一种装配式建筑节点连接方法与流程

本发明涉及装配式建筑技术领域，具体涉及一种装配式建筑节点连接方法。

背景技术：

装配式建筑是用预制好的部品或部件在工地装配而成的建筑。传统建筑工程使用现浇式施工方法，具有资源消耗量大、工序复杂、建筑垃圾多等缺点，不符合绿色发展要求。发展装配式建筑是建造方式的重大变革，有利于节约资源能源、减少施工污染、提升劳动生产效率和质量安全水平，促进建筑业与信息化、工业化深度融合，培育新产业新动能，推动化解过剩产能。装配式建筑是建筑工业化发展的重要内容，是绿色发展的时代要求，符合我国新时期的建筑方针和发展理念。

灌浆料作为混凝土的一种特殊表现形式，使用场所广泛，可实现普通混凝土达不到的目标。灌浆料以高强度材料作为骨料，以水泥作为结合剂，辅以高流态、微膨胀、防离析等物质配制而成，但是其抗拉抗弯强度比较低，韧性比较差。

套筒注浆对接连接主要依靠受力筋与灌浆料、灌浆料与套筒之间的粘结锚固来实现钢筋的连接。如果注浆质量不好造成粘结强度不足，严重影响套筒对钢筋的约束，出现钢筋脱离、灌浆体脱离等破坏现象，导致构件连接部位成为装配式混凝土结构的薄弱环节，容易形成安全隐患，还可能发生渗漏和结露，无法达到要求的锚固性能。钢筋局部续接完成后，一般利用少量现浇混凝土浇筑完成节点施工。由于普通现浇混凝土中水泥的水化反应，会造成混凝土收缩等问题，从而导致现浇混凝土与预制构件之间的粘结不良，且普通现浇混凝土与旧混凝土之间的粘结性能不高，形成“弱节点”，不符合结构设计中“强节点，弱构件”的设计理念，甚至其性能还达不到现浇式节点的性能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种装配式建筑节点连接方法，先采用碎石和钢纤维进行松散堆积，再灌注碳纳米管高性能灌浆料，使节点内灌浆料分布均匀，节点连接合理，节点的承载能力强；其方法简单可靠，便于工业化生产及应用。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种装配式建筑节点连接方法，包括以下步骤：

步骤1，将构件在工厂预先加工完成；

步骤2，向构件节点中先依次加入碎石和钢纤维，再向构件节点中缓慢注入配制好的碳纳米管高性能灌浆料，开孔位置用封板封闭。

优选的，步骤2中，碳纳米管高性能灌浆料的注入速率为2-4cm³/s。

优选的，所述碎石的粒径为5-16mm、16-26.5mm。

优选的，所述钢纤维的长度为6-10mm，直径为0.10-0.14mm，抗拉强度≧2850mpa。

优选的，所述碳纳米管高性能灌浆料包含水泥、硅灰、膨胀剂、石英砂、缓凝减水剂、碳纳米管、消泡剂、分散剂和水。

进一步优选的，所述水泥为p.o42.5或p.o52.5硅酸盐水泥。

进一步优选的，所述硅灰中sio2质量含量为75-98％。

进一步优选的，所述膨胀剂为uea膨胀剂或hea膨胀剂。

进一步优选的，所述缓凝减水剂为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂或木质素磺酸盐类减水剂。

进一步优选的，所述碳纳米管为直径为10-20nm、20-40nm和40-60nm的多壁碳纳米管。

进一步优选的，所述消泡剂为b-346消泡剂或b-348消泡剂。

进一步优选的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮或阿拉伯胶。

优选的，所述碳纳米管高性能灌浆料包含水泥30-40％、硅灰5-8％、膨胀剂6-9％、石英砂20-30％、缓凝减水剂0.7-0.8％、碳纳米管0.1％、消泡剂0.2-0.3％、分散剂0.1％和水20-25％。

