安裝扭矩如何影響膨脹錨栓

後置式膨脹錨栓用於將底板固定於混凝土與磚石結構上。膨脹錨栓的類型包含扭力控制型錨栓，其必須施加扭力以使膨脹片(wedges)膨脹，以及位移控制型錨栓，其需要藉由施加在套管(sleeve)或塞件(plug)上的衝擊力來使膨脹片膨脹。依靠扭力使膨脹片膨脹的膨脹錨栓稱為扭力控制式膨脹錨栓。本文將探討扭力在扭力控制式膨脹錨栓安裝與性能表現中的重要性，特別是當其安裝在混凝土中時。

圖 1. a) Hilti HST4 Anchor; b) Hilti HSL-3 Anchor.

為什麼選擇扭矩式膨脹錨栓？

圖 1 顯示了扭矩控制式膨脹錨栓的組成元件。對螺母施加扭力會啟動一個機制，會使膨脹片位移並固定於混凝土中。該機制包括一個膨脹錐(tapered mandrel)，它會穿過膨脹片(expansion wedges)向上移動。膨脹錐可以是螺栓的一部分（圖 1a），也可以是螺紋固定在螺栓上的獨立元件（圖 1b）。
當膨脹片膨脹後，錨栓會產生預拉力（tension pre-load），同時在配件與混凝土之間形成壓縮夾緊力（compression clamping load）。預力可減少錨栓在受外部拉力作用時的位移量，並降低在循環荷載下的錨栓疲勞。夾緊作用則消除了配件與混凝土之間的間隙。

施加扭力會產生什麼效果？

扭力不當會造成什麼後果？

膨脹錨栓必須按照製造商印刷安裝說明（Manufacturer’s Printed Installation Instructions, MPII）中提供的扭力值進行施加，以正確膨脹膨脹片並夾緊底板。扭力不足會導致膨脹片膨脹不足，從而減少形成的夾緊力。一旦對受拉力作用的扭力不足膨脹錨栓移除預拉力/夾緊力，錨栓會發生位移，導致膨脹片進一步膨脹（後續膨脹）並使底板抬離（lift-off）。

在錨栓群中，如果各錨栓在安裝時施加的扭力不均，可能會造成錨栓間的荷載分布不均。例如，美國混凝土協會（ACI）標準 ACI 355.2 第 5.2.2 節—鑽頭要求允許錨栓以不超過 6 度的傾角安裝於垂直面。若錨栓群中的某些錨栓安裝角度過大（偏離垂直面），則其預拉力與垂直安裝錨栓不同。如果未考慮錨栓荷載不均，計算的錨固承載力可能偏不保守（不安全）。此外，底板與混凝土之間的夾緊力也會出現不均。

扭力控制式膨脹錨栓必須依據 ICC-ES（International Code Council Evaluation Service）接受標準 AC193（Mechanical Anchors in Concrete Elements）取得認證，才能在 IBC（International Building Code）下獲得認可。ICC-ES 認可以 ESR 評估報告形式給出。AC193 亦引用 ACI 355.2；ACI 355.2 第 5.2.3 節—測試設定要求包含檢查扭力不足影響的規定。具體規定在 5.2.3.2.1 節如下：
“對於使用減小安裝力進行的可靠性測試（表 4.1 測試 3 與表 4.2 測試 5），應以設定扭力 0.5 Tinst安裝錨栓。不得低於此扭力。”

其中，Tinst 在 ACI 355.2 第 2.2 節—符號定義中，指「錨栓膨脹或預應力的規定或最大設定扭力」，對應 MPII 中建議的扭力值。以Tinst 安裝扭力控制式膨脹錨栓可產生錨栓位移/膨脹片膨脹及預載力/夾緊力。依據 ACI 355.2 註解 R5.2.3 與 R5.2.3.1，5.2.3.2.1 章節測試規定旨在模擬「施工現場安裝誤差」（即扭力不足），並判定「錨栓在低於建議扭力施加下，是否仍能正常工作」。扭力不足的膨脹錨栓會導致膨脹片膨脹不足。依 ACI 355.2 第 5.2.3.2.1 節測試，評估在低於 Tinst 扭力施加下，且移除預載力/夾緊力後，錨栓是否仍可通過後續膨脹正常工作。

施加過大扭力可能引發多種失效模式，其中一種可能是混凝土劈裂。ACI 355.2 測試 9.3—最小邊距與最小間距下的使用性條件測試，用於檢查安裝錨栓時混凝土是否會劈裂。測試中，在非開裂混凝土中安裝兩個錨栓，邊距(Cmin）與間距（Smin）由錨栓製造商規定。每個錨栓的施加扭力大於 min(1.7Tinst, Tinst + 100 ft-lb)。不發生劈裂的最小邊距與間距即為錨栓在開裂與非開裂混凝土中的最小要求。過大扭力還可能導致錨栓鋼材破壞、膨脹片滑脫或整個錨栓拔出混凝土。

