CN108035439A - 一种快速混凝土装配式节点及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速混凝土装配式节点及施工方法，其中快速混凝土装配式节点，包括预制第一柱和预制第二柱，所述预制第一柱和预制第二柱在端部连接成一个整体，在所述预制第一柱和预制第二柱的端部之间设置有一连接区，在所述预制第一柱和预制第二柱的端部分别预留有一段位于所述连接区的纵筋，位于预制第一柱上的预留纵筋和位于第二柱上的预留纵筋位置相错并在所述连接区内重叠；在所述预留纵筋上设置有箍筋，在所述连接区外侧设置有模框，在所述模框上设置有注浆口和排气口；在所述模框内浇筑有与模板成一体的混凝土连接段。本发明的优点：成型时间快；强度高；韧性好；免养护，施工工艺简便。该节点主要应用于预制装配式混凝土柱与柱的连接。

Description

一种快速混凝土装配式节点及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木建筑工程领域，尤其是涉及一种新型快速混凝土装配式节点。

背景技术

预制混凝土结构具有节约材料、降低能耗、有利于环境保护、提高建筑质量、缩短施工周期、提高劳动生产率和综合经济效益、促进建筑产业化等显著优点。目前在欧美发达国家，预制混凝土结构已经成为新建建筑的主要形式。预制混凝土结构可分为装配整体式(后浇整体式)和全装配式两种形式。在一般情况下，装配整体式预制混凝土结构在节点处容易发生破坏，损伤也容易先出现在节点处，所以装配式节点的可靠度关系着整个结构的可靠度。如何在快速装配情况下，同时又减少损伤的发生。为此国内外学者和工程技术人员对装配式混凝土结构进行了不懈地研究和探索。

目前预制装配式的研究很多，柱与基础的连接、柱与柱的连接、柱与梁的连接研究的文献较多。装配式混凝土结构中钢筋连接主要有套筒灌浆连接、浆锚连接和机械连接三种方式。套筒灌浆连接技术是将连接钢筋插入带有凹凸槽的高强套筒内，然后注入高强灌浆料，硬化后将钢筋和套筒牢固结合在一起形成整体，通过套筒内侧的凹凸槽和变形钢筋的凹凸纹之间的灌浆料来传力。该连接方式主要优点是，传力比较稳定，施工工艺相对简单，但对施工精度要求较高，容易出现对接偏差，预制构件间的连接界面连较弱。浆锚连接技术，又称为间接锚固或间接搭接，是将搭接钢筋拉开一定距离后进行搭接的方式，连接钢筋的拉力通过剪力传递给灌浆料，再通过剪力传递到灌浆料和周围混凝土之间的界面上去。该连接方式最主要的缺点是钢筋在承受一定的力之后可能会产生滑移，连接的结构变形较大，预制构件间的连接界面较弱。机械连接技术是通过钢筋与连接件的机械咬合作用或钢筋端面的承压作用，将一根钢筋中的力传递至另一根钢筋的连接方法。该连接方式主要的优点是，钢筋连接简单；主要缺点是还要进行后浇处理，并且养护和吊装时间较长，通常需要3天以上才能达到规定的强度要求。这三种方式中使用最多的是套筒灌浆连接。

目前，预制装配式结构连接节点还存在一些问题。例如：预制构件连接界面处粘结性能差、抗剪与抗弯能力较低，在节点处往往是最容易产生损伤的部位，普通的后浇整体式的装配速度还相对较慢，装配的节点处发生的破坏为脆性破坏。

在现代装配式工业中应用快速混凝土装配式节点，不仅提高了装配式建筑的施工速度，大幅提升劳动效率，更提高了装配式建筑的结构的可靠度，也满足了大众对住宅安全性不断提高的需要，代表了我国住宅建设的重要发展方向之一，具有重要的里程碑意义和广阔的市场前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种快速混凝土装配式节点，该装配式节点具有快速凝固成型，具有良好的抗压、抗折、抗裂等综合力学性能，后浇免拆模，具有高强韧性的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种快速混凝土装配式节点，包括预制第一柱和预制第二柱，所述预制第一柱和预制第二柱在端部连接成一个整体，其特征在于：在所述预制第一柱和预制第二柱的端部之间设置有一连接区，在所述预制第一柱和预制第二柱的端部分别预留有一段位于所述连接区的纵筋，其中纵筋的长度不小于500mm；位于预制第一柱上的预留纵筋和位于第二柱上的预留纵筋位置相错并在所述连接区内重叠；在所述预留纵筋上设置有箍筋，在所述连接区外侧设置有模框，在所述模框上设置有注浆口和排气口；在所述模框内浇筑有与模板成一体的混凝土连接段。

