面分析法设计、制作了51组共153个水泥基灌浆材料标准试件,完成力学性能测试,初步优化了水泥基灌浆材料配合比。其次采用单因素变量试验研究了矿物掺合料与混凝土外加剂对水泥基灌浆材料性能的影响规律,给出了配合比优化方案。随后为研究金属波纹管浆锚连接的锚固性能,设计并完成了43组129个钢筋-金属波纹管浆锚连接件的拉拔试验,分析了影响金属波纹管浆锚连接锚固性能的因素。最后对金属波纹管浆锚连接锚固性能试验开展了数值分析与临界锚固长度的理论计算。本文取得的结论如下:(1)矿物掺合料、外加剂与不同因素间的交互作用对水泥基灌浆材料性能影响显著。本研究中矿物掺合料最优复掺比为5%粉煤灰+5%矿粉+6%硅灰,外加剂的最优掺量分别为塑性膨胀剂0.05%、UEA膨胀剂掺量8%、高效聚羧酸减水剂0.8%、甲酸钙早强剂0.5%。(2)提出一种水泥基灌浆材料配合比,以配合比制备的水泥基灌浆材料1d、3d、28d抗压强度分别可达40MPa、70MPa、90MPa,且工作性能、膨胀性能良好。(3)钢筋直径、孔径比、锚固长度、灌浆料龄期及内配螺旋箍筋影响了金属波纹管浆锚连接的极限承载力、黏结强度、初始刚度与延性,决定了连接件的黏结锚固性能。(4)拟合得到了钢筋与金属波纹管约束水泥基灌浆材料的黏结强度计算公式,并以此为依据提出孔径比不小于2.6时的锚固长度应不小于12d。本文对水泥基灌浆材料的性能影响因素进行了深入的研究,为水泥基灌浆材料的制备提供了理论支持,并为其配合比优化提供了一种可行方法,通过对金属波纹管浆锚连接锚固性能试验研究、数值分析与理论计算,为金属波纹管浆锚连接的推广与应用奠定了基础。
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