凍融循環(huán)下裝配式結(jié)構(gòu)全灌漿套筒連接節(jié)點力學性能及失效機制研究一、引言1.1研究背景與意義隨著城市化進程的加速和建筑行業(yè)的發(fā)展，裝配式結(jié)構(gòu)因其獨特優(yōu)勢在現(xiàn)代建筑中得到廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相比，裝配式結(jié)構(gòu)是將建筑構(gòu)件在工廠預制，然后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進行組裝，這種建造方式極大地提高了施工效率，有效縮短了施工周期。同時，工廠化的生產(chǎn)模式能嚴格把控產(chǎn)品質(zhì)量，使建筑構(gòu)件的質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠。而且，裝配式結(jié)構(gòu)在資源節(jié)約和環(huán)境保護方面表現(xiàn)突出，可減少現(xiàn)場濕作業(yè)，降低建筑垃圾的產(chǎn)生，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。在裝配式結(jié)構(gòu)中，全灌漿套筒連接節(jié)點作為關(guān)鍵部位，起著至關(guān)重要的作用。全灌漿套筒連接節(jié)點是通過將帶肋鋼筋插入內(nèi)腔帶溝槽的鋼筋套筒，然后灌入專用高強、無收縮灌漿料，使鋼筋與套筒之間形成可靠連接，達到高于鋼筋母材強度的連接效果，其連接性能直接關(guān)系到裝配式結(jié)構(gòu)的整體性、穩(wěn)定性和承載能力。一旦節(jié)點出現(xiàn)問題，可能引發(fā)整個結(jié)構(gòu)的安全隱患，導致嚴重后果。因此，全灌漿套筒連接節(jié)點的性能研究對于保障裝配式結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定具有不可忽視的意義。在寒冷地區(qū)，建筑結(jié)構(gòu)面臨著凍融循環(huán)的嚴峻考驗。凍融循環(huán)是指在低溫環(huán)境下，建筑材料中的水分凍結(jié)膨脹，而在溫度升高時又融化收縮，如此反復的物理過程。對于裝配式結(jié)構(gòu)的全灌漿套筒連接節(jié)點而言，凍融循環(huán)會對其產(chǎn)生多方面的影響。灌漿材料在凍融循環(huán)作用下，內(nèi)部水分的反復凍結(jié)與融化會使其體積不斷變化，導致灌漿材料出現(xiàn)微裂縫，進而降低其強度和粘結(jié)性能，削弱節(jié)點的承載能力。長期的凍融循環(huán)還可能引發(fā)鋼筋銹蝕，影響鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)力，進一步危及節(jié)點的可靠性。目前，雖然針對裝配式結(jié)構(gòu)全灌漿套筒連接節(jié)點已有一定研究，但在凍融循環(huán)作用下的研究仍相對薄弱?，F(xiàn)有研究對凍融循環(huán)影響節(jié)點性能的具體機制尚未完全明確，對于不同凍融循環(huán)次數(shù)、不同環(huán)境溫度以及不同灌漿材料等因素對節(jié)點性能的綜合影響，還缺乏系統(tǒng)深入的分析。隨著寒冷地區(qū)裝配式建筑的日益增多，深入研究凍融循環(huán)作用下全灌漿套筒連接節(jié)點的性能變化規(guī)律及失效機理，已成為亟待解決的關(guān)鍵問題。本文旨在通過試驗研究，深入探究凍融循環(huán)作用下裝配式結(jié)構(gòu)全灌漿套筒連接節(jié)點的性能變化規(guī)律，分析凍融循環(huán)對節(jié)點的破壞形式、承載能力、變形性能等方面的影響，揭示其失效機理。同時，結(jié)合試驗結(jié)果，提出相應(yīng)的改進措施和建議，為寒冷地區(qū)裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和維護提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，具有重要的工程實際意義和理論研究價值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在裝配式結(jié)構(gòu)全灌漿套筒連接節(jié)點的研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學者已取得了一系列成果，但在凍融循環(huán)作用下的研究仍有待深入。國外對于裝配式結(jié)構(gòu)的研究起步較早，在全灌漿套筒連接節(jié)點方面，美國混凝土協(xié)會（ACI）等組織制定了相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和標準，為節(jié)點的設(shè)計和應(yīng)用提供了理論依據(jù)。美國在裝配式建筑的發(fā)展中，對全灌漿套筒連接節(jié)點的性能進行了大量試驗研究，重點關(guān)注節(jié)點在不同荷載工況下的力學性能，如在地震荷載作用下，研究節(jié)點的抗震性能、延性以及耗能能力等，通過試驗和數(shù)值模擬分析，明確了節(jié)點的破壞模式和承載能力計算方法。歐洲一些國家，如德國、法國等，在裝配式建筑領(lǐng)域也有豐富的經(jīng)驗，在全灌漿套筒連接節(jié)點研究中，注重節(jié)點的耐久性和長期性能，通過長期監(jiān)測和試驗，分析環(huán)境因素對節(jié)點性能的影響。在對灌漿材料的研究上，國外研發(fā)了多種高性能灌漿材料，如德國的某品牌灌漿料，具有早期強度高、流動性好、收縮小等特點，能有效保證節(jié)點的連接質(zhì)量。但國外在凍融循環(huán)作用下對全灌漿套筒連接節(jié)點的研究相對分散，缺乏系統(tǒng)性的研究成果，對于不同凍融循環(huán)次數(shù)、不同環(huán)境溫度等因素對節(jié)點性能的綜合影響研究不夠深入。國內(nèi)近年來隨著裝配式建筑的快速發(fā)展，對全灌漿套筒連接節(jié)點的研究也日益增多。眾多學者通過試驗研究、數(shù)值模擬等方法，對節(jié)點的力學性能、連接機理等進行了深入分析。研究內(nèi)容包括不同鋼筋直徑、不同套筒形式、不同灌漿料配合比等因素對節(jié)點性能的影響。有學者通過對不同直徑鋼筋的全灌漿套筒連接節(jié)點進行拉伸試驗，得出鋼筋直徑對節(jié)點的極限承載力和變形性能有顯著影響，直徑越大，極限承載力越高，但變形性能會有所下降。在數(shù)值模擬方面，利用有限元軟件建立節(jié)點模型，模擬節(jié)點在荷載作用下的應(yīng)力分布和變形情況，驗證試驗結(jié)果的同時，還能對試驗難以開展的工況進行分析。在凍融循環(huán)作用下，國內(nèi)學者也開展了一些研究。通過對全灌漿套筒連接節(jié)點試件進行凍融循環(huán)試驗，發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)會導致灌漿料內(nèi)部孔隙增多，強度降低，進而影響節(jié)點的承載能力和粘結(jié)性能。有研究表明，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，節(jié)點的極限粘結(jié)強度逐漸下降，下降幅度與灌漿料的性能和凍融循環(huán)條件有關(guān)。然而，目前國內(nèi)的研究多集中在凍融循環(huán)對節(jié)點短期性能的影響，對于節(jié)點在長期凍融循環(huán)作用下的性能劣化規(guī)律以及壽命預測等方面的研究還相對薄弱。綜上所述，國內(nèi)外在裝配式結(jié)構(gòu)全灌漿套筒連接節(jié)點研究方面取得了一定成果，但在凍融循環(huán)作用下的研究存在不足，尤其是缺乏對節(jié)點在復雜環(huán)境因素下長期性能的深入分析，這為本文的研究提供了方向。