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混凝土后锚固技术及其应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-06-08  浏览次数:84
  后锚固,即通过相关技术手段在既有混凝土结构上的锚固,是相对于浇筑混凝土时预先埋设的先锚固(预埋)而命名的,具有施工简便、使用灵活等优点。随着产品种类的丰富、费用的降低,施工技术的普及,混凝土后锚固技术由初期仅限于改造、结构加固项目逐步在新建工程中被广泛采用。然而,较之于后锚固技术可喜的发展前景,该项技术的使用现状却不容乐观,诸如:产品质量参差不齐;施工技术标准、验收规范不完善;设计选型指标不明确;检测、验收不规范等问题还普遍存在。上述问题如不加以有效控制,造成混凝土后锚固连接技术的不当运用,将会形成质量隐患,严重的则会影响结构安全。建筑行业的发展,需要新技术、新工艺的不断注入,而对发展阶段的各项技术,需要使用者对其应用要求的认真领会,质量控制重要环节的严格把关。

  1、 后锚固技术分类及适用范围

  1.1后锚固技术类型

  锚栓是一切后锚固组件的总称,是将被连接件锚固到混凝土等基层材料上的锚固组件。锚栓按其工作原理及构造的不同,锚固性能及适用范围存在较大差异,国内通常将其分为四大类:

  (1)膨胀型锚栓:利用膨胀件挤压锚孔孔壁形成锚固作用的锚栓。具体又分为:扭矩控制式膨胀型锚栓和位移控制式膨胀型锚栓。

  (2)扩孔型锚栓:通过锚孔底部扩孔与锚栓膨胀件之间的锁键形成锚固作用的锚栓。具体又分为:预扩孔普通栓和自扩孔专用栓。

  (3)粘结型锚栓:又称化学粘结栓,是以特制的锚固胶将螺杆及内螺纹管等胶结固定于混凝土基材钻孔中,通过粘结剂与螺杆、混凝土孔壁间的粘结与锁键作用,以实现对被连接键锚固的一种组件。定型粘结型锚栓一般较为粗短,锚深较浅,对基材裂缝适应能力较差,性能欠佳,目前仅适用于设备固定、护栏安装、钢构(幕墙)安装及其他安装工程粘结型锚栓。化学锚栓与膨胀、扩孔型螺栓最大的一个区别就是,膨胀螺栓是通过机械方式固定,而化学锚栓是通过化学药剂固定。化学药剂一旦受热就容易导致药剂失效,所以采用化学锚栓进行固定时,电焊时要避免化学锚栓受热。

  (4)化学植筋:简称植筋,是国内工程界广泛应用的一种后锚固连接技术,系以化学粘结剂(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,通过粘结与锁键作用,实现对被连接件锚固的一种后锚固生根组件。化学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,一般均可以控制为锚固钢筋破坏。作为化学植筋使用的钢筋,一般以普通热扎带肋钢筋锚固性能较好,光圆钢筋较差。其工艺流程较为简单:钻孔->清孔->配胶->植筋->固化->检验、验收。孔径D=d+(4~10)mm。 

  其他类型:新近出现的混凝土螺钉、保温系统的锚固件,加之传统射钉、混凝土钉等也属于后锚固技术范畴被较为广泛使用。 

  1.2适用范围

  锚栓的选用除考虑锚栓本身性能差异外,尚应考虑基材性状、锚固连接的受力性质(拉、压、中心受剪、边缘受剪)、被连接结构类型(结构构件、非结构构件)、有无抗震设防要求等因素的综合影响。

  (1)除化学植筋外,现有各种机械定型锚栓(包括膨胀型锚栓、扩孔型锚栓、粘结型锚栓及混凝土锚钉等)绝大多数主要应用于非结构构件的后锚固连接,少数应用于受压、中心受剪、压剪组合的结构构件的后锚固连接,不得用于受拉、边缘受剪、拉剪复合受力的结构构件及生命线工程非结构构件的后锚固连接。 

  (2)满足锚固深度要求的化学植筋及螺杆,可应于抗震设防烈度不大于8度的受拉、边缘受剪、拉剪复合受力的结构构件及非结构构件的后锚固连接。 

  2、后锚固设计基本原则

  锚固的破坏形式总体上可分为:锚栓或植筋钢材破坏;基材破坏;锚栓或混凝土拔出破坏三大类。破坏类型与锚栓品种、锚固参数、基材性能及作用力性质等因素有关,其中锚栓品种及锚固参数最为直接。后锚固连接设计,应根据被连接结构类型、锚固连接受力性质及锚栓类型的不同,对其破坏型态加以控制。