优选的，所述钢纤维的质量占所述碳纳米管高性能灌浆料的5-15％，所述碎石的质量占所述碳纳米管高性能灌浆料的20-30％。

优选的，步骤2中，所述碳纳米管高性能灌浆料的制备方法，包含以下子步骤：

子步骤2.1，将碳纳米管、分散剂和水混合，搅拌，超声波分散，得碳纳米管水溶液，备用；

子步骤2.2，将缓凝减水剂、消泡剂、膨胀剂和水混合，得助剂混合物，备用；

子步骤2.3，将水泥、硅灰和石英砂混合，得混合粉，备用；

子步骤2.4，将所述碳纳米管水溶液、助剂混合物、混合粉和水混合，搅拌均匀，得碳纳米管高性能灌浆料。

优选的，子步骤2.1、子步骤2.2、子步骤2.4中的水的用量比例为(10-12.5)：(6-7.5)：(4-5)。

优选的，子步骤2.1中，所述搅拌的转速为800-1200rpm，搅拌的时间为8-12min。

优选的，子步骤2.1中，所述超声波分散的超声波功率为975-1125w，超声波分散的时间间隔为2-3s，超声波分散的时间为50-90min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的装配式建筑节点连接方法中先采用碎石和钢纤维进行松散堆积，再灌注碳纳米管高性能灌浆料，使节点内灌浆料分布均匀，节点连接合理，节点连接整体性强，节点的承载能力强。

(2)本发明的装配式建筑节点连接方法中，采用碳纳米管高性能灌浆料可明显提高灌浆料的强度和韧性；利用不同直径的碳纳米管制得的高性能灌浆料具有流动性高、微膨胀、高强度和高韧性的特性，应用环境广泛。

(3)本发明的装配式建筑节点连接方法中的碳纳米管高性能灌浆料不影响其本身的初凝时间、终凝时间和沁水率等基本性能，其施工方法简单可靠，便于工业化生产及应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1为等效塑性应变图；其中，图(a)为实施例2对应的装配式建筑节点的等效塑性应变图；图(b)为对比例3对应的装配式建筑节点的等效塑性应变图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域的技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。

实施例1

一种装配式建筑节点连接方法，包括以下步骤：

步骤1，将构件在工厂预先加工完成。

步骤2，先采用占所述碳纳米管高性能灌浆料质量20％的碎石将构件节点松散填满，再将占碳纳米管高性能灌浆料质量5％的钢纤维以3cm³/s速率注入到构件节点空隙中；其中，碎石级配为5-16mm、16-26.5mm；钢纤维长度为6mm，直径为0.12mm，抗拉强度≧2850mpa。

配制碳纳米管高性能灌浆料，具体包含以下子步骤：

子步骤2.1，将0.1％直径为10-20nm的多壁碳纳米管、0.1％聚乙烯吡咯烷酮k30和10.1％水混合，先在转速为1000rpm条件下搅拌10min，再在功率为1050w、超声间隔时间为2.5s条件下超声波分散70min，得碳纳米管水溶液，备用；

子步骤2.2，将0.7％聚羧酸减水剂、0.3％b-346消泡剂、6.0％uea型膨胀剂和6％水混合，得助剂混合物，备用；

子步骤2.3，将39.5％的p.o52.5硅酸盐水泥、5.1％硅灰(硅灰中sio2质量含量为75-98％)和28.1％粒径为1000目石英砂混合，得混合粉，备用；

子步骤2.4，将所述碳纳米管水溶液、助剂混合物、混合粉和4％水混合，搅拌均匀，得碳纳米管高性能灌浆料。

将配制好的碳纳米管高性能灌浆料注入构件节点中进行灌浆，保证灌浆的均匀和充分，开孔位置用封板封闭，养护到龄期后检测节点的力学性能和工作性能。

实施例2

一种装配式建筑节点连接方法，其具体制备方法同实施例1，区别在于，实施例2中的钢纤维用量占碳纳米管高性能灌浆料质量的10％。

实施例3

一种装配式建筑节点连接方法，其具体制备方法同实施例1，区别在于，实施例3中的钢纤维用量占碳纳米管高性能灌浆料质量的15％。

实施例4

一种装配式建筑节点连接方法，包括以下步骤：

步骤1，将构件在工厂预先加工完成。

步骤2，先采用占碳纳米管高性能灌浆料质量20％的碎石将构件节点松散填满，再将占碳纳米管高性能灌浆料质量10％的钢纤维以3cm³/s速率注入到构件节点空隙中；其中，碎石级配为5-16mm、16-26.5mm；钢纤维长度为8mm，直径为0.12mm，抗拉强度≧2850mpa。