在所述预制第一柱和预制第二柱端面均设置有一台阶，所述模块固定在所述台阶上。也可以需要不设置台阶，将预制第一柱和预制第二柱的连接端包入模框。

所述注浆口位于所述模框下端，所述排气口位于所述模框上端。

所述模框由两个或以上的模板拼接而成。

所述模框由两个L型模板组成。

一种混凝土装配式节点的施工方法，其特征在于，步骤为:

第一步、将预留有纵筋的预制第一柱和预制第二柱放置在装配位置；

第二步、将预制第一柱的预留纵筋和预制第二柱的预留纵筋绑扎或焊接；

第三步、在绑扎或焊接后的纵筋外围，绑扎或焊接箍筋；

第四步、在连接节点的箍筋内填满粒径为5mm~20mm的级配骨料，并对骨料进行表湿处理；

第五步、固定安装模框，使模框与预制第一柱和预制第二柱成为整体；

第六步、搅拌快凝浆料，在搅拌过程中加入短纤维，将浆料从模框的注浆口注入级配骨料的缝隙中并进行养护，完成装配；其中注浆采用高压注浆的方式，通过调整注浆压力调整节点区快凝混凝土的密实度和力学性能，注浆的压力控制在0.5~3MPa。

本发明施工方法，先在连接节点内放入骨料，目的是为了让其与后注的浆料形成一个密实、均匀的整体，性能上接近于现浇的混凝土，粗骨料的粒径为5mm~20mm，后注的浆料填充了粗骨料间的缝隙，并且钢模板能给后浇节点提供侧向约束力，使其处于三轴抗压的应力状态，提高抗压强度。高压注浆能减少后浇节点的空隙，高压注浆能使钢模板内部的混凝土处于一种三轴抗压的应力状态，提高后浇节点混凝土的抗压强度。将快凝浆料加水搅拌，搅拌过程中加入按体积惨量的短纤维，保证搅拌后浆料的流动度大于200mm，再通过注浆机将浆料注入节点，注浆的压力控制在0.5~3MPa。快凝浆料能快速凝结，钢模板可以作为柱的受力支撑，方便继续后面的施工，不用等装配节点达到一定强度后才能进行下一步作业，实现了快速装配。

还包括：第七步、对模框进行防腐和防火处理。

所述短纤维为PVA纤维、碳纤维、耐碱玻璃纤维、耐碱玄武岩纤维或钢纤维中的一种或上述多种纤维的混杂纤维，纤维的体积添加量控制在0-2.5%范围之内。

所用的浆料为具备快凝和早强功能的水泥基胶凝浆料，所用的水泥为硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等具备快凝早强的水泥。

本发明快速混凝土装配式节点中，预制混凝土上柱和下柱的端部都预留一截钢筋，上下柱端对齐而且对应的纵筋进行连接，采用普通箍筋或螺旋箍筋作为侧向约束。根据上下柱的骨料级配，在节点中放入相应的级配骨料，周围支L型钢模板，L型模板安装在预制柱的台阶上或上下包围一定长度的预制混凝土柱，使上下柱对接平整，将钢模板焊接或用螺栓连接。再从钢模板下边的预留注浆孔注入含短纤维的快凝浆料，可从钢模板上边的预留气孔将节点区的空气排出，从而即使不用振捣也可大幅提高节点区混凝土的密实性、与上下柱混凝土的粘结性及其力学性能。

预制柱的端部均预留一截纵筋，若预留纵筋的长度大于最小粘结滑移长度（纵筋绑扎搭接接头的搭接长度，应根据位于同一连接区段内的钢筋搭接接头面积百分率按公式计算，且不应小于300mm），则可以采用绑扎搭接的方式将上下柱端对应纵筋进行连接，也可以采用焊接的方式连接；若预留纵筋的长度小于最小粘结滑移长度，则应采用焊接的方式将上下柱端对应纵筋进行连接，在后浇装配的节点中作为受力筋。通常，可在预制混凝土柱连接端的边缘预留一定宽度的台阶（台阶宽度为钢模板厚度），方便安装L型钢模板，使装配好的柱与模板对接平整。若对节点区的抗震性能要求高且对其平整度要求不高时，也可不预留台阶，将上、下预制混凝土柱连接端的一定长度包入L型钢模板，可进一步提高节点的力学性能和抗震性能。上、下柱节点处的端面要有一定的粗糙度，以增强后浇节点与预制柱的粘结力，提高上下柱与节点的整体性。

