化學錨栓的孔完全不清粉,拉力平均少約四成:孔鑽大了,填滿的樹脂膠囊型照樣撐住,金屬膨脹型 M16 從 64 kN 掉到 15 kN

鑽完孔要不要把粉清乾淨,日本土木研究所 2016 年做過對照:接著系後置錨栓在孔內切粉完全沒清的狀態下施工,拉拔耐力平均比清孔的少約 40%,混凝土和接著劑交界面的付著破壞變多。這組用的是水泥系注入式接著劑、M16、埋深 80 mm。另一份國土技術政策總合研究所的研究報告,把孔鑽大、樹脂不足這些施工缺陷一項一項做成試體做拉拔試驗:在各一支的試體裡,填滿接著劑的樹脂膠囊型 M16 孔鑽大後沒有下降,金屬套管式 M16、M24 則大幅下降。閱讀約 8 分鐘。

混凝土塊剖面:一支套筒式膨脹錨栓略微歪斜地插在比它粗的孔裡,錨栓與孔壁之間一圈紅色空隙,孔口邊緣的混凝土碎裂。

網友問的事

2018 年 1 月,日本 Yahoo!知恵袋有人問化學錨栓(接著型)鑽孔後的清孔。 他用類似滴管的工具把粉取出來,用刷子刷過,再把粉取一次,想知道 「少しでも粉が残っていたらまずいですか」,也就是只剩一點粉是不是就不行。 他鑽的孔是 12 mm,插的是三分(3/8 吋)全牙螺桿,插入 90 mm。

唯一的回答被選為最佳解答:削屑或粉塊留在孔底,接著力會下降,用空壓機吹最好,但你的做法也能有足夠的密著強度。 這個回答沒有給任何數字,也沒有說「下降」是多少。

要回答「粉留在孔裡會差多少」,得找有人把同一種錨栓分成清孔和不清孔兩組、拉到破壞的試驗。下面兩份日本公部門的資料各自做了一部分。

土木研究所:不清孔,平均少約 40%

川上明大、中村英佑、古賀裕久 2016 年在《土木技術資料》發表〈載荷方法與施工條件對接著系後置錨栓抗拉耐力的影響〉, 作者當時都在土木研究所先端材料資源研究中心。他們模擬三種現場常見的缺陷:孔周圍有裂縫、鑽孔後不清粉、孔裡積水,各自和標準施工比較。

試驗條件(川上等,2016,§2.2–2.4)
項目條件
母材呼び強度 21 的普通混凝土
接著劑市售的超速硬水泥系注入式接著劑(不是樹脂)
錨栓SNB7 M16 全牙螺桿
孔徑、埋深孔徑 20 mm(接著劑施工手冊的建議值),鎚鑽鑽孔;埋深 80 mm(直徑的 5 倍)
標準清孔鑽孔時用刷子和集塵機清除孔內切粉
試驗方法拘束式拉拔:反力支點間隔約為孔徑的 1.5 到 2 倍,壓住孔口周圍的混凝土;破壞形態為錨栓降伏・破斷或接著劑付著破壞,適合評估混凝土與接著劑的付著力

「清掃不良」那一組,是讓鑽孔產生的切粉完全留在孔裡再施工。結果整理如下。

施工缺陷對拉拔耐力的影響(川上等,2016,§3.2–3.4,圖-7 至圖-9)
缺陷平均拉拔耐力破壞面的變化
切粉完全不清比清孔的低約 40%混凝土與接著劑界面的付著破壞增加
孔周圍有裂縫(試驗的平均寬 0.05–0.125 mm)比無裂縫的低約 20%混凝土與接著劑界面的付著破壞增加,耐力降得越多越明顯
清孔後孔內充水再施工略降,降幅小於上面兩項混凝土與接著劑界面的付著破壞有時增加