  后锚固连接设计所采用的设计使用年限应与整个被连接结构的设计使用年限一致。混凝土结构后锚固连接设计,应按下表1的规定,采用相应的安全等级,但不应低于被连接结构的安全等级。当考虑地震作用组合时应依据JGJ145-2004第4.2.4条规定公式进行验算。
3、后锚固技术的材料要求

  3.1混凝土基材

  锚栓安装时,锚固区基材应符合下列要求:

  (1)基材混凝土强度等级不应低于C20,基材的厚度应h<100mm; 

  (2)混凝土强度应满足设计要求,否则应由设计单位修订锚固参数; 

  (3)混凝土基材表面应坚实、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。 

  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。

  3.2锚固胶

  锚固胶按使用形态的不同分为管装式、机械注入式和现场配制式。具体工程应根据使用对象的特征和现场条件合理选用。
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  化学植筋锚固性能主要取决于锚固胶(又称胶粘剂、粘结剂)和施工方法,我国目前使用较广的锚固胶是环氧基锚固胶,其他品种的锚固胶,主要是无机锚固胶和进口胶,其性能应由厂家通过专门的试验确定和国家认证(鉴于当前锚固胶材料市场现状及检测条件的制约,用于结构构件锚固胶,现场至少应保证材料具备产品质保书和性能指标型式检验报告)。锚固胶现场使用时,除说明书规定可以掺入定量的掺和剂(填料)外,现场施工中不宜随意增添掺料。 

  锚固胶进场验收应提供包括主要组成、生产日期、产品标准号的产品质保书及性能指标型式检验报告等内容的质量证明文件。锚固胶类别、规格应符合设计和相关标准要求。

  3.3、锚栓 

  锚栓的类别、规格应符合设计和相关标准。锚栓进场验收应包括钢号、尺寸规格、力学性能指标型式检验报告等内容的质量证明文件及锚栓使用说明书。

  4、混凝土结构后锚固连接施工质量控制及检查

  后锚固连接施工质量应符合相关标准和设计要求以及产品说明书的规定。目前适用标准为《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145-2004(该标准不适用以砌体或轻混凝土为基层的锚固)。 

  4.1、锚孔质量控制

  (1)锚孔施工应符合设计及产品安装说明书相关要求; 

  (2)锚孔的位置、直径、孔深和垂直度偏差控制应符合JGJ145相关要求(详见表2、3),当采用预扩孔型锚栓时,尚应检查扩孔部分的直径和深度。锚栓有效锚固深度不得包括装饰层或抹灰层的厚度。根据JGJ145有关规定,南京地区抗震锚固连接最小锚固深度应符合表4要求; 

  (3)清孔 对于膨胀型锚栓和扩孔型锚栓的锚孔,应用空压机或手动气筒吹净孔内粉屑,而对于粘结型锚栓及化学植筋的锚孔,尚应再用丙酮擦拭孔道,并保持孔道干燥; 

  (4)钻孔应避免伤及钢筋,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。
 注:植筋及螺杆系指HRB335级钢材,锚栓系指5.6级钢材,对于非HRB335级和5.6级钢材,锚固深度应作相应增减;d为锚栓杆或植筋直径d≤25。

  hef:锚栓有效锚固深度。

  4.2、锚栓安装质量控制

  (1)锚栓安装方法及使用工具应符合该产品安装说明书的要求; 

  (2)锚栓安装前应彻底清除表面附着物、浮锈和油污; 

  (3)粘结型锚栓及化学植筋的安装应根据锚固胶使用形态的不同采用相应的方法。化学植筋的焊接,应考虑焊接高温对胶的不良影响,离开基面的钢筋预留长度应≥20d且≥200mm; 

  (4)粘结型锚栓或化学植筋置入锚孔后,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,固化期间禁止扰动; 

  (5)样板先行,通过样板施工细化明确质量控制标准,确定后锚固承载力检验参数,保证后续现场检验工作。 

  5、保温系统锚栓施工质量控制

  保温系统锚栓:主要为辅助固定保温板材或固定热镀锌电焊钢丝网于基体材料的专用机械固定件,通常包括塑料钉或具有防腐蚀性能的金属螺钉和带圆盘的塑料膨胀套管两部分。墙体节能工程中,此类锚栓作为墙体外保温系统中抹面层的组成部分之一,主要起到联系抹面层内增强网及抵抗负风压辅助固定保温层作用。在外保温系统中,饰面层粘贴面砖采用厚抹面层时均应采用,部分非面砖饰面的薄抹灰系统也会选用。该类锚栓是实现保温系统构造层有效连接的重要配件,锚栓选择应对其拉拔力、弯矩、直径、墙内固定方式和埋深、防腐等因素进行全面综合选择,尤其是和主体墙的连接方式和拉拔力,若不满足要求,会成为小配件大隐患。 

