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                     化学锚栓在建筑幕墙工程中的应用技术

                                            蓝建勋

                            （广东省建筑装饰工程有限公司，510080）  

【摘 要】本文通过华南理工大学图书馆石材幕墙工程中化学螺栓的应用实践某高压容器有限公司年产50万支高压容器项目钢结构厂房工程施工组织设计，介绍了采用化学螺栓锚固幕墙后置连接件的施工技术。

【关键词】建筑幕墙  后置连接件锚固  化学螺栓 试验  施工技术

 TheApplicationofChemicalScrewinConstructionCurtainWallProject

                           LAN Jianxun

(GuangdongConstructionDecorationEngineeringCo.Ltd,510080,Guangzhou,China)

Abstract:ReferringtotheapplicationpracticeofchemicalscrewsinthelibrarystonecurtainwallengineeringofSouthChinaUniversityofTechnology,thisessayistogiveanintroductiontotheworkingtechnicofusingchemicalscrewstofixthebuildingcurtainwall andthemainpartofthebuilding.

华南理工大学图书馆（见下图）位于广州大学城华南理工大学新校区，建筑面积约43100㎡，层高4.2m，共9层，幕墙最大标高35.5m，是该校标志性建筑，质量目标为鲁班奖。该工程外立面由石材和玻璃幕墙组成，其中石材幕墙约18000㎡，石材幕墙设计时主体结构已基本完成，未及设置预埋件，故采用何种锚固形式使石材幕墙实现与主体混凝土结构的可靠连接是设计首先要解决的问题。

由于膨胀螺栓的工作可靠性较差，只能作为局部加强和铝板收口处使用，而其它穿混凝土墙螺栓、穿楼板螺栓等方法不适合本工程主体结构特点和进度要求，故主要考虑采用化学粘着螺栓的锚固方式。

二、化学锚栓特点及可靠性分析

化学粘着锚栓由不锈钢或镀锌螺杆（HAS）、药剂管（HVU）和垫圈及螺母组成，其中化学胶管含有反应树脂、硬化剂、石英粒及塑料管。（见右图）

1.1无膨胀安装可适用于对间距和边距较小的情况。

1.2可在潮湿环境下使用。

1.3安装方便、快捷，有较高的承载力。

1.4不对基材产生膨胀力。

 2.1近年，化学粘着锚栓被用于建筑幕墙工程，取得了很多成功经验，其受拉、抗剪的能力能满足幕墙工程的受力要求。

2.2但是，在（JGJ102—2003）中第5.5.7.条要求“采用后锚固螺栓（机械膨胀螺栓或化学螺栓）时，应采取多种措施，保证结构的可靠性”，之所以要采取多种措施，是因为部分专家担心：①化学螺栓的抗老化性能未得到长久时间的验证。②化学螺栓的药剂在火灾中的耐火性能如何？在其连接钢板上焊接连接角码时，焊接热是否对药剂产生影响，使其受力性能下降？

2.3针对化学螺栓的上述分析，须进一步通过试验了解其性能，同时采取相应的措施确保使用的安全。

三、 化学粘着锚栓的力学试验

 在工程实践中，为了了解化学粘着锚栓的实际承载能力，选取幕墙施工常用规格化学粘着锚栓，委托国家建筑工程质量监督检验中心进行拉拔、抗试验剪、受焊接热影响后轴向拉力试验，厂家也曾委托德国Braunschweig的IBMB测试中心进行锚栓药剂耐火性能试验。

1.1. 试件：喜利得（HILTI）化学粘着锚栓（HVA），包括药剂管（HVU）φ12×110、锚杆（HAS）M12×160、砼试件1.7×1.7×0.3m3，砼等级C30。

1.2. 试验仪器、设备：荷载传感器、数字荷载表、锚固件试验设备等。

2.2.      小结：锚杆受力符合其机械性能，破坏形式为被拉断，化学药剂无破坏。

3.2.小结：锚杆受力符合其机械性能，破坏形式为被剪断，化学药剂无破坏。

4. 受焊接热影响后的化学粘着锚栓轴向拉力试验

化学粘着锚栓在固定钢板后，因要在钢板上焊接连接构件，而焊接时会产生大量热量，本试验是为了测试锚栓在受到焊接热量后的轴向锚固性能是否受到不良影响。

按要求进行锚栓安装，固化后装上10㎜厚钢板，        

对锚栓根部与钢板进行塞焊，在钢板自然冷却后用锚固件测试仪对锚栓进行轴向拉力试验。（见右图）

4.3. 测试数据                                                     

4.4小结：该组数据与拉拔试验组数据比较，锚栓根部直接与钢板塞焊产生的热量对锚栓轴向锚固承载能力影响极小。

5. HVU耐火性能测试

5.1. HVU耐火性能测试由厂家委托德国Braunschweig的IBMB测试中心完成。测试结果表明：当HVU与HAS锚杆（碳钢）配合使用时，在遇火情况下首先失败的是钢材HAS锚杆而不是HVU，换句话说HVU比碳钢具有更好的耐火性能。其原因是：混凝土具有极高的热容量，即使在1000℃的测试条件下HVU在混凝土内部所处的位置仍然在很低的温度水平。