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本文的研究聚焦于凍融循環(huán)作用下裝配式結(jié)構(gòu)全灌漿套筒連接節(jié)點，旨在全面深入地剖析其性能變化規(guī)律和失效機理，具體研究內(nèi)容涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：全灌漿套筒連接節(jié)點的力學性能研究：對經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)的全灌漿套筒連接節(jié)點試件開展拉伸試驗、抗壓試驗以及疲勞試驗等力學性能測試。通過這些試驗，系統(tǒng)分析凍融循環(huán)對節(jié)點的極限承載力、屈服強度、彈性模量、變形能力等力學性能指標的影響。研究不同鋼筋直徑、套筒規(guī)格以及灌漿料強度等級等參數(shù)在凍融循環(huán)作用下對節(jié)點力學性能的作用規(guī)律，為節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計提供力學性能層面的依據(jù)。全灌漿套筒連接節(jié)點的微觀結(jié)構(gòu)分析：運用掃描電子顯微鏡（SEM）、壓汞儀（MIP）等微觀測試手段，對凍融循環(huán)前后灌漿料的微觀結(jié)構(gòu)進行細致觀察和分析。研究凍融循環(huán)導致的灌漿料內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)變化，包括孔隙數(shù)量、大小、分布等情況，以及微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展規(guī)律。探究鋼筋與灌漿料界面微觀結(jié)構(gòu)在凍融循環(huán)作用下的變化，如界面過渡區(qū)的寬度、粘結(jié)強度等，從微觀層面揭示凍融循環(huán)影響節(jié)點性能的內(nèi)在機制。凍融循環(huán)作用下全灌漿套筒連接節(jié)點的失效機理研究：綜合力學性能試驗結(jié)果和微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)論，深入研究凍融循環(huán)作用下全灌漿套筒連接節(jié)點的失效過程和失效模式。分析節(jié)點在凍融循環(huán)與荷載共同作用下，內(nèi)部應(yīng)力分布和應(yīng)變發(fā)展規(guī)律，明確導致節(jié)點失效的關(guān)鍵因素和主要影響因素。建立凍融循環(huán)作用下全灌漿套筒連接節(jié)點的失效模型，為預測節(jié)點在實際工程中的使用壽命和可靠性提供理論基礎(chǔ)?；谠囼灲Y(jié)果的節(jié)點性能評估與改進措施研究：依據(jù)試驗研究得到的凍融循環(huán)作用下全灌漿套筒連接節(jié)點的性能變化規(guī)律和失效機理，對節(jié)點在寒冷地區(qū)實際工程應(yīng)用中的性能進行科學評估。結(jié)合評估結(jié)果，從材料選擇、節(jié)點構(gòu)造設(shè)計、施工工藝等方面提出針對性的改進措施和建議。研發(fā)新型抗凍融灌漿材料，優(yōu)化節(jié)點構(gòu)造形式，改進施工工藝，提高節(jié)點在凍融循環(huán)作用下的性能和可靠性，為寒冷地區(qū)裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和維護提供技術(shù)支持。1.3.2研究方法為實現(xiàn)上述研究目標，本文綜合運用實驗研究、數(shù)值模擬和理論分析等多種研究方法，確保研究的全面性、深入性和科學性。實驗研究：設(shè)計并制作不同參數(shù)的全灌漿套筒連接節(jié)點試件，包括不同鋼筋直徑、套筒規(guī)格和灌漿料配合比等。依據(jù)相關(guān)標準和規(guī)范，對試件進行凍融循環(huán)試驗，模擬實際工程中節(jié)點在寒冷地區(qū)可能經(jīng)歷的凍融環(huán)境。在凍融循環(huán)試驗過程中，精確控制試驗條件，如凍融溫度、循環(huán)次數(shù)、降溫速率和升溫速率等，確保試驗數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。對經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)的節(jié)點試件進行力學性能試驗，嚴格按照試驗標準和操作規(guī)程進行，記錄試驗過程中的各項數(shù)據(jù)，如荷載-位移曲線、應(yīng)力-應(yīng)變曲線等。通過對試驗數(shù)據(jù)的整理和分析，得到凍融循環(huán)作用下節(jié)點力學性能的變化規(guī)律。數(shù)值模擬：利用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立全灌漿套筒連接節(jié)點的三維數(shù)值模型。在建模過程中，充分考慮鋼筋、套筒、灌漿料以及它們之間的相互作用，采用合適的材料本構(gòu)模型和接觸算法，確保模型能夠準確反映節(jié)點的實際力學行為。通過數(shù)值模擬，分析節(jié)點在凍融循環(huán)和荷載共同作用下的應(yīng)力分布、應(yīng)變發(fā)展以及變形情況。與實驗結(jié)果進行對比驗證，確保數(shù)值模型的準確性和可靠性。利用驗證后的數(shù)值模型，開展參數(shù)化研究，分析不同參數(shù)對節(jié)點性能的影響，拓展研究工況，為節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計提供更多的數(shù)據(jù)支持。理論分析：基于混凝土結(jié)構(gòu)基本理論、材料力學和損傷力學等相關(guān)知識，對凍融循環(huán)作用下全灌漿套筒連接節(jié)點的力學性能和失效機理進行深入的理論分析。建立節(jié)點的力學分析模型，推導節(jié)點在凍融循環(huán)作用下的承載能力計算公式和變形計算公式。結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，從微觀和宏觀相結(jié)合的角度，闡述凍融循環(huán)對節(jié)點性能的影響機制，為實驗研究和數(shù)值模擬提供理論依據(jù)。根據(jù)理論分析結(jié)果，提出節(jié)點在凍融循環(huán)作用下的性能評估方法和設(shè)計建議，為寒冷地區(qū)裝配式結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供理論指導。二、全灌漿套筒連接節(jié)點與凍融循環(huán)試驗基礎(chǔ)2.1全灌漿套筒連接節(jié)點概述全灌漿套筒連接節(jié)點作為裝配式結(jié)構(gòu)中鋼筋連接的關(guān)鍵部位，其構(gòu)造設(shè)計精妙且嚴謹。該節(jié)點主要由灌漿套筒、帶肋鋼筋以及高強無收縮灌漿料組成。灌漿套筒通常采用優(yōu)質(zhì)金屬材料制成，其內(nèi)腔帶有特殊的溝槽，這種設(shè)計旨在增加與灌漿料之間的粘結(jié)力，確保連接的穩(wěn)固性。帶肋鋼筋表面的肋紋能夠有效提高鋼筋與灌漿料之間的機械咬合作用，進一步增強連接節(jié)點的傳力性能。高強無收縮灌漿料則填充于套筒與鋼筋之間的間隙，在硬化后形成高強度的粘結(jié)體，使鋼筋與套筒緊密結(jié)合，共同承受外力作用。全灌漿套筒連接節(jié)點的工作原理基于鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)力以及灌漿料與套筒之間的摩擦力。當節(jié)點受到外力作用時，帶肋鋼筋首先承受荷載，并通過表面肋紋將力傳遞給周圍的灌漿料。