  保温系统固定锚栓应考虑不同基层材料,根据设计计算要求(也可经设计确认)在设计图纸或在外保温施工方案中上明确其位置固定件数量、规格和抗拔设计强度。当设计无要求时,不得低于以下要求:

  (1)锚固深度:锚固件在墙体基层锚固深度不小于25~50mm(砌体做为锚固基层时锚固深度不得少于50 mm), 塑料圆盘直径不小于45mm,管套外径7~10mm。自攻螺丝应拧紧并将工程塑料膨胀钉的帽子与挤塑板表面齐平或略拧入一些,确保膨胀钉尾部回拧使之与基层充分锚固。

  (2)锚固件布置:锚固件个数7层以下每平方不少于5个;8-18层平方不少于7个;19-29层每平方不少于9个;30层及以上每平方不少于11个;且每一单块板不少于一个锚固件; 固定件加密:阳角、檐口下、门窗洞口四周应加密,距基层边缘不小于60mm,间距不大于300mm。 

  (3)板材固定件:在阳角、檐口下、门窗洞口四周应加密,距基层边缘不小于60mm,间距不大于300mm。任何面积大于0.1平方米的单块板必须加固定件,数量视形状及现场情况而定。 

  (4)边角固定件:边角固定件到保温板边的距离要充分考虑保温板厚度、外粉厚度、墙体(砼)保护层厚度,否则会将墙角边打崩。 

  6、后锚固承载力检验

  后锚固承载力的检验应强化样板检验环节,通过样板试验明确检测参数,并针对性指导后续施工、检测工作。

   6.1、混凝土结构后锚固

  混凝土结构后锚固工程质量应根据《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145-2004附录A要求进行抗拔承载力的现场检验。锚栓抗拔承载力现场检验可分为非破坏性检验和破坏性检验。

  破坏性检验:重要结构构件(包括幕墙受力骨架)及生命线工程非结构构件应采用,检测时尽量选择受力较小的次要连接部位;

  非破坏性检验:一般结构及非结构构件采用。如墙体拉结筋、构造柱植筋等。 

  6.1.1、破坏性检验

  (1)后锚固承载力设计标准值的确定 

  由于结构的重要性及后锚固设计计算的复杂性,后锚固承载力设计值或经计算明确的锚固承载力标准值,在检测前,应由设计单位结合现场使用后锚固材料,出具相关文件或对现场提供技术文件进行确定,该文件应附于检测报告后,作为质控资料存档。

  当设计单位未能明确后锚固承载力设计参数时,现场施工、监理单位应结合现场使用后锚固材料依据JGJ 145-2004第6.1节规定进行计算,明确锚固承载力标准值。

  (2)现场极限检验拉拔力确定及合格判定 

  根据JGJ 145-2004附录A第A.5.2条,经破坏性检验,合格判定标准为: 

  NCRm≥1.1RK=1.1γR 且NCRmin≥NRK,* 

  R:后锚固承载力设计值; RK:锚固承载力标准值;γR:锚固承载力分项系数; 

  NCRm:锚栓极限抗拔力实测平均值;NCRmin:后锚固极限拉拔力实测最小值; 

  NRK,*:锚栓极限抗拔力标准值,该值根据破坏类型不同,参照JGJ145-2004第6.1节规定计算,基本相当于RK

  6.1.2、非破坏性检验

  (1)后锚固承载力设计标准值及现场检测拉拔力确定

  对于一般结构及非结构构件经设计同意后,其锚固承载力可采用非破坏性检验。

  当设计明确承载力设计值或经计算明确的锚固承载力标准值时(相关资料要求同破坏性检验),其非破坏性试验荷载检测值应取0.9 fyAs(fy为钢筋强度设计值,As为钢筋截面面积)和0.8NRk,c(混凝土锥体破坏受拉破坏承载标准值,其取值可按参照JGJ 145-2004第6.1节规定计算)计算之最小值。

  当设计单位对植筋抗拔力无具体要求时,可以直接按照0.9fyAs,确定荷载检测拉拔力。

  (2)检验合格判定 

  非破坏性检验荷载下,以混凝土基材无裂缝且锚栓或植筋无滑移等宏观裂损现象,且2min持荷载降低不大于5%时为合格。当非破坏性检验为不合格时,应另抽不少于3个锚栓做破坏性检验判断。 

  6.1.3、检验批次

  根据《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145-2004第A.2.2条规定:锚固抗拔承载力现场非破坏性检验可采用随机抽样办法。同规格,同型号,基本相同部位的锚栓组成一个检验批。抽取数量按每批锚栓总数的1‰计算,且不少于3根。 