扭力控制式膨脹錨栓必須安裝於與鑽頭公差匹配的孔中。若孔徑過小，會損壞膨脹片並抑制扭力膨脹；若孔徑過大，膨脹片無法完全啟動，導致施加扭力或外部荷載時無法正確膨脹。

檢查是如何進行的？

錨栓的 MPII（製造商印刷安裝說明）中提供了規定的扭力值。在安裝錨栓時，必須使用這些扭力值。IBC（國際建築法規）要求對“必須依據額外製造商指示安裝的材料和系統”進行特殊檢查（例如，參見 2015 IBC 第 1705 節《必需的特殊檢查與測試》，以及第 1705.1.1 節《特殊情況》）。特殊檢查旨在對已完成的工作進行獨立評估。特殊檢查員(special inspection)由業主聘用，或通過代表業主的建築師/工程師進行。特殊檢查員不應由承包商聘用，因為這會被視為利益衝突。因此，針對扭力控制式膨脹錨栓的特殊檢查是一種驗證方法，用於確認錨栓是否已使用製造商規定的扭力正確安裝。

ESR（ICC-ES 評估報告）將註明錨栓的特殊檢查要求，這些要求可能包括核對用於安裝錨栓的“緊固扭力”。施加扭力必須使用經校準的扭力扳手，以確保使用製造商規定的設定扭力，同時避免錨栓扭力不足或過大。由於螺母與螺栓螺紋之間的界面對錨栓預拉力的形成至關重要，施加扭力前應檢查螺紋是否損壞或污染，且不得潤滑。

核對扭力值也涉及重新施加扭力（re-torquing）。如前所述，即使安裝於未開裂混凝土中的膨脹錨栓未受任何外部荷載，扭力所產生的預載力也會隨時間因鬆弛而下降。在開裂混凝土中，錨栓預拉力的損失會在裂縫擴展至錨栓位置時發生。

重新施加扭力用於恢復更高的預力或夾緊力，也可在底板位置需要調整時重新設定錨栓。如果螺母被鬆開或拆除，重新施加扭力前應清潔螺母螺紋、錨栓螺紋及墊圈下方的區域。重新施加扭力時，扭力值不得超過 MPII 中規定的值。一般經驗法則是限制膨脹錨栓重新施加扭力的次數不超過三次。對於特定產品，應諮詢錨栓製造商的指導。

ACI 355.2 第 5.2.3.1.1 節包含測試扭力控制式膨脹錨栓鬆弛效應的規定。MPII 中的推薦扭力值（Tinst）需使用經校準的扭力扳手施加。10 分鐘後，鬆開螺母，並使用校準扳手重新施加 0.5Tinst 扭力。此測試模擬錨栓使用壽命期間的預力損失，並評估錨栓在鬆弛後是否仍能正常工作。

施加扭力有時也用作簡單的承載驗證手段，以檢查錨栓性能並排除明顯的安裝錯誤。然而，使用扭力驗證錨栓並不精確，因為扭力與拉力之間的關係在不同錨栓間可能變化很大。手動扭力扳手通常用於安裝和驗證扭力控制式膨脹錨栓。

總結

本文討論了扭力對安裝於混凝土中的扭力控制式膨脹錨栓的安裝與功能的重要性。施加安裝扭力會在錨栓中產生預拉力（tension pre-load），並在底板與混凝土之間形成夾緊力（clamping load）。經過正確資格認證、設計和安裝，並按照製造商規定扭力施加的膨脹錨栓，將能如設計般正常運作。
扭力不足會導致膨脹片膨脹不足，使底板的夾緊力低於預期，且在施加外部拉力時，錨栓位移增加。扭力過大可能引發混凝土破壞、錨栓鋼材破壞或錨栓拔出等失效。

MPII 與 ESR 提供了錨栓的規定安裝扭力值。ESR 還註明錨栓是否適用於開裂混凝土以及特殊檢查要求。IBC 規定，扭力控制式膨脹錨栓需由經批准的機構進行特殊檢查，該機構代表業主或業主代表行事。安裝與檢查錨栓時，應使用經校準的扭力扳手，或專門設計用於設定扭力控制式膨脹錨栓的動力工具。

喜利得提供最佳解決方案 - 自動調整扭矩模組

影片參考:SI-AT-22 自動調整扭矩模組 - 衝擊電絲批和扳手的配件 - Hilti Taiwan

特點

• 比扭矩扳手快 30% - 將自我調整扭矩模組新增到相容的充電式衝擊扳手上，以節省每一次緊固的時間，同時保持與 ETA 螺柱錨栓的認證一致
• 正確的安裝變得更容易 - 透過使用內建的條碼掃描器掃描盒子，告訴自我調整扭矩模組你正在使用什麼緊固件，然後模組在你每次扣動扳機時提供目標預張力
• 可相容搭配各種錨栓 - 將自我調整扭矩模組搭配各種楔形錨栓、螺絲錨栓、金屬螺栓、預埋槽和 MEP 支撐結構
• 可供檢查 - 已執行的緊固裝置的文件可通透自我調整扭矩文件軟體轉換為報告，以提高後勤效率
• 比扭矩扳手快 30% - 將自我調整扭矩模組新增到相容的充電式衝擊扳手上，以節省每一次緊固的時間，同時保持與認證一致

應用

• 設定相容喜利得楔形錨栓 (例如 HST2、HST3、HST4、HSL4、HSA 和其他) 於混凝土中，最高可搭配 M24 執行
• 在混凝土中設置相容的 Hilti 螺絲錨栓 (例如 HUS4)
• 可重複、可控制的金屬螺栓緊固
• 在 HAC-V 和 HAC-C 預埋式錨栓中安裝 T 型螺栓，用於緊固帷幕外牆、電梯和 MEP 裝置
• 使用相容的連接件裝配 MI、MQ、MIQ 與 MT 模組式支架系統