5.2.承载能力（KN）与测试时间的关系

M10（热镀锌碳素钢）

M12（热镀锌碳素钢）

M16（热镀锌碳素钢）

6.1.化学粘着锚栓抗拉、剪性能满足幕墙要求，化学药剂工作可靠。

6.2.4φ12×160化学粘着锚栓锚固而成的埋件可满足一般条件下的幕墙受力要求；有特殊受力要求幕墙，可经过计算后调整锚栓支数、直径和植入深度，来使埋件满足要求。

四、针对化学锚栓特点而采取的安全措施

1.1采用质量可靠的喜利得品牌，材质为热镀锌碳素钢，并有检验合格证书。

1.2主体结构混凝土标号不低于C30。

2.1通过设计计算确定锚栓为4M12×160、间距220mm、边距100mm和埋入深度110mm，安装锚栓位置错开主体混凝土结构钢筋。当钻孔深度无法达到锚固深度要求时，采用补打锚栓的办法以数量来弥补深度的不足。

2.2优先设计成锚栓受剪的节点形式（如图2、3），有剪力墙

部分（如图4）则每隔3层使用一次φ12热镀锌碳素钢穿墙螺栓，并且穿墙螺栓每相邻轴号区间错层安装。也有的工程使用2个化学锚栓和2个膨胀螺栓，对角错开安装，使两种特点的锚栓性能互补，如广州大鹏广场，最大石材幕墙高度230m，风荷载达10KN/㎡，后置件使用了4个化学锚栓和2个膨胀螺栓。      

图3                                    图4

2.3锚栓承载力设计值应按其极限承载力除以材料性能分项系数K2后采用，锚栓承载力不超过厂家规定的承载力50%留有余地，按《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145要求进行现场拉拨试验，检验锚栓实际承载力，由建筑工程质量监督检验中心出具检测报告书。本工程在取3倍的安全系数后以15KN的设计荷载进行现场拉拨，抽取的点数为5/1000，并散布于各个面，试验成功。

3.1锚栓安装位置应利用工程的结构情况和层间防火岩棉进行保护，尽量避免锚栓直接受火灾作用。

3.2本工程由于窗凹入外墙使外墙呈“弓型，且外表有石材覆盖，石材与墙面设防火岩棉，锚栓安装位置受火灾威胁较小。

为避免锚栓化学药剂受焊接热影响而降低抗拉力，立柱与主体连接尽量设计成螺栓连接，如要进行焊接可采取在螺栓头部敷湿润棉纱团等方法进行适当降温。

五、化学锚栓安装施工工艺

（1）栓型号、规格、型材符合设计要求，有机关合格证书，药剂管在有效期内使用。

（2）装工具：圆条型毛刷，空气压缩机，冲击钻及螺杆安装工具。

（1）放线并核对预埋件位置，对不合适的结构及预埋件应处理完毕。

（2）适应安装锚栓作业的排栅应搭设好。

（3）检查核对安装用铁件，发现问题及时处理。

按设计图要求及现场实际情况进行放线并复核无误，确定好锚栓安装位置。

按照设计要求的孔径、深度进行钻孔，钻头应与主体安装面垂直。

必须用吹气泵、毛刷或空压机将孔洞中灰尘清理干净，孔壁不能有灰尘。

将药剂管放入孔内并推至孔底。

将安装锚栓通过安装工具与电钻连接，用锚栓压住孔内药剂管，启动电钻（钻速约750r/min），并推动锚栓进入孔内，到安装深度。锚栓在推入和转动的过程中将使药剂管破碎，树脂、固化剂和石英颗粒混合，并填充到锚栓与钻孔壁之间的空隙。

旋入锚栓后，马上复核其安装尺寸并微调，在凝胶时间内（查产品资料），不得拆卸安装工具，保证锚栓不被触动。

   凝胶时间过后，可拆掉安装工具，但在药剂硬化时间内（查产品资料），不得触动螺杆。

2.8药剂完全固化及安装角码

2.9 安装扭紧力矩参考锚栓最大扭矩技术参数值。

2.10随机抽取锚栓进行现场拉拨试验，检验其实际承载力。

管井降水施工方案   应注意避免以下安装通病：

1.钻孔过深、过大将使药剂不足，钻孔过浅或钻孔触到钢筋，锚固深度不足，两种情况将会降低锚栓的承载力。

2.清洁度不足，孔径内积水未清除，将直接影响锚固质量，锚栓承载力降低甚至失效。某工程曾发生因孔内清洁不足导致锚栓失效，用板手拧紧螺母时锚栓即被拔出，隐患很大。

3.安装锚栓时旋转时间不够，药剂未得到充分搅拌，不均匀。

4.凝胶过程即拆卸安装工具，或未够凝固时间提早安装角码，均会造成锚栓移位。

5.安装过程中个别钻孔碰到钢筋时，应重新错开钢筋钻孔安装，处理方式可参考图5。

   化学螺栓应用于幕墙工程的实践正在探索和完善之中，但只要了解化学螺栓的特性，结合工程的实际情况，通过严格论证，采取有效措施防范化学螺栓的弱点，并且进行严格的施工管理，就可确保化学螺栓使用的安全。我们相信随着化学粘着锚栓技术的不断成熟，化学粘着锚栓将成为幕墙锚固后置件的一个可靠方便的途径亳州市城市供水管网改造二期支管网工程施工组织设计，在幕墙和其他工程领域发挥越来越大的作用。

 （本文发表于《建筑技术》2006/09）