  南京地区对于结构工程植筋检测,根据《关于加强建筑结构工程施工质量管理的若干规定(试行)》宁建工字〔2007〕32号附件一的第八条规定:墙体拉结筋和二次浇筑的构造柱等构件的连接钢筋应预埋。确有困难或漏埋需植筋的,应进行现场验收和检测,每层每种规格检测数量不少于3根。 

  6.1.4、检验注意事项

  (1)后锚固承载力现场检测参照数据为锚固承载力标准值而非承载力设计值。根据JGJ 145-2004第4.2.4-3条, R=RKR即RK =γR R (R:后锚固承载力设计值;RK:JGJ145-2004表4.2.6内容,根据后锚固控制破坏形式的不同,对于结构构件该系数一般为2.5或3.0;对于非结构构件该系数一般为1.8或2.15; 锚固承载力标准值;γR:锚固承载力分项系数),作为锚固承载力分项系数γR的选取可参照

  (2)检测时植筋龄期应大于化学植筋胶固化时间(时间详见植筋胶说明书)。 

  (3)目前大部分品牌的化学植筋胶说明书上都有厂家提供的推荐结合力特征值,该值作为检测拉拔力且其结合力特征值小于钢筋设计强度时,应得到设计单位的认可。

  6.2、保温系统锚栓

  根据《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411-2007第4.2.7条规定:当墙体节能工程的保温层采用预埋或后置锚固件固定时,后置锚固件应进行锚固力现场拉拔试验,拉拔力应符合设计要求。 

  (1)、现场锚固力检验批次:现场拉拔检测数量为每个检验批不少于3处。当施工企业试验室有能力时可由施工企业试验室承担,也可委托给具备见证资质的检测机构进行试验。采用的试验方法可以在承包合同中约定,也可选择现行的行业标准、地方标准推荐的相关试验方法。现场施工前应进行样板检测,确定实际检测参数,在施工过程结合样板及实体检测确保工程质量。 

  (2)、相关检验标准及合格判定:拉拔力标准值当设计无要求时,不得低于以下要求:单个塑料锚栓抗拉承载力标准值(C25混凝土基层)不小于0.8kN,(砖砌体基层)不小于0.5kN。(烧结粘土砖砌体)不小于0.5KN。(蒸压类粉煤灰制品等新型墙体材料)不小于0.3kN。 

  对于保温系统锚栓拉拔检测目前可参照的标准仅有《膨胀聚苯板薄抹灰外墙外保温系统》JG149-2003,根据该标准附录F规定,对单个锚栓抗拉承载力检测,选择C25混凝土试块,试块尺寸规格根据锚栓确定。锚栓边距、间距均不小于100mm,锚栓试样10件。试验要求加载至出现锚栓破坏。锚栓在其他种类的基层墙体的抗拉承载力应通过现场试验确定。而其它混凝土强度等级的保温系统工程锚栓的的现场拉拔检测,只能根据JG149-2003要求参照进行。其中,当试件数量小于六个时,由于无法按标准要求进行评定,应取检测最小值进行判定。

  对于在各种砌体结构上设置的锚栓目前无相关检测标准,该类后锚固基底属不均匀脆性材料,其砂浆饱满度问题和砌块空心、孔洞等的存在,后置锚栓的位置对其受力影响很大,故通常在砌体结构上直接后置锚栓固定保温层的做法属于一种辅助固定方法,其固定效果只能作为安全储备,不应列入计算。

  7、后锚固技术质量验收资料检查

  工程中,对涉及后锚固技术的质量控制资料应至少满足以下资料的齐全完整:

  (1)设计施工图纸及相关设计变更文件; 

  (2)锚栓、锚杆、锚固胶的质量证明文件; 

  (3)锚固安装工程施工记录; 

  (4)锚固工程质量检查记录; 

  (5)锚栓抗拔力现场抽检报告(含抗拔力设计确认文件); 

  (6)分项工程质量评定记录。 

  8、结束语

  混凝土后锚固这项新技术在我国建筑工程领域,特别是既有建筑改造、幕墙、墙体节能工程等方面具有良好的发展前景。当前通过设计、材料和施工各环节的严格质量控制,加之国家、地方相关标准的完善,其适用性必将不断提升,在建筑工程领域也将发挥越来越大的作用,真正实现其技术先进、工艺可靠、质量保证、经济合理的目标。

  参考文献:

  《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145-2004 

   《建筑节能工程施工质量验收规范》GB50411-2007 

    《水泥基复合保温砂浆建筑保温系统技术规程》DGJ32/J22-2006
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