作者對清孔那一項的解釋是:殘留的切粉夾在孔壁和接著劑之間,阻礙了界面的付著,拉力傳不過去。 破壞位置也支持這個說法,增加的正是混凝土這一側的界面,不是錨栓和接著劑之間。 報告據此下的結論,原文是「接着系あと施工アンカーでは孔内の清掃が極めて重要」。

裂縫那一項值得工程師多看一眼。0.2 mm 是一般判斷混凝土裂縫要不要補修的參考值,試驗用的裂縫都比它細,平均耐力仍少了約兩成。這個約兩成同樣是水泥系、M16、埋深 80 mm、拘束式拉拔下的結果,0.2 mm 也只是補修判斷的參考,不是安全界線。 積水的影響最小,作者推測殘留的水讓接著劑形成一層脆弱層。

有一點要先講清楚:這組試驗用的是水泥系注入式接著劑。知恵袋那位網友沒寫用的是哪一種接著劑,國總研的試體則是樹脂系,兩者不能直接混用。 作者在結語也寫了,接著劑種類、錨栓種類、埋深或混凝土強度不同時,結果可能不同。

混凝土剖面分成三格:左邊一支全牙螺桿以接著劑固定在孔裡,接著劑與孔壁之間有一層淺色粉末,上方兩個向上的箭頭;右上是較大的孔,接著劑填滿螺桿周圍;右下是一支膨脹錨栓在孔裡,擴張片與孔壁之間有紅色細縫,上方一個向上的箭頭。
左:切粉留在孔壁與接著劑之間;川上等的試驗裡,拉拔後混凝土側界面的付著破壞變多。右上:孔鑽大,接著劑仍填滿間隙(國總研那支樹脂膠囊型 M16 的情況)。右下:孔鑽大時,金屬膨脹型的擴張部碰不到孔壁。示意,未按比例。

國總研的研究報告:孔鑽大了,兩種錨栓結果相反

第二份資料是國土技術政策總合研究所資料第 884 號(2017 年 3 月),是國總研與多家民間機構的共同研究報告書,不是期刊論文。 它的主題是非破壞檢查能不能找出後置錨栓的缺陷,第 6 章把做好的缺陷試體做拉拔試驗,看每一種缺陷實際少了多少耐力(M24 受千斤頂能力限制,載荷到 100 kN 即停止)。 錨栓鋼材是 SS400,M16 的降伏荷重是 36.8 kN。

這份報告沒有做清孔的對照,但做了孔鑽大和樹脂填充不足,正好接著回答「施工出錯會怎樣」。下表只列 M16 與 M24,數字照表-6.1.4。

施工缺陷的拉拔試驗結果(國總研資料第 884 號,表-6.1.4)
錨栓與缺陷拉拔耐力破壞形態
樹脂膠囊 M16,健全(孔 φ19)84 kN鋼材降伏
樹脂膠囊 M16,孔鑽大 φ19→φ2687 kN鋼材破斷
金屬套管式 M16,健全(孔 φ22.5)64 kN錐狀破壞
金屬套管式 M16,孔鑽大 φ22.5→φ26.515 kN付著破壞
金屬套管式 M24,健全(孔 φ33.0)101 kN(載荷到 100 kN 即停止)鋼材降伏
金屬套管式 M24,孔鑽大 φ33.0→φ38.04 kN付著破壞

樹脂膠囊型孔鑽大了 7 mm,照樣拉到鋼材破斷。報告推測,這是因為接著劑仍填滿整個孔長,剪力抵抗面積足夠。這是一支、一種產品、填滿的結果,不能推到注入式、其他產品或其他擴孔量。 87 比 84 多出來的 3 kN 不代表孔大比較強,兩支都是鋼材先降伏或斷掉,量到的是螺桿,不是付著。

金屬膨脹型靠套管撐開、卡住孔壁固定,報告認為孔大了,撐開的固著作用就發揮不出來。M16 剩不到健全的四分之一,M24 在 4 kN 就付著破壞。 同一個「孔鑽大」,對兩種錨栓是兩回事。