配制碳纳米管高性能灌浆料，具体包含以下子步骤：

子步骤2.1，将0.1％直径为20-40nm的多壁碳纳米管、0.1％阿拉伯胶和12.5％水混合，先在转速为800rpm条件下搅拌12min，再在功率为1050w、超声间隔时间为2s条件下超声波分散60min，得碳纳米管水溶液，备用；

子步骤2.2，将0.8％萘磺酸盐减水剂、0.2％b-346消泡剂、9％hea型膨胀剂和7.5％水混合，得助剂混合物，备用；

子步骤2.3，将30％的p.o52.5硅酸盐水泥、8％硅灰(硅灰中sio2质量含量为75-98％)和26.8％粒径为1000目石英砂混合，得混合粉，备用；

子步骤2.4，将所述碳纳米管水溶液、助剂混合物、混合粉和5％水混合，搅拌均匀，得碳纳米管高性能灌浆料。

将配制好的碳纳米管高性能灌浆料注入构件节点中进行灌浆，保证灌浆的均匀和充分，开孔位置用封板封闭，养护到龄期后检测节点的力学性能和工作性能。

实施例5

一种装配式建筑节点连接方法，包括以下步骤：

步骤1，将构件在工厂预先加工完成。

步骤2，先采用占碳纳米管高性能灌浆料质量30％的碎石将构件节点松散填满，再将占碳纳米管高性能灌浆料质量5％的钢纤维以2cm³/s速率注入到构件节点空隙中；其中，碎石级配为5-16mm、16-26.5mm；钢纤维长度为10mm，直径为0.10mm，抗拉强度≧2850mpa。

配制碳纳米管高性能灌浆料，具体包含以下子步骤：

子步骤2.1，将0.1％直径为20-40nm的多壁碳纳米管、0.1％阿拉伯胶和12.35％水混合，先在转速为1200rpm条件下搅拌8min，再在功率为1125w、超声间隔时间为2s条件下超声波分散50min，得碳纳米管水溶液，备用；

子步骤2.2，将0.8％木质素磺酸盐类减水剂、0.25％b-348消泡剂、7.5％hea型膨胀剂和7.4％水混合，得助剂混合物，备用；

子步骤2.3，将40％的p.o42.5硅酸盐水泥、6.5％硅灰(硅灰中sio2质量含量为75-98％)和20％粒径为1000目石英砂混合，得混合粉，备用；

子步骤2.4，将所述碳纳米管水溶液、助剂混合物、混合粉和5％水混合，搅拌均匀，得碳纳米管高性能灌浆料。

将配制好的碳纳米管高性能灌浆料注入构件节点中进行灌浆，保证灌浆的均匀和充分，开孔位置用封板封闭，养护到龄期后检测节点的力学性能和工作性能。

实施例6

一种装配式建筑节点连接方法，包括以下步骤：

步骤1，将构件在工厂预先加工完成。

步骤2，先采用占碳纳米管高性能灌浆料质量25％的碎石将构件节点松散填满，再将占碳纳米管高性能灌浆料质量5％的钢纤维以4cm³/s速率注入到构件节点空隙中；其中，碎石级配为5-16mm、16-26.5mm；钢纤维长度为6mm，直径为0.14mm，抗拉强度2850mpa。

配制碳纳米管高性能灌浆料，具体包含以下子步骤：

子步骤2.1，将0.1％直径为40-60nm的多壁碳纳米管、0.1％聚乙烯吡咯烷酮k30和11.4％水混合，先在转速为1000rpm条件下搅拌10min，再在功率为975w、超声间隔时间为3s条件下超声波分散90min，得碳纳米管水溶液，备用；

