预制构件粗糙结合面性能研究

时间：2020-08-04 11:31:18 来源：CABR建筑工业化

1. 研究背景和目的

　　在装配式混凝土结构中存在大量的新旧混凝土结合面，其性能对结构承载力、耐久性等至关重要。现行国家和行业标准中，从设计、制作到工程验收，都对新旧混凝土结合面的要求给出了具体规定;预制构件各类粗糙面成型工艺对成本、施工效率和质量都有较大影响。研发团队对模具成型、水洗露骨料成型的预制构件粗糙面与后浇混凝土结合面的力学性能和耐久性进行了系统的研究，内容详见下文。

　　国内外已有的关于新旧混凝土结合面的一系列研究表明，预制构件表面的粗糙面对结合面的性能存在很大影响，目前预制混凝土构件表面的粗糙面成型方法主要有露骨料、拉毛、印花、凿毛处理等，每种粗糙面成型方法都有各自的优缺点以及应用范围，拉毛法主要应用于叠合板面，凿毛法主要应用于硬化后的混凝土构件表面，对于预制墙板侧面、底面以及顶面的粗糙化处理，露骨料处理法占据市场的主要地位。研究也表明露骨料粗糙面与现浇混凝土结合面的力学性能最好[1,2]。但露骨料粗糙面的制作工艺比较复杂，会产生废水，而且有质量不稳定的问题。

　　粗糙面处理方法示意

　　为了解决冲洗粗糙面的水浪费、预制混凝土表面粗糙化处理后废渣污染环境、形成粗糙面的质量不稳定等问题，长沙远大住宅工业集团提出了一种“模具成型预制构件凹凸粗糙面技术”，该技术是将加工成型好的膜材粘贴于模板表面，混凝土达到脱模要求后，将模板连同膜材一同拆下，在构件表面形成均匀的小键块，形成凹凸粗糙表面。

　　模具成型凹凸粗糙面示意

　　模具成型的预制构件粗糙面与后浇混凝土或者灌浆料的结合面性能如何，什么样的粗糙面形式比较好，需要开展研究。另外，现有研究更多集中在结合面的力学性能上[3,4]，对其耐久性研究较少。为了解决上述问题，团队开展了预制构件结合面的受力性能、耐久性能的研究。

　　参考文献：

　　[1] 赵勇,邹仁博,王晓锋. 预制混凝土构件结合面粗糙化处理与评价[J]. 施工技术,2014,v.43;No.425(22):37-39+64;

　　[2] 淡浩,吴体,肖承波,马杰. 不同粗糙化处理的预制构件结合面抗剪性能试验研究[J]. 四川建筑科学研究,2018,v.44;No.200(06):39-42;

　　[3] 黄选明,张新江,刘昊,张宁. 预制混凝土构件叠合面劈裂抗拉性能试验[J]. 建筑科学,2019,v.35;No.260(03):70-76;

　　[4] ]栾利影. 预制构件结合面的构造设计与抗剪性能研究[D].东南大学,2018。

2. 研究内容

　　主要研究了结合面的基础性能，具体体包括结合面的力学性能、耐久性能等。

　　模具成型预制构件凹凸粗糙结合面技术研究

　　模具成型的粗糙面工艺及形式：模具所使用的膜材为聚乙烯(PE)，采用“外凸式”外形，形成的外凸键块近似于正六棱柱体;外凸键块以一定间距均匀分布;键块表面还存在小凸起，增加界面粗糙度。

　　模具成型后的凹凸粗糙面

　　水洗露骨料的粗糙面工艺采用通常方式，控制骨料露出的凹凸深度大于6mm。

3. 结合面受力性能研究

　　3.1结合面直剪性能试验研究

　　结构中，竖向结合面(如剪力墙结构竖向接缝)在地震作用下会发生竖向错动，因此设计一批单向和往复荷载作用下的直剪试件。

　　设计同参数的采用水洗露骨料工艺成型的粗糙结合面试件和模具成型粗糙结合面试件，进行对比研究。

　　直剪试验加载方案

　　直剪试验现象

　　单向加载试件荷载-位移曲线对比图

　　往复加载试件荷载-位移骨架曲线对比图

通过研究，得到如下结论：

　　1)模具成型凹凸粗糙结合面与露骨料粗糙结合面的破坏过程和破坏模式相同，均为试件结合面开裂破坏导致承载力下降;

　　2)模具成型凹凸粗糙面试件从预制区外凸键块根部剪断;

