無機化學錨栓在建筑幕墻工程中的應用

黃友江，吳輝，王小勇

（廣東潮威建設工程有限公司，廣東 珠海 510095）

1 引言

在幕墻安裝工程中，由于設計以及預埋件施工質量等方面的問題普遍存在，導致不得不采用施工更加靈活的后置錨固埋件。固定后置錨固埋件以前較多采用膨脹螺栓，主要原因為其安裝簡單、成本低，但在膨脹螺栓使用中發現其存在嚴重的使用問題，如對孔洞尺寸要求高、受振動和溫度的影響較大易松動?；瘜W錨栓由于其固定力穩定、適應性廣等優點廣泛應用于幕墻工程后置埋件固定，化學錨栓分有機和無機化學錨栓，有機化學錨栓存在耐高溫性能差、不可焊接、不環保和耐久性不良等缺陷，逐漸被無機化學錨栓替代[1-3]。

目前，國內學者對無機化學錨栓在幕墻工程中的應用做出了諸多研究，陳洋[4]通過對化學錨栓應用中抗拔承載力試驗中的常見問題及錨栓抗拔承載力測試不滿足要求的原因進行分析，并提出了對應的處理對策；楊東平[5]采用承載力試驗的方法對比了同條件下的M12 化學錨栓與M12 膨脹螺栓的受力性能，對兩種錨固材料的錨固機理和極限狀態下的受力性能進行了研究。

綜上所述，目前國內學者主要從化學錨栓受力理論分析、試驗研究和施工應用等方面進行研究。本文以實際工程為依托，系統性地對無機化學錨栓在建筑幕墻后埋件中的應用進行了探討，為類似的研究做參考。

2 無機化學錨栓

2.1 無機化學錨栓的錨固機理

無機化學錨栓的錨固機理主要依靠化學反應產生的黏結力和摩擦力實現。通常情況下，無機化學錨栓由兩部分組成：金屬柄和化學樹脂。金屬柄是錨栓的主體部分，它通過鉆孔固定在混凝土中，并通過表面的粗糙度和起凸點的形態提高了與混凝土之間的摩擦力?；瘜W樹脂則填充在金屬柄和混凝土之間的空隙中，當化學樹脂固化后，其本身的黏性將金屬柄和混凝土黏合在一起，實現了無機化學錨栓的錨固（見圖1）。

無機化學錨栓的錨固主要依靠兩種力實現：化學反應產生的黏結力和金屬柄表面粗糙度形成的摩擦力。在金屬柄表面存在粗糙度的情況下，當錨栓受到拉力時，金屬柄表面的凸起部分會與混凝土之間產生摩擦力，從而阻止錨栓的滑動；此外，金屬柄表面的粗糙度還可以增加錨栓與混凝土之間的接觸面積，進一步提高了錨栓的抗拉強度?；瘜W樹脂是一種特殊的材料，它可以填充在金屬柄和混凝土之間的空隙中，并通過化學反應與金屬柄表面發生黏結作用。這種黏結力是由于化學樹脂與金屬柄表面發生化學反應而產生的；因此，在選擇化學樹脂時，需要考慮其與金屬柄表面的相容性以及與混凝土的黏附性能?；瘜W樹脂具有較高的黏性和耐久性，可以在長期使用中保持其黏附性和力學性能。此外，化學樹脂還可以填充金屬柄表面的微小凹陷和裂縫，從而進一步增強錨栓的抗拉強度。

需要注意的是，無機化學錨栓的錨固機理是一種綜合作用的結果，既包括化學反應產生的黏結力，也包括金屬柄表面粗糙度形成的摩擦力。因此，在設計和使用無機化學錨栓時，需要考慮多種因素，如金屬柄的材料和尺寸、鉆孔的深度和直徑、化學樹脂的類型和用量等。這些因素將直接影響錨栓的抗拉強度和使用壽命。

2.2 無機化學錨栓的承載力

無機化學錨栓的承載力一般是指其所能承受的最大垂直荷載，其承載力計算公式如下：

式中，Nrd為錨栓承載力，N；Ast為錨栓柱形截面周長，mm；fukd為設計抗拉強度，MPa；hef為埋置深度，mm。

2.3 無機化學錨栓的破壞機理

幕墻工程中的后埋件是指建筑結構與幕墻系統的緊固件，其中無機化學錨栓作為一種防腐性能較好的緊固件在幕墻工程中得到廣泛的應用。建筑幕墻所面臨的環境復雜，因此，無機化學錨栓的破壞機理也較為復雜，目前認為建筑幕墻無機化學錨栓破壞形式主要有以下3 種。

1）腐蝕破壞：無機化學錨栓在潮濕、酸雨、鹽霧等環境因素影響下造成腐蝕，腐蝕破壞的主要表現為錨栓表面出現空洞、裂紋和腐蝕坑等，進而導致承載力缺失。

2）疲勞破壞：無機化學錨栓在幕墻系統使用過程中需要長期承受荷載，容易誘發疲勞破壞，疲勞破壞在常規檢查中難以發現，具有隱蔽性，對幕墻系統的穩定性造成較大的威脅。

3）過度應力破壞：在安裝過程中或者正常使用狀態幕墻受力狀態發生變化，導致無機化學錨栓受到超限的應力，進而發生過度應力破壞，過度應力破壞的主要表現是錨栓出現塑性變形直至發生破裂。