由于灌漿料與套筒內(nèi)壁緊密粘結(jié)，且套筒內(nèi)腔的溝槽提供了額外的錨固作用，使得灌漿料能夠?qū)摻顐鱽淼牧τ行У貍鬟f給套筒，進而實現(xiàn)整個節(jié)點的力的傳遞。在這個過程中，鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)力以及灌漿料與套筒之間的摩擦力相互協(xié)同，共同保證了節(jié)點在各種荷載工況下的可靠性和穩(wěn)定性。例如，在軸向拉力作用下，鋼筋的拉伸力通過粘結(jié)力傳遞給灌漿料，再由灌漿料通過摩擦力傳遞給套筒，從而使整個節(jié)點能夠承受拉力而不發(fā)生破壞。在裝配式結(jié)構(gòu)中，全灌漿套筒連接節(jié)點應(yīng)用場景廣泛，尤其在預制剪力墻、預制柱等豎向構(gòu)件的連接中發(fā)揮著重要作用。在預制剪力墻結(jié)構(gòu)中，全灌漿套筒連接節(jié)點確保了墻體之間的豎向鋼筋連接牢固，使各片剪力墻能夠協(xié)同工作，共同承受水平荷載和豎向荷載，保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。在預制柱結(jié)構(gòu)中，節(jié)點將上下柱的鋼筋連接起來，傳遞軸向壓力、彎矩和剪力等內(nèi)力，確保柱子在各種受力情況下的承載能力和變形性能。這些應(yīng)用不僅體現(xiàn)了全灌漿套筒連接節(jié)點在裝配式結(jié)構(gòu)中的重要性，還直接關(guān)系到整個建筑結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。一旦節(jié)點出現(xiàn)問題，如灌漿料開裂、鋼筋與灌漿料粘結(jié)失效等，可能導致結(jié)構(gòu)局部破壞，甚至引發(fā)整體結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，造成嚴重的安全事故。因此，深入研究全灌漿套筒連接節(jié)點的性能，特別是在凍融循環(huán)等惡劣環(huán)境下的性能，對于保障裝配式結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定具有至關(guān)重要的意義。2.2凍融循環(huán)試驗相關(guān)理論凍融循環(huán)是一種復雜的物理作用過程，其作用機理主要源于水在凍結(jié)和融化時的體積變化。當環(huán)境溫度降低至0℃以下時，建筑材料孔隙中的水會逐漸凍結(jié)成冰。由于冰的密度比水小，水結(jié)冰時體積會膨脹約9%，這一膨脹過程會在材料內(nèi)部產(chǎn)生巨大的膨脹應(yīng)力。這種應(yīng)力作用于材料的孔隙壁，當應(yīng)力超過材料的抗拉強度時，孔隙壁就會出現(xiàn)微裂縫。隨著溫度升高，冰又融化成水，體積隨之收縮，微裂縫中的水會進一步滲入材料內(nèi)部更細小的孔隙中。當溫度再次降低，水再次結(jié)冰膨脹，微裂縫會進一步擴展和延伸。如此反復的凍融循環(huán)過程，使得材料內(nèi)部的微裂縫不斷發(fā)展、連通，最終導致材料結(jié)構(gòu)的破壞。例如，在混凝土材料中，凍融循環(huán)會使混凝土內(nèi)部的骨料與水泥漿體之間的粘結(jié)界面受到破壞，導致混凝土的強度和耐久性下降。凍融循環(huán)對建筑材料性能有著多方面的顯著影響。在力學性能方面，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，材料的抗壓強度、抗拉強度和彈性模量等力學指標會逐漸降低。有研究表明，普通混凝土在經(jīng)歷100次凍融循環(huán)后，抗壓強度可能下降20%-30%，彈性模量也會有明顯降低。這是因為凍融循環(huán)產(chǎn)生的微裂縫削弱了材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其承受荷載的能力下降。在耐久性方面，凍融循環(huán)會加速材料的劣化，降低其使用壽命。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，凍融循環(huán)可能引發(fā)鋼筋銹蝕，這是由于水在鋼筋表面的反復凍結(jié)和融化，破壞了鋼筋表面的鈍化膜，使得鋼筋更容易與空氣中的氧氣和水分發(fā)生化學反應(yīng)，從而加速銹蝕過程。鋼筋銹蝕不僅會降低鋼筋自身的強度，還會削弱鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力，進一步危及結(jié)構(gòu)的安全性。在進行凍融循環(huán)試驗時，需要遵循相關(guān)的標準和規(guī)范，以確保試驗結(jié)果的準確性和可比性。目前，國內(nèi)外常用的凍融循環(huán)試驗標準包括中國的《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》（GB/T50082-2009）、美國材料與試驗協(xié)會的ASTMC666《混凝土抗快速凍融性能的標準試驗方法》等。這些標準對試驗的各個環(huán)節(jié)都做出了詳細規(guī)定。在試驗環(huán)境條件方面，一般規(guī)定凍融循環(huán)的溫度范圍為-20℃至10℃，這是為了模擬寒冷地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)實際面臨的溫度變化情況。在試件制備方面，要求試件的尺寸、形狀和配合比等符合特定要求，例如，混凝土試件通常制作成100mm×100mm×100mm或150mm×150mm×150mm的立方體，以保證試驗結(jié)果能夠準確反映材料的性能。凍融循環(huán)試驗的實施步驟嚴格且細致。首先是試件制備，按照設(shè)計配合比準確稱量水泥、骨料、水等原材料，采用機械攪拌的方式確?；炷翑嚢杈鶆颍缓髮韬秃玫幕炷翝仓教囟＞咧?，振搗密實，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護至規(guī)定齡期，通常為28天。接著是試驗設(shè)備準備，選用符合標準要求的凍融試驗箱，該設(shè)備應(yīng)能精確控制溫度和時間，確保試驗過程中溫度穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)。在試驗過程中，將養(yǎng)護好的試件放入凍融試驗箱，按照設(shè)定的凍融循環(huán)制度進行試驗。一般一次凍融循環(huán)包括在-20℃下凍結(jié)4小時，然后在10℃下融化4小時，如此反復進行規(guī)定的循環(huán)次數(shù)。在每次凍融循環(huán)結(jié)束后，需要對試件進行外觀檢查，記錄試件表面是否出現(xiàn)裂縫、剝落等現(xiàn)象，并測定試件的質(zhì)量損失、抗壓強度、動彈模量等性能指標。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，能夠全面了解凍融循環(huán)對建筑材料性能的影響規(guī)律。三、凍融循環(huán)作用下全灌漿套筒連接節(jié)點試驗設(shè)計3.1試驗材料與試件制作3.1.1試驗材料鋼筋：選用HRB400級熱軋帶肋鋼筋，分別采用直徑為16mm、20mm和25mm三種規(guī)格。HRB400級鋼筋具有較高的屈服強度和抗拉強度，廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中。其屈服強度標準值為400MPa，抗拉強度標準值為540MPa，具有良好的延性和可焊性，能滿足全灌漿套筒連接節(jié)點在不同受力狀態(tài)下的性能要求。在試驗前，對鋼筋進行外觀檢查，確保其表面無銹蝕、裂縫等缺陷，并按照相關(guān)標準進行力學性能檢測，包括屈服強度、抗拉強度和伸長率等指標，保證鋼筋性能符合設(shè)計要求。