子步骤2.2，将0.7％萘磺酸盐减水剂、0.3％b-348消泡剂、6.0％uea型膨胀剂和6.8％水混合，得助剂混合物，备用；

子步骤2.3，将35％的p.o42.5硅酸盐水泥、5％硅灰(硅灰中sio2质量含量为75-98％)和30％粒径为1000目石英砂混合，得混合粉，备用；

子步骤2.4，将所述碳纳米管水溶液、助剂混合物、混合粉和4.6％水混合，搅拌均匀，得碳纳米管高性能灌浆料。

将配制好的碳纳米管高性能灌浆料注入构件节点中进行灌浆，保证灌浆的均匀和充分，开孔位置用封板封闭，养护到龄期后检测节点的力学性能和工作性能。

对比例1

一种不含碎石和钢纤维的装配式建筑节点连接方法，包括以下步骤：

步骤1，将构件在工厂预先加工完成。

步骤2，配制碳纳米管高性能灌浆料，具体包含以下子步骤：

子步骤2.1，将0.1％直径为10-20nm的多壁碳纳米管、0.1％聚乙烯吡咯烷酮k30和10.1％水混合，先在转速为1000rpm条件下搅拌10min，再在功率为1050w、超声间隔时间为2.5s条件下超声波分散70min，得碳纳米管水溶液，备用；

子步骤2.2，将0.7％聚羧酸减水剂、0.3％b-346消泡剂、6.0％uea型膨胀剂和6％水混合，得助剂混合物，备用；

子步骤2.3，将39.5％的p.o52.5硅酸盐水泥、5.1％硅灰(硅灰中sio2质量含量为75-98％)和28.1％粒径为1000目石英砂混合，得混合粉，备用；

子步骤2.4，将所述碳纳米管水溶液、助剂混合物、混合粉和4％水混合，搅拌均匀，得碳纳米管高性能灌浆料。

将配制好的碳纳米管高性能灌浆料注入构件节点中进行灌浆，保证灌浆的均匀和充分，开孔位置用封板封闭，养护到龄期后检测节点的力学性能和工作性能。

对比例2

一种不含碳纳米管和分散剂的装配式建筑节点连接方法，包括以下步骤：

步骤1，将构件在工厂预先加工完成。

步骤2，先采用占碳纳米管高性能灌浆料质量20％的碎石将构件节点松散填满，再将占碳纳米管高性能灌浆料质量5％的钢纤维以3cm³/s速率注入到构件节点空隙中；其中，碎石级配为5-16mm、16-26.5mm；钢纤维长度为6mm，直径为0.12mm，抗拉强度≧2850mpa。

配制碳纳米管高性能灌浆料，具体包含以下子步骤：

子步骤2.1，将0.7％聚羧酸减水剂、0.3％b-346消泡剂、6.0％uea型膨胀剂和12.2％水混合，得助剂混合物，备用；

子步骤2.2，将39.5％的p.o52.5硅酸盐水泥、5.1％硅灰(硅灰中sio2质量含量为75-98％)和28.1％粒径为1000目石英砂混合，得混合粉，备用；

子步骤2.3，将助剂混合物、混合粉和8.1％水混合，搅拌均匀，得灌浆料。

将配制好的灌浆料注入构件节点中进行灌浆，保证灌浆的均匀和充分，开孔位置用封板封闭，养护到龄期后检测节点的力学性能和工作性能。

对比例3

一种利用套筒灌浆法进行建筑节点连接的方法，灌浆料包含普通水泥39.5％、硅灰5.1％、uea型膨胀剂6.0％、水20.1％、石英砂28.3％、聚羧酸减水剂0.7％、b-346消泡剂0.3％。

对实施例1-3、对比例1-3得到的装配式建筑节点高性能灌浆料参照gb/t50448-2008《灌浆料验收规范》要求进行性能参数测试，利用abaqus有限元软件进行分析，试验结果如表1和图1所示。