以上是無機化學錨栓在幕墻工程中常見的破壞形式，也存在一些其他的破壞形式如基材破壞、材料問題破壞，即基材發生破壞或材料質量不合格或者存在工藝缺陷導致的破壞等。在幕墻系統中，我們期望無機化學錨栓一直處于彈性變形階段而不是產生塑性變形或者疲勞斷裂，為了提高錨栓的安全性和穩定性，需要通過選擇合適的材料、設計符合規范的連接結構、加強質量控制和維護管理等措施，確保錨栓能夠長期穩定地承受荷載，并在必要時進行更換和升級。

3 工程應用

3.1 工程簡介

廣發銀行總部大樓幕墻安裝項目位于廣州市天河區，該項目包含地下5 層、地上48 層、連廊、下沉廣場，其中幕墻設計高度為229.85 m，幕墻設計面積約為60 636.72 m2，該項目設計采用預埋件+后置埋件，即在預埋件的施工存在一定問題后采用后置埋件。

后置埋件采用無機化學錨栓，本工程使用無機化學錨栓直徑為M12 mm，錨孔長度為170 mm，鉆孔孔徑為24 mm，如圖2 所示，錨栓必須通過試驗決定其承載力且錨栓應有出廠合格證，其單個無機化學錨栓的承載力設計值需重新計算。后錨固連接錨栓的拉拔值應為設計值的2 倍，以保證幕墻系統的安全性和穩定性。

圖2 無機化學錨栓

3.2 無機化學錨栓的施工節點

廣發銀行總部大樓項目幕墻工程為單元式及框架式幕墻，主要包括單元式石材幕墻系統、單元式玻璃幕墻系統等?，F就石材幕墻系統，針對無機化學錨栓在其中節點的做法進行研究。

石材幕墻系統主要的施工步驟為定位放線→基層處理→無機化學錨栓安裝→角板、龍骨安裝→固定掛件→石材定位切槽→黏結膠條→打膠勾縫→安裝完成，其中石材幕墻安裝節點示意圖如圖3 所示。

圖3 石材幕墻安裝節點示意圖

3.3 無機化學錨栓的施工工藝

無機化學錨栓的施工流程如圖4 所示，在施工中應該注意的問題如下。

圖4 無機化學錨栓施工流程圖

1）置入藥劑管，應嚴格按照廠家出具的說明書進行操作，通常來說錨固劑由兩部分組成，應保證其混合均勻和穩定。

2）鉆孔應當選擇適當的鉆頭規格，對鉆孔的深度和直徑進行控制；清孔時可以使用特殊的洗滌劑或者高壓水槍進行清洗，以徹底清除孔內的殘留物。

3）鉆入錨栓應在錨固劑未完全固化之前鉆入，并旋轉一定的角度保證混合物與錨栓的充分接觸。

4）硬化過程持續的時間一般會受到環境溫度、濕度等因素的影響，不同廠家生產的無機化學錨栓硬化時間也存在不同，因此，需要根據現場的實際情況進行調整，通常情況下固化時間需要1～2 d[4]。

3.4 質量檢查

無機化學錨栓施工完成后，本項目進行錨固件承載力檢測，承載力檢測采用JGJ 145—2013《混凝土結構后錨固技術規程》，以500 點為一檢驗批，抽檢比例為10%，每批抽檢點為50 點，檢測方法為拉拔試驗。

拉拔試驗施加荷載方法為分級維持荷載法，荷載分級為10 級，每級維持荷載1 min，直至達到設定的檢驗荷載，并持荷2 min。合格判定依據為：持荷期間錨固件無滑移、基材混凝土無裂紋或無其他局部破損現象，同時持荷期間荷載最大值不小于預定荷載的95%，應評定為本次試驗結果為合格。同時，對于一個檢驗批中多抽取的試樣全部合格，則該檢驗批應評定為合格，當該檢驗批不合格試樣不超過5%時，應另外抽取3 根進行試驗，若檢測合格，則該檢驗批仍可評定為合格；一個檢驗批中不合格的試樣超過5%時，該檢驗批應評定為不合格，且不應重做試驗。

在本項目中一共規劃10 個檢驗批，全部檢測合格，合格率為100%，也證明了本項目的無機化學錨栓施工工藝的合理性。

4 結語

無機化學錨栓由于其施工工藝簡便、工期短、造價低、質量安全性高等優點在幕墻工程中得到廣泛的應用，本文以廣發銀行總部大樓幕墻安裝項目為依托，首先對無機化學錨栓的錨固機理和變形機理進行深入研究，結合實際項目提出無機化學錨栓的施工工藝，并對本項目的無機化學錨栓進行分批承載力檢驗，現場檢驗結果為合格，證明本文提出的施工工藝的合理性，可為類似研究提供參考。