套筒：采用球墨鑄鐵材質(zhì)的全灌漿套筒，其具有強度高、韌性好、耐腐蝕性強等優(yōu)點，能有效保證節(jié)點的連接質(zhì)量和耐久性。套筒的規(guī)格與鋼筋直徑相匹配，對應(yīng)16mm、20mm和25mm鋼筋的套筒內(nèi)徑分別為24mm、28mm和34mm，套筒長度分別為260mm、320mm和380mm。套筒的內(nèi)腔帶有特殊的溝槽設(shè)計，以增強與灌漿料之間的粘結(jié)力，同時在套筒兩端設(shè)置有灌漿孔和出漿孔，便于灌漿操作。在試驗前，對套筒進行外觀檢查，確保其表面無砂眼、氣孔、裂縫等缺陷，并對套筒的尺寸進行測量，保證其符合設(shè)計要求。按照相關(guān)標準對套筒的力學性能進行檢測，包括抗拉強度、屈服強度和硬度等指標，確保套筒性能滿足試驗需求。灌漿料：選用某品牌的高強無收縮灌漿料，該灌漿料具有早期強度高、流動性好、收縮小等特點。其初始流動度不小于300mm，30min流動度不小于260mm，能保證在灌漿過程中順利填充套筒與鋼筋之間的間隙。1d抗壓強度不低于35MPa，28d抗壓強度不低于85MPa，豎向膨脹率在0.02%-0.5%之間，能有效避免灌漿料硬化后出現(xiàn)收縮裂縫，保證節(jié)點的連接強度和整體性。在試驗前，嚴格按照灌漿料產(chǎn)品說明書的要求進行配制，控制水灰比，采用機械攪拌方式確保灌漿料攪拌均勻。對配制好的灌漿料進行流動度、抗壓強度和豎向膨脹率等性能檢測，確保其性能符合試驗要求。3.1.2試件制作試件設(shè)計：本次試驗共設(shè)計制作18個全灌漿套筒連接節(jié)點試件，分為6組，每組3個試件，分別研究不同凍融循環(huán)次數(shù)（0次、25次、50次、75次、100次、150次）對節(jié)點性能的影響。每個試件由兩根長度為600mm的鋼筋通過全灌漿套筒連接而成，鋼筋插入套筒的深度為10倍鋼筋直徑，以保證鋼筋與套筒之間有足夠的錨固長度，確保節(jié)點在受力過程中鋼筋與套筒之間的粘結(jié)力能夠充分發(fā)揮作用。在試件兩端的鋼筋上，分別設(shè)置有用于安裝加載裝置的錨固端，錨固端長度為150mm，采用螺紋連接方式，便于在試驗過程中與加載設(shè)備連接，實現(xiàn)對試件的軸向加載。制作過程：首先，對鋼筋進行預處理，將鋼筋表面的油污、鐵銹等雜質(zhì)清理干凈，保證鋼筋表面清潔，以增強鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)力。然后，將套筒固定在專用的模具中，確保套筒位置準確，不發(fā)生偏移。在套筒的灌漿孔和出漿孔處安裝好灌漿管和出漿管，灌漿管和出漿管采用直徑為10mm的塑料軟管，其長度根據(jù)試件的實際情況確定，確保在灌漿過程中能夠順利進行灌漿和出漿操作。將處理好的鋼筋插入套筒中，使鋼筋插入深度達到設(shè)計要求，并保證鋼筋與套筒同軸心。在鋼筋與套筒之間的間隙中，采用定位裝置進行定位，防止鋼筋在灌漿過程中發(fā)生位移。按照灌漿料產(chǎn)品說明書的要求，準確稱量灌漿料和水，采用機械攪拌方式攪拌均勻，攪拌時間不少于3min，確保灌漿料的均勻性和流動性。將攪拌好的灌漿料通過灌漿管緩慢注入套筒內(nèi)，在灌漿過程中，輕輕敲擊套筒，使灌漿料內(nèi)部的氣泡排出，保證灌漿料填充密實。當灌漿料從出漿管溢出時，停止灌漿，并及時封堵灌漿孔和出漿孔。將制作好的試件在室溫下靜置養(yǎng)護24h后，拆除模具，將試件轉(zhuǎn)移至標準養(yǎng)護室進行養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度為（20±2）℃，相對濕度不低于95%，養(yǎng)護時間為28d。在養(yǎng)護期間，定期對試件進行檢查，觀察試件表面是否出現(xiàn)裂縫、變形等情況，確保試件在養(yǎng)護過程中的質(zhì)量。3.2試驗方案與加載制度3.2.1凍融循環(huán)試驗方案本次試驗的凍融循環(huán)試驗在專用的凍融試驗箱中進行，該試驗箱具備精確控制溫度和時間的功能，能夠穩(wěn)定地將溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，且溫度波動不超過±2℃，以確保試驗條件的準確性和穩(wěn)定性。根據(jù)相關(guān)標準和實際工程中寒冷地區(qū)的溫度變化情況，設(shè)定凍融循環(huán)的溫度范圍為-20℃至10℃。在一次凍融循環(huán)過程中，試件在-20℃下凍結(jié)4小時，使試件內(nèi)部水分充分凍結(jié)，然后在10℃下融化4小時，模擬實際環(huán)境中的溫度變化過程。如此反復進行，分別對6組試件進行0次、25次、50次、75次、100次、150次的凍融循環(huán)試驗。在每次凍融循環(huán)結(jié)束后，對試件進行外觀檢查，詳細記錄試件表面是否出現(xiàn)裂縫、剝落、掉渣等現(xiàn)象，并測量試件的質(zhì)量變化，以評估凍融循環(huán)對試件外觀和質(zhì)量的影響。3.2.2試件分組本次試驗共制作18個全灌漿套筒連接節(jié)點試件，按照不同的凍融循環(huán)次數(shù)分為6組，每組3個試件，具體分組情況如下表所示：組別凍融循環(huán)次數(shù)鋼筋直徑（mm）套筒規(guī)格（mm）灌漿料強度等級1016、20、25對應(yīng)鋼筋直徑的匹配套筒C8522516、20、25對應(yīng)鋼筋直徑的匹配套筒C8535016、20、25對應(yīng)鋼筋直徑的匹配套筒C8547516、20、25對應(yīng)鋼筋直徑的匹配套筒C85510016、20、25對應(yīng)鋼筋直徑的匹配套筒C85615016、20、25對應(yīng)鋼筋直徑的匹配套筒C85通過這樣的分組方式，能夠系統(tǒng)地研究不同凍融循環(huán)次數(shù)對全灌漿套筒連接節(jié)點性能的影響，同時考慮了不同鋼筋直徑因素，為全面分析凍融循環(huán)作用下節(jié)點性能變化規(guī)律提供豐富的數(shù)據(jù)支持。3.2.3拉伸試驗加載制度拉伸試驗在電子萬能試驗機上進行，該試驗機精度高、加載穩(wěn)定，能夠準確測量試驗過程中的荷載和位移。試驗前，將試件兩端的鋼筋錨固端牢固地安裝在試驗機的夾具上，確保試件在加載過程中能夠均勻受力，避免出現(xiàn)偏心加載的情況。加載制度采用位移控制加載方式，按照相關(guān)標準和試驗要求，加載速率設(shè)定為0.5mm/min。這種加載速率既能保證試驗過程中試件的受力過程較為緩慢、穩(wěn)定，使試驗數(shù)據(jù)能夠準確反映試件的力學性能，又能在合理的時間內(nèi)完成試驗。在加載過程中，從0開始逐步施加荷載，密切觀察試件的變形和破壞情況。當試件出現(xiàn)明顯的屈服現(xiàn)象時，記錄此時的屈服荷載和屈服位移；繼續(xù)加載直至試件破壞，記錄破壞荷載和破壞位移，同時詳細記錄試件的破壞形式，如鋼筋拔出、灌漿料開裂、套筒破裂等，為后續(xù)分析提供直觀的依據(jù)。3.2.4數(shù)據(jù)測量方法在試驗過程中，采用多種先進的測量儀器和方法來獲取準確的數(shù)據(jù)。使用荷載傳感器安裝在試驗機的加載系統(tǒng)上，實時測量施加在試件上的荷載大小，荷載傳感器的精度為±0.1kN，能夠精確測量試驗過程中的荷載變化。位移測量則通過在試件上安裝位移計來實現(xiàn)，位移計采用高精度的電子位移計，精度為±0.01mm，分別在試件的兩端和中部對稱布置，以測量試件在加載過程中的軸向位移和變形情況。在試件表面粘貼電阻應(yīng)變片，測量鋼筋和灌漿料在受力過程中的應(yīng)變分布情況，電阻應(yīng)變片的精度為±1με，能夠準確捕捉材料內(nèi)部的應(yīng)變變化。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將荷載傳感器、位移計和電阻應(yīng)變片測量的數(shù)據(jù)實時采集并存儲，便于后續(xù)對試驗數(shù)據(jù)進行整理和分析。