表1试验结果

由表1可知，实施例1-3的7d抗折强度、抗压强度以及28d抗折强度、抗压强度分别大于对比例1，且实施例1-3的等效塑性应变低于对比例1，由表1、图1可知，加入了钢纤维和碳纳米管后，节点的等效塑性应变明显下降，实施例2较对比例3等效塑性应变减小30％以上。表明在装配式建筑节点连接中，加入碳纳米管和钢纤维后能够提高节点的稳定性和整体性，采用碎石和钢纤维进行松散填充有利于提高节点的强度；且钢纤维的掺量无论为多少，强度均高于对比例1。

实施例1-3的7d抗折强度、抗压强度以及28d抗折强度、抗压强度分别大于对比例2，且实施例1-3的等效塑性应变低于对比例2，表明在装配式建筑节点连接中，在灌浆料中添加碳纳米管和分散剂可以提高节点的连接强度。

实施例1-3的7d抗折强度、抗压强度以及28d抗折强度、抗压强度分别大于对比例3，且实施例1-3的等效塑性应变低于对比例3，表明采用本申请的方法所得的建筑节点的强度明显高于现有的套筒灌浆方式，强度最少提高30％左右。

由碳纳米管增强高性能灌浆料灌注的节点力学性能优于由普通硅酸盐水泥利用套筒灌浆制得的节点力学性能。因为等效塑性应变用来标识基体的潜在滑面，等效塑性应变大的地方基体的塑性变形都较大，可以认为基体已经发生了破坏。加入纤维后节点具有更好的抗压强度、抗折强度和更低的等效塑性应变，与构件的粘结效果更好。

从实施例1-3可以看出，钢纤维含量在10％时，节点7d和28d时强度最高，等效塑性应变最低，节点的整体性和稳定性最好。加入碳纳米管后抗压强度和抗折强度明显提高，节点的等效塑性应变降低，节点的强度和韧性明显变优。

利用abaqus有限元软件发现加入0.10％的碳纳米管和10％的钢纤维后节点与构件的粘结效果最好，明显提高了节点的强度，从上述试验结果可以看出，当碳纳米管掺量为0.10％和钢纤维掺量为10％时，节点具有最高的强度、最好的流动性、耐久性和最低的等效塑性应变，与构件的粘结效果最好。

实施例1-3的初始流动度大于对比实施例1-3，表明在碳纳米管增强高性能灌浆料中掺加的碳纳米管和分散剂可以提高灌浆料的流动性；实施例1-3的初始流动度均大于300，表明本发明所得的碳纳米管增强高性能灌浆料具有很好的流动度，在连接装配式建筑节点时工作性能优良。

采用在节点中堆积松散级配碎石和钢纤维后灌注灌浆料的方法效果明显，因为碳纳米管具有优异的力学性能，强度和韧性高于其他纤维，将碳纳米管掺入灌浆料中，可以充分利用碳纳米管的桥联作用，提高基体的抗折强度，使基体可以承受较大的应力不产生裂缝。而且碳纳米管最终断裂还会需消耗一定的能量，从而使碳纳米管增强高性能灌浆料的强度和耐久性进一步提高。这种连接节点的方法降低了基体的等效塑性应变，增强了强度和耐久性，提高了整体性和稳定性，提高了节点与构件的粘结效果。

综上所述，在节点中加入碎石和钢纤维，在灌浆料中加入0.10％碳纳米管连接节点的方法，不影响灌浆料本身特性，能明显提高节点的强度和降低基体等效塑性应变，增强了节点的粘结效果，且本发明所用的碳纳米管增强高性能灌浆料具有较高的流动度，工作性能良好，显著提高节点的强度、整体稳定性和耐久性。

本发明与套筒灌浆技术相比，施工方法简单可靠，操作简便，可以加快结构的建设速度，节约工期和节省造价。操作中方便控制各个工序质量，增强节点的承载能力，提高节点的粘结效果，保证结构性能更稳定。因此该节点连接方法在装配式建筑结构中的推广运用，可以带来良好的经济效益和社会效益。

虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。