装配节点所用的水泥为快凝水泥，具有早强高强性能，该水泥不仅有较高的早期强度，而且有不断增长的后期强度，一般可以选用硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等快凝水泥，或者普通硅酸盐水泥添加适当的快凝剂。由于铝酸盐水泥具有后期强度降低的缺陷，一般不选用铝酸盐水泥。采用硫铝酸盐或铁铝酸盐水泥浇筑快凝节点，一般（4-8）个小时的抗压强度可达到（20-30）MPa，可以满足装配式结构对节点的力学性能需求，同时具有满足快速装配成型的特点，可大幅提升装配式结构的施工效率；而普通的混凝土的节点需要养护7天左右才能达到相同的强度要求。

装配节点中的箍筋为普通箍筋或者螺旋箍筋，普通箍筋在装配过程中需要绑扎在纵筋上，能固定纵筋，并作为混凝土的侧向约束。螺旋箍筋由于箍筋可以作为一个整体，在装配上更加方便，直接套入柱端并与纵筋进行固定即可，提高了装配的效率和整体性。

装配节点浆料中掺入短纤维，例如：钢纤维、碳纤维、耐碱玻璃纤维、PVA纤维等具有良好耐碱性、耐久性和力学性能的纤维，或上述多种纤维的混合纤维。节点区混凝土具备高的抗裂性能和抗拉性能，完全可以克服普通混凝土本身易产生裂缝和脆性破坏的特点，进一步提升节点的抗震性能。相比于预制上下柱的混凝土，节点区混凝土具备更为优异的抗压强度、密实度、抗折/抗弯和抗震性能。

节点处的模板为两块L型钢板组成，两块L型钢模板拼起来刚好为柱截面尺寸，模板的连接采用焊缝连接或高强螺栓连接，为了更好灌注浆料两块L型模板的接缝处以及模板与上下柱的结合部位进行密封处理。在L型模板的下端预留一个孔洞，用来注浆，在模板的上端开设排气孔，用于注浆时排出节点区的气体和多余浆料。通常从下面注浆，上面的孔洞将气体和多余浆料排出，并可以通过调整注浆的压力来调整节点区混凝土的密实度和力学性能，而不需要通过振捣来提高节点去混凝土的密实度，大幅简化了施工的工艺。这样保证了节点与柱的平整度，并且在装配过后L型钢板能对上下柱进行牢固固定，不用另外固定柱子，并且免于拆模。

装配节点采用注浆的施工工艺，用注浆机通过高压将浆料从预留的注浆孔注入节点，高压能使装配节点内部密实，减少孔洞的出现并排出浆料中及节点区的空气。高压注浆并且会使装配节点有一个向外扩张的压力，而钢模板约束的混凝土的发展，从而形成一个预应力，让注入的浆料及成型后节点区混凝土处于三轴抗压的状态，提高了注入浆料后混凝土的抗压、抗折、抗裂性能。

与普通混凝土节点相比具备以下突出的优点：成型时间快，与普通的混凝土节点相比时间缩短10倍以上；强度高，可以通过控制注入压力提高节点混凝土的密实度和强度；韧性好，具备比普通混凝土更好的抗折强度、韧性和抗震性能，其构件之间的连接更为安全可靠；免养护，注浆后节点区混凝土不需要养护，施工工艺简便。该节点主要应用于预制装配式混凝土柱与柱的连接。

附图说明

图1为预制柱和柱端预留钢筋的示意图。

图2为作为模板的L型钢板的示意图。

图3为作为侧向约束的方形螺旋箍筋。

图4为图1的预制柱的对接示意图。

图5为柱对接加装方形螺旋箍筋。

图6为柱对接后拼装钢模板的三维图。

图7为拼装好的新型的混凝土对接装配式节点。

图8 纤维掺量对节点区混凝土抗压强度的影响。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实例对本发明进行进一步描述。