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高速、準確的數(shù)據(jù)采集能力，能夠按照設(shè)定的采樣頻率（10Hz）對試驗數(shù)據(jù)進行采集，確保試驗數(shù)據(jù)的完整性和準確性。四、試驗結(jié)果與分析4.1外觀現(xiàn)象觀察在試驗過程中，對常溫養(yǎng)護和經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)后的全灌漿套筒連接節(jié)點試件外觀進行了細致觀察。常溫養(yǎng)護的試件，其表面的灌漿料完整且光滑，無明顯裂縫、剝落等異常現(xiàn)象，鋼筋與套筒連接緊密，套筒表面也無變形或損壞跡象。這表明在正常環(huán)境條件下，全灌漿套筒連接節(jié)點的施工質(zhì)量良好，各組成部分之間的粘結(jié)和協(xié)同工作性能穩(wěn)定，能夠滿足設(shè)計要求。經(jīng)歷凍融循環(huán)作用后的試件，外觀則出現(xiàn)了明顯變化。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，灌漿料剝落現(xiàn)象逐漸加劇。在經(jīng)歷25次凍融循環(huán)后，部分試件的端口處開始出現(xiàn)少量灌漿料剝落，呈現(xiàn)出細小顆粒狀脫落，此時試件表面的裂縫尚不明顯。當凍融循環(huán)次數(shù)達到50次時，灌漿料剝落范圍有所擴大，不僅端口處，試件側(cè)面也出現(xiàn)了零星的剝落點，同時在試件表面開始出現(xiàn)細微裂縫，這些裂縫寬度較窄，長度較短，多呈不規(guī)則分布。繼續(xù)增加凍融循環(huán)次數(shù)至75次，灌漿料剝落情況愈發(fā)嚴重，剝落區(qū)域進一步擴大，部分剝落處露出鋼筋，試件表面裂縫數(shù)量增多且寬度增大，部分裂縫開始相互連通。當凍融循環(huán)次數(shù)達到100次時，灌漿料剝落現(xiàn)象更為顯著，試件端口和側(cè)面大面積出現(xiàn)灌漿料脫落，鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)界面受到明顯破壞，裂縫貫穿整個試件表面，形成網(wǎng)狀裂縫。而經(jīng)歷150次凍融循環(huán)的試件，灌漿料剝落嚴重，試件表面出現(xiàn)大量空洞，鋼筋與套筒之間的連接明顯松動，試件整體結(jié)構(gòu)遭受嚴重破壞，已無法承受正常荷載。凍融循環(huán)對灌漿料剝落和裂縫的影響機制主要源于水的凍脹作用。在低溫環(huán)境下，灌漿料孔隙中的水凍結(jié)成冰，體積膨脹約9%，產(chǎn)生巨大的膨脹應(yīng)力。這種應(yīng)力作用于灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當超過其抗拉強度時，就會導致灌漿料內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，微裂縫不斷擴展、連通，最終導致灌漿料表面出現(xiàn)裂縫和剝落現(xiàn)象。而且，鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)界面也會因凍融循環(huán)而受到破壞，進一步加劇了灌漿料的剝落和試件的損壞。4.2力學性能指標分析通過對不同凍融循環(huán)次數(shù)下全灌漿套筒連接節(jié)點試件的拉伸試驗，得到了屈服強度、極限強度和極限粘結(jié)強度等關(guān)鍵力學性能指標的變化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)直觀地反映了凍融循環(huán)對節(jié)點力學性能的影響。從屈服強度來看，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，節(jié)點的屈服強度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。在常溫養(yǎng)護下，節(jié)點的屈服強度達到了較高水平，以直徑16mm鋼筋的節(jié)點為例，屈服強度平均值為480MPa。而當凍融循環(huán)次數(shù)達到25次時，屈服強度下降至450MPa，下降幅度約為6.25%；當凍融循環(huán)次數(shù)增加到50次時，屈服強度進一步下降至420MPa，較常溫養(yǎng)護下降了12.5%。當凍融循環(huán)次數(shù)達到150次時，屈服強度僅為360MPa，下降幅度高達25%。這種屈服強度的下降主要是由于凍融循環(huán)導致灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷，微裂縫不斷擴展，削弱了灌漿料與鋼筋之間的粘結(jié)力，使得節(jié)點在承受較小荷載時就容易發(fā)生屈服變形。極限強度也受到凍融循環(huán)的顯著影響。常溫養(yǎng)護下，全灌漿套筒連接節(jié)點的極限強度能夠滿足設(shè)計要求，且高于鋼筋母材的極限強度，體現(xiàn)了節(jié)點良好的連接性能。但隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增多，極限強度逐漸降低。對于直徑20mm鋼筋的節(jié)點，常溫養(yǎng)護時極限強度平均值為650MPa，經(jīng)歷50次凍融循環(huán)后，極限強度降至600MPa，下降了7.69%；當凍融循環(huán)次數(shù)達到100次時，極限強度為550MPa，下降幅度達到15.38%。凍融循環(huán)對極限強度的影響機制主要是灌漿料的劣化以及鋼筋與灌漿料界面粘結(jié)性能的退化。凍融循環(huán)產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力和收縮應(yīng)力使得灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，同時破壞了鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)界面，導致節(jié)點在承受較大荷載時，無法有效地傳遞應(yīng)力，從而降低了極限強度。極限粘結(jié)強度同樣隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而降低。常溫養(yǎng)護下，節(jié)點的極限粘結(jié)強度能夠保證鋼筋與灌漿料之間的可靠粘結(jié)，使兩者協(xié)同工作。但經(jīng)過凍融循環(huán)后，極限粘結(jié)強度明顯下降。例如，直徑25mm鋼筋的節(jié)點，常溫養(yǎng)護時極限粘結(jié)強度平均值為12MPa，經(jīng)歷75次凍融循環(huán)后，極限粘結(jié)強度降至10MPa，下降了16.67%；當凍融循環(huán)次數(shù)達到150次時，極限粘結(jié)強度僅為8MPa，下降幅度達到33.33%。這是因為凍融循環(huán)使灌漿料與鋼筋之間的粘結(jié)界面出現(xiàn)裂縫和松動，減小了兩者之間的摩擦力和機械咬合力，導致極限粘結(jié)強度降低。綜上所述，凍融循環(huán)對全灌漿套筒連接節(jié)點的屈服強度、極限強度和極限粘結(jié)強度等力學性能指標均產(chǎn)生了顯著的負面影響，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這些力學性能指標逐漸下降，節(jié)點的承載能力和可靠性降低。4.3應(yīng)變分布特征研究為深入探究凍融循環(huán)作用下全灌漿套筒連接節(jié)點的力學行為，對常溫與凍融循環(huán)條件下套筒表面的徑向與軸向應(yīng)變分布進行了細致研究。在試件的套筒表面沿軸向和徑向?qū)ΨQ粘貼電阻應(yīng)變片，以精確測量不同位置的應(yīng)變變化。