　　3)模具成型的粗糙结合面与露骨料粗糙结合面的承载力基本一致。

　　同时，还针对模具成型粗糙面外凸键块存在缺陷的试件进行了单向直剪试验，试验结果表明：存在缺陷的外凸键块数量低于60%时，对结合面的抗剪性能几乎无影响。

　　缺陷处理后的粗糙面示意

　　3.2结合面压剪性能试验研究

　　结构中，水平结合面(如剪力墙结构水平接缝)主要承担轴向压力和往复荷载，因此设计一批竖向恒载和往复荷载作用下的压剪试件。

　　对采用模具和水洗露骨料成型的粗糙结合面试件进行低周反复加载试验，研究了粗糙面的成型方式、配筋率以及轴压比对水平结合面压剪性能的影响。

　　压剪试件参数表

　　压剪试验加载方案

　　往复加载试验现象

　　荷载-位移滞回曲线对比图

　　//通过研究，得到如下结论：

　　1)模具成型粗糙结合面与露骨料成型粗糙结合面压剪试件的破坏过程和破坏模式相同;

　　2)模具成型粗糙结合面试件的开裂荷载、峰值荷载、滞回曲线的滞回性能等与水洗露骨料成型粗糙结合面试件非常接近;

　　3)配筋率高的试件的峰值荷载要高于配筋率低的试件，两者的开裂荷载相差不大;

　　4) 两种工艺成型的水平结合面均可以采用行业标准《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014的相关公式计算水平结合面的受剪承载力。

　　3.3结合面受拉性能试验研究

　　后浇混凝土与预制构件的结合面处，可以用交界面的抗拉强度来表征结合的紧密程度，因此设置一批抗拉试件。针对不同方式成型的结合面试件进行了受拉性能试验研究，分析了试件的受拉破坏形态，得到并评价了结合面的受拉承载力。

　　受拉试件破坏现象

　　通过试验可得：

　　模具成型凹凸粗糙结合面试件与露骨料粗糙结合面试件的受拉承载力基本一致，均能达到整浇试件受拉承载力的50%以上。

4. 结合面耐久性能试验研究

　　预制构件结合面的抗水渗透性能和抗氯离子渗透性能是影响建筑功能和结构耐久性的一个重要因素，因此设计抗水渗和抗氯离子渗透性试件，进行结合面耐久性试验。

　　针对模具和水洗露骨料成型的粗糙结合面试件进行了抗水渗透和抗氯离子渗透试验研究，分析了试件的渗水高度和氯离子渗透高度，得到并评价了结合面的耐久性能。

　　抗水渗透试验装置

　　抗氯离子渗透试验装置

　　抗水渗透高度图

　　抗氯离子渗透高度图

　　// 通过研究，得到如下结论：

　　1) 结合面位置的渗水高度与后浇区以及整浇试件渗水高度相近，模具成型粗糙面的结合面抗水渗透性能良好;

　　2) 模具成型粗糙结合面与水洗露骨料粗糙结合面氯离子渗透高度相近，即两者抗氯离子渗透性能相当。

　　中国建筑科学研究院国检中心还对条形凹槽粗糙结合面(通过拉毛或钢筋压痕形成深度约4mm的粗糙面)进行了抗水渗透性能和抗氯离子渗透性能研究[5]。研究结果表明，采用此种方式处理的粗糙面，在结合面位置的渗水高度和氯离子渗透高度明显高于其他位置，其接缝处耐久性低于露骨料粗糙面和模具成型粗糙面。

　　抗氯离子渗透高度(黑线上部为渗透高度)

　　参考文献

　　[5] 欧阳志鹏,装配式结构混凝土结合面耐久性试验研究[D].中国建筑科学研究院,2020.

　　5.总结

　　研究结果表明，水洗露骨料粗糙面和模具成型凹凸粗糙面与后浇混凝土及灌浆料结合面的受力性能基本一致;结合面的耐水压和耐氯离子渗透性能较好，并未在接缝处表现出明显的下降，可保证接缝位置的混凝土及钢筋的耐久性能。二种工艺均可用于装配式混凝土结构中预制墙板构件的顶底面和侧面、预制柱的顶、底面以及其他受力比较重要的位置。

　　本篇作者

　　侯全胜，1993年2月出生，2019年硕士毕业于山东大学土建与水利学院，参与3项装配式结构的研发工作、2项装配式结构的设计工作。

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