樹脂填充不足的結果,說明了樹脂型的弱點在哪裡。

樹脂填充率與拉拔耐力,M16(國總研資料第 884 號,表-6.1.4)
樹脂填充率膠囊,下向,空洞在孔口注入,下向,空洞在孔口注入,模擬上向,空洞在孔底
100%(健全)84 kN79 kN沒有上向的健全試體(下向健全為 79 kN,供參考)
75%80 kN78 kN78 kN
50%51 kN(付著破壞)79 kN79 kN
25%30 kN(付著破壞)57 kN(付著破壞)24 kN(付著+錐狀破壞)

填充率 25% 的三組全都降了,空洞在孔底的那組最低。報告的解釋是錨栓越深的部分付著抵抗越大,空洞留在最深處,等於拿掉了最能出力的那一段。 報告用「孔底空洞」模擬往天花板打的上向施工。

另一項「付著不良」在孔壁貼紙,模擬付著幾乎無法期待的情況,樹脂注入 M16 只剩 6 kN。 同一項改用孔壁塗水泥漿模擬的那組則沒有下降,報告自己判斷是漿層太薄、沒有真正隔開,等於模擬沒有成功。 貼紙那一支給了一個極端值;殘留的粉塵介於兩者之間的哪裡,這份報告沒有回答。

每個條件在表中只有一個編號,看起來各只拉了一支,單一數字的波動無從估計。報告第 6.1.4 節自己的結論也是:缺陷內容與耐力的關係複雜,下降程度沒有規則性。

做完了才用非破壞檢查,多數判不準

同一份報告的主題是非破壞檢查,結果不樂觀:8 種檢查技術對這些缺陷試體,正確指出缺陷內容的約 20%,連「有檢出但內容不對」也算進去約 60%; 沒有一種技術找出全部低於鋼材降伏荷重的缺陷。填充不足(大)而空洞在孔底的那種,是被漏掉最多的兩項之一,半數以上的技術沒有檢出。

這批試體裡沒有「清孔不良」,孔沒清能不能事後查出,這份報告沒有回答;它能說的是,在報告測的 8 種技術下,樹脂沒填滿這類缺陷裝好之後不容易查出。報告沒有比較施工管理和事後檢查哪個可靠,本站的看法是,既然事後不容易查,施工當下照手冊做好比較實際。

現場照做的順序

下面是本站依兩份資料的結果整理的做法,量孔、注膠與現場拉拔這些步驟,兩份研究都沒有規定或驗證,以錨栓製造商的施工要領、核准文件與工程設計要求為準。本頁沒有讀特定廠牌的手冊,不給清孔次數。

  1. 先分清楚是哪一種錨栓。 接著系(樹脂膠囊、注入式)靠孔壁的付著出力,怕的是粉和空洞;金屬膨脹型靠撐開卡住孔壁,怕的是孔大。檢查重點不同。
  2. 鑽頭直徑照手冊,金屬膨脹型尤其不能放大。 國總研那支金屬套管式 M16,孔從 φ22.5 鑽到 φ26.5,耐力從 64 kN 掉到 15 kN。本站建議鑽完用孔徑量規確認。
  3. 接著系照手冊的方法清孔。 土木研究所的標準施工用的是刷子加集塵機。知恵袋那位網友取粉、刷、再取粉的做法方向一樣;殘留少量粉會差多少,試驗沒有做。
  4. 孔鑽大了的接著系錨栓,先算膠量夠不夠。 國總研那支孔大的膠囊型撐住,報告推測是因為接著劑仍填滿整個孔長。孔變大,容積變大,同一顆膠囊可能填不滿,那就落到上面填充不足的表格裡。這一點是本站的推論,報告只測了填滿的情況。
  5. 注入式從孔底往外打,上向施工特別注意。 空洞在孔底時,填充率 25% 只剩 24 kN。注入時把管嘴伸到孔底、邊退邊打,確認孔口有膠溢出。
  6. 避開裂縫,孔裡的水照手冊處理。 細於 0.2 mm 的裂縫,在川上等的試驗裡也少了約兩成。孔內積水的影響最小,但那是水泥系接著劑的結果,樹脂系能不能在濕孔施工要看產品說明。
  7. 重要的錨栓做現場拉拔確認。 要確認付著,川上等用的是支點靠近孔口的拘束式拉拔;要看整體含混凝土錐狀破壞的耐力,他們建議支點間隔至少是埋深的 4 倍。