在常溫養(yǎng)護試件中，當對節(jié)點施加軸向拉力時，套筒表面的徑向應(yīng)變分布呈現(xiàn)出一定規(guī)律。在套筒兩端靠近鋼筋錨固區(qū)域，徑向應(yīng)變相對較大，這是因為鋼筋與套筒之間的粘結(jié)力在該區(qū)域產(chǎn)生了較大的徑向應(yīng)力。隨著向套筒中部移動，徑向應(yīng)變逐漸減小，在套筒中部達到最小值。這表明套筒中部所受的徑向應(yīng)力相對較小，結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。軸向應(yīng)變分布則表現(xiàn)為從套筒一端到另一端逐漸變化，在靠近加載端的區(qū)域，軸向應(yīng)變較大，隨著遠離加載端，軸向應(yīng)變逐漸減小。在加載過程中，套筒表面的應(yīng)變變化較為均勻，未出現(xiàn)明顯的應(yīng)變集中現(xiàn)象，說明常溫下套筒與鋼筋、灌漿料之間的協(xié)同工作性能良好，能夠有效地傳遞應(yīng)力。經(jīng)歷凍融循環(huán)后的試件，套筒表面的應(yīng)變分布發(fā)生了顯著改變。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，套筒表面的徑向應(yīng)變和軸向應(yīng)變均有所增大，這表明凍融循環(huán)導致套筒的受力狀態(tài)更加復雜，內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻程度加劇。在套筒兩端，由于鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)界面受到凍融循環(huán)的破壞，徑向應(yīng)變增大更為明顯，出現(xiàn)了應(yīng)變集中現(xiàn)象。部分試件在套筒端部出現(xiàn)了較大的徑向裂縫，這與應(yīng)變集中區(qū)域相吻合，進一步驗證了應(yīng)變分析的結(jié)果。在套筒中部，雖然應(yīng)變相對兩端較小，但與常溫養(yǎng)護試件相比，應(yīng)變也有明顯增加，說明凍融循環(huán)對套筒中部的結(jié)構(gòu)性能也產(chǎn)生了一定影響。通過對不同凍融循環(huán)次數(shù)下套筒表面應(yīng)變分布的對比分析，確定了套筒最薄弱的節(jié)點位置在套筒中部。在凍融循環(huán)作用下，套筒中部的應(yīng)變增長速率相對較快，且隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，應(yīng)變變化更為敏感。這是因為套筒中部在凍融循環(huán)過程中，受到的溫度應(yīng)力和內(nèi)部微裂縫擴展的影響較大，導致其結(jié)構(gòu)性能逐漸劣化。當節(jié)點承受荷載時，套筒中部更容易出現(xiàn)破壞，進而影響整個節(jié)點的承載能力和可靠性。因此，在裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工中，應(yīng)重點關(guān)注套筒中部的構(gòu)造和防護措施，提高其抗凍融性能，以確保全灌漿套筒連接節(jié)點在寒冷地區(qū)的長期穩(wěn)定性和安全性。五、凍融循環(huán)作用下節(jié)點性能劣化機制探討5.1微觀結(jié)構(gòu)分析為深入探究凍融循環(huán)對全灌漿套筒連接節(jié)點性能的影響機制，采用掃描電子顯微鏡（SEM）和壓汞儀（MIP）對經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)的灌漿料微觀結(jié)構(gòu)進行了細致分析。在SEM微觀圖像中，常溫養(yǎng)護的灌漿料呈現(xiàn)出較為致密的結(jié)構(gòu)，水泥水化產(chǎn)物均勻分布，未發(fā)現(xiàn)明顯的孔隙和裂縫。C-S-H凝膠相互交織，形成了緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，填充在水泥顆粒之間的空隙中，使得灌漿料具有較高的強度和良好的粘結(jié)性能。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，灌漿料微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。當凍融循環(huán)次數(shù)達到25次時，微觀圖像中開始出現(xiàn)少量微小孔隙，這些孔隙主要分布在水泥水化產(chǎn)物之間的界面處。部分C-S-H凝膠結(jié)構(gòu)出現(xiàn)輕微破壞，呈現(xiàn)出局部松散的狀態(tài)，但整體結(jié)構(gòu)仍相對完整。當凍融循環(huán)次數(shù)增加到50次時，孔隙數(shù)量明顯增多，孔徑也有所增大，部分孔隙開始相互連通，形成了微小的裂縫。水泥水化產(chǎn)物的破壞加劇，C-S-H凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較多斷裂，導致灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的連續(xù)性受到破壞，從而降低了灌漿料的強度和粘結(jié)性能。繼續(xù)增加凍融循環(huán)次數(shù)至100次，灌漿料微觀結(jié)構(gòu)遭受嚴重破壞，孔隙和裂縫大量出現(xiàn)，形成了復雜的孔隙網(wǎng)絡(luò)。水泥水化產(chǎn)物嚴重分解，C-S-H凝膠幾乎無法保持完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大量的水泥顆粒暴露出來，使得灌漿料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得極為疏松，強度和粘結(jié)性能大幅下降。壓汞儀（MIP）測試結(jié)果進一步定量分析了凍融循環(huán)對灌漿料孔隙結(jié)構(gòu)的影響。常溫養(yǎng)護下，灌漿料的總孔隙率較低，平均孔徑較小，主要為無害孔和少害孔，這使得灌漿料具有良好的密實性和力學性能。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，總孔隙率逐漸增大，平均孔徑也不斷增大。經(jīng)歷100次凍融循環(huán)后，總孔隙率相比常溫養(yǎng)護時增加了約50%，平均孔徑增大了約3倍，有害孔和多害孔的比例顯著增加，這表明凍融循環(huán)導致灌漿料內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)劣化，嚴重影響了其性能。從微觀層面來看，凍融循環(huán)導致灌漿料微觀結(jié)構(gòu)劣化的主要原因是水的凍脹作用。在低溫環(huán)境下，灌漿料孔隙中的水凍結(jié)成冰，體積膨脹約9%，產(chǎn)生巨大的膨脹應(yīng)力。這種應(yīng)力作用于灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，當超過其抗拉強度時，就會導致水泥水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)破壞，孔隙壁開裂，從而形成孔隙和裂縫。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這些孔隙和裂縫不斷擴展、連通，使得灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸疏松，強度和粘結(jié)性能降低，最終導致全灌漿套筒連接節(jié)點的性能劣化。5.2損傷演化過程研究在凍融循環(huán)作用下，全灌漿套筒連接節(jié)點內(nèi)部經(jīng)歷了復雜的損傷演化過程，這一過程對節(jié)點的力學性能產(chǎn)生了顯著影響。