图1至图3为组成该发明的各部件详图。

如图1所示，为预制装配式柱，预制柱的柱端预留一段钢筋（钢筋长度不宜小于钢筋直径的d的40倍或纵筋的长度不小于500mm），预留的钢筋为柱的纵筋。预制柱端做成阶梯状。预制柱采用普通硅酸盐混凝土浇筑，并在标准养护条件下养护28天以上，柱的端面有一定的粗糙度。

如图2所示，为用来为该节点支模L型钢模板，在该L型钢模板上预留有用来注浆和出浆的孔洞。

如图3所示，为用来作为混凝土侧向约束的方形螺旋箍筋，同时也方便绑扎钢筋。

如图4所示，将预制上下柱1对接整齐，使柱的边线在同一条铅垂线上。

如图5所示，将方形螺旋箍筋3放在预制上下柱1端钢筋的外围，把螺旋箍筋与纵筋绑扎。

如图6所示，绑扎完以后，在节点中放满石料级配，粒径为5mm~20mm，石料级配之间为浇注的空隙。并将L型钢模板2装在预制柱1的阶梯上，两块L型钢模板把节点封闭，两块L型钢模板采用焊接，形成方形的钢管。该新型的混凝土对接装配式节点的拼装就完成。然后搅拌硫铝酸盐水泥浆料，在搅拌的过程中加入纤维。搅拌完成后把含纤维的硫铝酸盐水泥浆料通过高压的方式从L型钢模板2的注浆孔4注入，注浆的压力控制在0.5~3MP，该新型混凝土对接装配式节点就施工完成，如图7所示。

图8为不同PVA纤维含量对节点区混凝土性能的影响，基于该快速浆料的节点区混凝土4个小时的抗压强度可达到21MPa以上，8个小时可满足施工强度要求。加入PVA纤维后可较大幅度提高混凝土的抗压强度，通常加入0.2%体积比的PVA纤维可将抗压强度提高15%以上，特别是注浆初期强度的提升更为明显。

Claims (8)

1.一种快速混凝土装配式节点，包括预制第一柱和预制第二柱，所述预制第一柱和预制第二柱在端部连接成一个整体，其特征在于：在所述预制第一柱和预制第二柱的端部之间设置有一连接区，在所述预制第一柱和预制第二柱的端部分别预留有一段位于所述连接区的纵筋，其中纵筋的长度不小于500mm；位于预制第一柱上的预留纵筋和位于第二柱上的预留纵筋位置相错并在所述连接区内重叠；在所述预留纵筋上设置有箍筋，在所述连接区外侧设置有模框，在所述模框上设置有注浆口和排气口；在所述模框内浇筑有与模板成一体的混凝土连接段。

2.根据权利要求1所述的快速装配式节点，其特征在于：在所述预制第一柱和预制第二柱端面均设置有一台阶，所述模块固定在所述台阶上。

3.根据权利要求1所述的快速装配式节点，其特征在于：所述注浆口位于所述模框下端，所述排气口位于所述模框上端。

4.根据权利要求1、2或3所述的快速装配式节点，其特征在于：所述模框由两个L型模板组成。

5.一种如权利要求1-4任一所述混凝土装配式节点的施工方法，其特征在于，步骤为:

第一步、将预留有纵筋的预制第一柱和预制第二柱放置在装配位置；

第二步、将预制第一柱的预留纵筋和预制第二柱的预留纵筋绑扎或焊接；

第三步、在绑扎或焊接后的纵筋外围，绑扎或焊接箍筋；

第四步、在连接节点中放入粒径为5mm~20mm的级配骨料，并对骨料进行表湿处理；

第五步、固定安装模框，使模框与预制第一柱和预制第二柱成为整体；

第六步、搅拌快凝浆料，在搅拌过程中加入短纤维，将浆料从模框的注浆口注入并进行养护，完成装配；其中注浆采用高压注浆的方式，通过调整注浆压力调整节点区快凝混凝土的密实度和力学性能，注浆的压力控制在0.5~3MPa。

6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，还包括：第七步、对模框进行防腐和防火处理。

7.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所述短纤维为PVA纤维、碳纤维、耐碱玻璃纤维、耐碱玄武岩纤维或钢纤维中的一种或上述多种纤维的混杂纤维，纤维的体积添加量控制在0-2.5%范围之内。

8.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所用的浆料为具备快凝和早强功能的水泥基胶凝浆料，所用的水泥为硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等具备快凝早强的水泥。