一支錨栓的設計容許拉力怎麼來、跟埋深與裂縫的關係,見壁虎螺絲能吊多重; 砌體裡的注入式錨栓怎麼評估,見砌體用化學錨栓的那個數字從哪裡來。 前一頁讀的 ETA-05/0069,安裝說明裡也列了清孔這一項。

這一頁不能下的結論

「約 40%」是切粉完全不清和照手冊清孔之間的差,而且是水泥系注入式接著劑、M16、埋深 80 mm 的結果。 它不能回答知恵袋那位網友的問題:清過但留下一點粉會少多少,兩份資料都沒有試驗。也不能直接套到樹脂系接著劑。 國總研的數字每個條件看起來各一支,不能當成平均值、設計值,也不能當成其他產品可接受的擴孔量或現場放行標準; M24 健全值表中寫 101 kN,方法又說載荷到 100 kN 停止,報告本身不一致。同一份報告裡 M18 的數據,本文與表格的編號對不起來,本頁不引用。 非破壞檢查的約 20%、約 60% 只適用於報告測的 8 種技術與那批模擬試體,其中沒有清孔不良。 川上等只評估拉力,結語寫明剪力、持續荷重、反覆荷重還要再研究。 兩份資料都沒有給吹幾次、刷幾次才算乾淨的標準。

這一篇屬於第 1 步,母材。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件;至於為什麼順序做反了是重工而不是微調,見指定一顆螺絲。

常見問題

化學錨栓鑽孔後不清孔,強度會差多少?

土木研究所川上等 2016 年的試驗裡,接著系後置錨栓在切粉完全沒清的狀態下施工,拉拔耐力平均比清孔的低約 40%,混凝土與接著劑界面的付著破壞變多。這組用的是水泥系注入式接著劑、M16、埋深 80 mm。

清過孔但還有一點粉,會不會有問題?

這兩份資料都沒有試驗「留下少量粉」的情況,只比較了完全不清和照手冊清孔。實務上照接著劑施工手冊的方法與次數清孔,是目前能做的。

孔鑽大了,錨栓還能用嗎?

要看錨栓種類。國總研資料第 884 號裡,樹脂膠囊型 M16 孔從 φ19 鑽到 φ26,接著劑填滿時仍拉到鋼材破斷;金屬套管式 M16 孔從 φ22.5 到 φ26.5,耐力從 64 kN 掉到 15 kN。兩者都是各一支的結果,報告沒有給可接受的擴孔量;金屬膨脹型孔鑽大了,本站建議依製造商施工要領判斷,不要直接裝上去。

往天花板打化學錨栓要注意什麼?

國總研用「空洞在孔底」來模擬上向施工,但沒有量測上向施工形成孔底空洞的機率。它的試驗裡,注入式 M16 填充率 25% 時,空洞在孔底只剩 24 kN,空洞在孔口是 57 kN。本站建議注入時從孔底往外打,確認孔口有膠溢出;這不是報告規定的步驟,以施工要領為準。

參考資料

兩份資料由本站讀過全文(國總研只讀第 6 章與表紙)。「約 40%」「約 20%」照川上等 §3.2–3.3 的原文;國總研的 kN 值照表-6.1.4 逐列核對。國總研本文把 M18 的充填不足標成 No.24–26,與表-6.1.4(M18 為 No.27–30)不一致,本頁只引用表與圖-6.1.19 圖例一致的 M16 數據。

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