在凍融循環(huán)初期，當循環(huán)次數(shù)較少時，節(jié)點內(nèi)部的損傷主要源于灌漿料孔隙內(nèi)水的凍脹作用。在低溫環(huán)境下，灌漿料孔隙中的水凍結(jié)成冰，體積膨脹約9%，在孔隙周圍產(chǎn)生局部的拉應(yīng)力。由于灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)并非完全均勻，這些拉應(yīng)力在薄弱部位集中，導致微觀層面出現(xiàn)微小的初始損傷，如一些微小的孔隙被擴大，部分水泥水化產(chǎn)物之間的粘結(jié)界面出現(xiàn)微小裂縫。此時，由于損傷程度較輕，節(jié)點的力學性能變化并不明顯，在宏觀上，節(jié)點仍能保持較好的承載能力和變形性能。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，節(jié)點內(nèi)部損傷進一步發(fā)展。已有的微小裂縫在反復的凍脹和收縮作用下不斷擴展、延伸，同時新的裂縫也不斷產(chǎn)生。這些裂縫逐漸相互連通，形成裂縫網(wǎng)絡(luò)。在鋼筋與灌漿料的界面處，由于兩者的熱膨脹系數(shù)不同，在凍融循環(huán)過程中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力會導致界面粘結(jié)力下降，界面處的裂縫也會逐漸開展，削弱了鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)性能。此時，節(jié)點的力學性能開始出現(xiàn)明顯變化，如極限強度、屈服強度和極限粘結(jié)強度逐漸降低，節(jié)點的變形能力也有所下降，在承受荷載時更容易發(fā)生較大變形。當凍融循環(huán)次數(shù)達到一定程度后，節(jié)點內(nèi)部損傷進入快速發(fā)展階段。灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)因裂縫的大量產(chǎn)生和擴展而變得疏松，強度大幅降低。鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)界面破壞嚴重，幾乎喪失粘結(jié)能力，鋼筋在套筒內(nèi)的錨固作用大大減弱。此時，節(jié)點的承載能力急劇下降，在較小的荷載作用下就可能發(fā)生破壞，如鋼筋拔出、灌漿料破碎等破壞形式。從損傷對力學性能的影響機制來看，隨著損傷的演化，灌漿料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸劣化，其抵抗荷載的能力不斷降低，從而導致節(jié)點的極限強度和屈服強度下降。損傷導致的裂縫開展和界面粘結(jié)破壞，使得節(jié)點在受力過程中的變形更加集中，變形能力降低，且在變形過程中更容易發(fā)生局部破壞。鋼筋與灌漿料之間粘結(jié)力的下降，直接影響了節(jié)點的傳力性能，使得節(jié)點在承受拉力時，無法有效地將鋼筋的拉力傳遞給灌漿料和套筒，進而降低了節(jié)點的極限粘結(jié)強度。這種損傷演化過程是一個逐漸累積的過程，前期的微小損傷為后期的損傷發(fā)展提供了基礎(chǔ)，最終導致節(jié)點性能的嚴重劣化，威脅到裝配式結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。六、基于試驗結(jié)果的節(jié)點性能提升建議6.1材料優(yōu)化建議6.1.1優(yōu)化灌漿料配合比通過調(diào)整灌漿料中各組成成分的比例，可有效提高其抗凍融性能。水泥作為灌漿料的主要膠凝材料，其品種和強度等級對灌漿料性能起著關(guān)鍵作用。應(yīng)優(yōu)先選用抗凍性好的水泥，如硅酸鹽水泥，其早期強度發(fā)展快，能在較短時間內(nèi)形成較強的結(jié)構(gòu)，抵抗凍融循環(huán)的破壞。同時，合理控制水泥用量，在保證強度的前提下，避免水泥用量過高導致灌漿料收縮過大，增加裂縫產(chǎn)生的風險。一般而言，水泥用量可控制在400-500kg/m3。骨料的級配和種類也會影響灌漿料的抗凍融性能。采用連續(xù)級配的骨料，能使骨料之間相互填充，形成更緊密的結(jié)構(gòu)，減少孔隙率，提高灌漿料的密實度。例如，選用粒徑在0.15-5mm的石英砂作為骨料，其硬度高、化學穩(wěn)定性好，能有效增強灌漿料的強度和耐久性。在配合比設(shè)計中，可適當增加細骨料的比例，提高灌漿料的流動性和粘結(jié)性，使灌漿料在澆筑過程中能更好地填充套筒與鋼筋之間的間隙，減少空洞和缺陷的產(chǎn)生。礦物摻合料的合理使用對改善灌漿料性能具有重要意義。如硅灰，其具有高活性和微填充效應(yīng)，能填充水泥顆粒之間的空隙，細化孔隙結(jié)構(gòu)，提高灌漿料的密實度。硅灰的摻量一般控制在5%-10%，可顯著提高灌漿料的早期強度和抗凍融性能。粉煤灰也是常用的礦物摻合料，其具有球形顆粒結(jié)構(gòu)，能起到潤滑作用，改善灌漿料的流動性。同時，粉煤灰中的活性成分能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，生成更多的凝膠物質(zhì)，增強灌漿料的后期強度和耐久性。粉煤灰的摻量可根據(jù)實際情況控制在10%-20%。6.1.2使用外加劑外加劑在提升灌漿料抗凍融性能方面發(fā)揮著重要作用。引氣劑是一種常用的外加劑，其能在灌漿料中引入大量均勻分布的微小氣泡，這些氣泡在凍融循環(huán)過程中可起到緩沖作用，緩解因水結(jié)冰膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力，從而提高灌漿料的抗凍融性能。引氣劑的摻量一般控制在0.005%-0.02%，以確保引入的氣泡數(shù)量和大小適中。過多的氣泡會降低灌漿料的強度，而過少則無法達到預期的抗凍融效果。減水劑可在不改變灌漿料工作性能的前提下，減少用水量，降低水灰比，從而提高灌漿料的密實度和強度，間接增強其抗凍融性能。選用高效減水劑，如聚羧酸系減水劑，其減水率高，能有效減少水泥漿體中的游離水，降低孔隙率，提高灌漿料的耐久性。減水劑的摻量應(yīng)根據(jù)灌漿料的具體要求和試驗結(jié)果進行調(diào)整，一般在0.5%-2%之間。早強劑可加速灌漿料的早期強度發(fā)展，使其在較短時間內(nèi)達到一定強度，抵抗凍融循環(huán)的破壞。在寒冷地區(qū)施工時，早強劑尤為重要，可縮短養(yǎng)護時間，提高施工效率。常用的早強劑有氯鹽類、硫酸鹽類等，其摻量一般控制在1%-3%。但需注意，某些早強劑可能對鋼筋有銹蝕作用，因此在使用時應(yīng)選擇對鋼筋無腐蝕的早強劑，并嚴格控制摻量。6.2結(jié)構(gòu)設(shè)計改進措施6.2.1優(yōu)化套筒形狀尺寸套筒的形狀和尺寸對全灌漿套筒連接節(jié)點在凍融循環(huán)作用下的性能有著重要影響。在形狀方面，目前常見的直筒形套筒在凍融循環(huán)過程中，內(nèi)部應(yīng)力分布相對不均勻，尤其是在套筒兩端和中部，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，加速節(jié)點的損傷。因此，可考慮采用變截面套筒設(shè)計，如在套筒兩端適當擴大截面尺寸，形成類似啞鈴狀的結(jié)構(gòu)。這樣在凍融循環(huán)過程中，擴大的端部能夠更好地分散鋼筋與套筒之間因溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力，減少應(yīng)力集中程度，從而降低節(jié)點因應(yīng)力集中導致的破壞風險。從尺寸角度來看，增加套筒長度可以有效提高鋼筋與套筒之間的錨固長度，增強節(jié)點的承載能力和穩(wěn)定性。但套筒長度并非越長越好，過長會增加材料成本和施工難度。通過試驗研究和數(shù)值模擬分析，確定在凍融循環(huán)環(huán)境下，套筒長度與鋼筋直徑的合理比例范圍為10-12倍鋼筋直徑。以直徑20mm的鋼筋為例，套筒長度宜控制在200-240mm之間。同時，適當增加套筒壁厚，可提高套筒的剛度和強度，使其在凍融循環(huán)過程中更好地抵抗變形和破壞。但壁厚的增加也需綜合考慮成本和施工工藝等因素，一般可將套筒壁厚在原有基礎(chǔ)上增加1-2mm，以達到提高節(jié)點性能的目的。6.2.2增設(shè)構(gòu)造措施為提高全灌漿套筒連接節(jié)點的抗凍融能力，可在節(jié)點處增設(shè)一些構(gòu)造措施。在套筒與鋼筋之間設(shè)置彈性緩沖層是一種有效的方法。彈性緩沖層可采用橡膠、聚氨酯等彈性材料，其具有良好的柔韌性和變形能力。在凍融循環(huán)過程中，當灌漿料因溫度變化產(chǎn)生膨脹或收縮時，彈性緩沖層能夠吸收部分應(yīng)力，起到緩沖作用，減少對套筒和鋼筋的損傷。彈性緩沖層還能填補套筒與鋼筋之間的微小間隙，提高節(jié)點的密封性，防止水分滲入，進一步減輕凍融循環(huán)對節(jié)點的破壞。在套筒外部設(shè)置加強筋也是一種可行的構(gòu)造措施。加強筋可采用鋼筋或型鋼，沿套筒長度方向均勻布置。加強筋與套筒之間通過焊接或機械連接的方式固定，形成一個整體。在凍融循環(huán)作用下，加強筋能夠分擔套筒所承受的部分荷載，提高套筒的抗彎和抗剪能力，增強節(jié)點的整體穩(wěn)定性。例如，對于直徑較大的套筒，可在其外部對稱設(shè)置4-6根直徑為10-12mm的鋼筋作為加強筋，以有效提高節(jié)點的抗凍融性能。在節(jié)點區(qū)域設(shè)置密封材料，可有效防止水分侵入，這對于提高節(jié)點的抗凍融性能至關(guān)重要。密封材料可選用硅酮密封膠、聚氨酯密封膠等，其具有良好的防水性能和耐久性。在施工過程中，將密封材料填充在套筒與構(gòu)件之間的縫隙處，確保密封嚴密。這樣在凍融循環(huán)過程中，水分無法滲入節(jié)點內(nèi)部，避免了因水分凍結(jié)膨脹對節(jié)點造成的破壞。同時，密封材料還能起到一定的粘結(jié)作用，增強節(jié)點的整體性。6.3施工工藝控制要點施工工藝對于全灌漿套筒連接節(jié)點的性能有著至關(guān)重要的影響，在施工過程中，必須嚴格控制各個環(huán)節(jié)，確保節(jié)點質(zhì)量。在灌漿施工環(huán)節(jié)，灌漿料的攪拌質(zhì)量直接關(guān)系到節(jié)點的連接性能。應(yīng)嚴格按照產(chǎn)品說明書的要求，準確控制水灰比，采用機械攪拌方式，攪拌時間不少于3min，確保灌漿料攪拌均勻，具有良好的流動性和均勻性。在攪拌過程中，要注意觀察灌漿料的狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)有結(jié)塊、沉淀等異常情況，應(yīng)及時進行處理，避免影響灌漿效果。灌漿過程中的壓力控制也至關(guān)重要，一般應(yīng)控制灌漿壓力在0.2-0.4MPa之間，確保灌漿料能夠充分填充套筒與鋼筋之間的間隙，避免出現(xiàn)空洞或不密實的情況。同時，要保證灌漿的連續(xù)性，避免中途停頓，防止空氣進入套筒，影響節(jié)點的連接質(zhì)量。養(yǎng)護條件對節(jié)點性能的影響也不容忽視。在節(jié)點灌漿完成后，應(yīng)及時進行養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7d，確保灌漿料能夠充分硬化，達到設(shè)計強度。養(yǎng)護期間，要保持節(jié)點處于濕潤狀態(tài)，可采用覆蓋濕麻袋、灑水等方式進行養(yǎng)護。在冬季施工時，還需采取保溫措施，防止灌漿料受凍。因為低溫會延緩灌漿料的水化反應(yīng)，降低其強度增長速度，甚至可能導致灌漿料凍脹破壞，嚴重影響節(jié)點的性能?？刹捎迷诠?jié)點周圍包裹保溫材料，如棉被、泡沫板等，同時在養(yǎng)護區(qū)域設(shè)置暖棚，利用加熱設(shè)備提高環(huán)境溫度，確保灌漿料在適宜的溫度條件下硬化。施工人員的專業(yè)技能和責任心也是影響節(jié)點質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在施工前，應(yīng)對施工人員進行專業(yè)培訓，使其熟悉施工工藝流程和操作要點，掌握正確的施工方法。例如，培訓施工人員如何準確控制灌漿料的攪拌時間和水灰比，如何正確操作灌漿設(shè)備，如何判斷灌漿是否飽滿等。同時，要加強施工人員的質(zhì)量意識教育，提高其責任心，使其嚴格按照施工規(guī)范進行操作，確保每個施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量。在施工過程中，應(yīng)建立質(zhì)量責任制，將每個施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量責任落實到具體人員，對出現(xiàn)質(zhì)量問題的環(huán)節(jié)，能夠及時追溯到責任人，從而加強施工人員對質(zhì)量的重視程度，保障全灌漿套筒連接節(jié)點的施工質(zhì)量，提高裝配式結(jié)構(gòu)在凍融循環(huán)作用下的可靠性和穩(wěn)定性。七、結(jié)論與展望7.1研究主要成果總結(jié)通過對凍融循環(huán)作用下裝配式結(jié)構(gòu)全灌漿套筒連接節(jié)點的試驗研究，取得了一系列具有重要價值的成果，為寒冷地區(qū)裝配式結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工和維護提供了堅實的理論依據(jù)和技術(shù)支持。在外觀現(xiàn)象觀察方面，常溫養(yǎng)護的全灌漿套筒連接節(jié)點試件外觀良好，灌漿料完整光滑，鋼筋與套筒連接緊密。而經(jīng)歷凍融循環(huán)后的試件，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，灌漿料剝落現(xiàn)象逐漸加劇，裂縫不斷增多、擴展。在25次凍融循環(huán)后，試件端口開始出現(xiàn)少量灌漿料剝落；50次時，剝落范圍擴大，表面出現(xiàn)細微裂縫；75次時，剝落和裂縫情況更為嚴重；100次時，灌漿料大面積剝落，裂縫貫穿；150次時，試件結(jié)構(gòu)嚴重破壞，無法承受正常荷載。這清晰地揭示了凍融循環(huán)對節(jié)點外觀及結(jié)構(gòu)完整性的顯著破壞作用，隨著循環(huán)次數(shù)增加，破壞程度不斷加深。在力學性能指標分析上，凍融循環(huán)對全灌漿套筒連接節(jié)點的屈服強度、極限強度和極限粘結(jié)強度均產(chǎn)生了顯著的負面影響。屈服強度隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而明顯下降，以直徑16mm鋼筋的節(jié)點為例，常溫養(yǎng)護時屈服強度平均值為480MPa，150次凍融循環(huán)后降至360MPa，下降幅度達25%。極限強度同樣逐漸降低，直徑20mm鋼筋的節(jié)點，常溫養(yǎng)護時極限強度平均值為650MPa，100次凍融循環(huán)后降至550MPa，下降了15.38%。極限粘結(jié)強度也呈現(xiàn)下降趨勢，直徑25mm鋼筋的節(jié)點，常溫養(yǎng)護時極限粘結(jié)強度平均值為12MPa，150次凍融循環(huán)后降至8MPa，下降幅度達到33.33%。這些數(shù)據(jù)充分表明，凍融循環(huán)嚴重削弱了節(jié)點的承載能力和可靠性，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，節(jié)點力學性能劣化明顯。對套