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预制混凝土叠合板的无筋叠合面 抗剪性能试验研究 T e s t S t u d y on S h e a r - R e s i s t i n g P e r f or ma n c e o f P r e c a s t C on c r e t e C o mp o s i t e S l a b wi t h Un r e i n f o r c e d C o mp o s i t e S u r f a c e 刘立新 于春 栾文彬 汤 I 南京大地建设集团有限责任公司 3 中国中材国际工程股份有限公司 摘要 ：通过实物试验 ，检测了由不同工艺处理方法、不同强度后浇层、不同划痕深度组成的预制混凝土叠合板无筋叠 合面的抗剪强度，以验证无筋叠合面的粘结性能。试验结果可为其设计与施工提供依据。 关键词：预制混凝土叠合板 无筋叠合面 抗剪强度 试验 中图分类号 ：T U 3 1 1 文献标识码 ：B 文章编号：1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 8 0 0 3 0 刖 舌 在 预制预 应力混凝土装配整体式框架结构体 系中， 预制预应力混凝土叠合板的叠合面为无筋叠合面 ，叠浇层 新、老混凝土的粘结强度 ，主要由化学粘结力、机械啮合 力产生。其能否满足设计要求 ，施工中采取的施工工艺和 控制措施能否较好地保证新老混凝土的粘结强度 ，是需要 验证和解决的一个重要问题” 。 在工程实践中 ，叠合面的作法一般有三种形式 ：人工 叠合面 ，即用人工方法加工成有规则的凹凸形叠合面或锯 齿形叠合面 ，这种叠合面粘结性能好 ，但加工十分困难 ： 自然粗糙面 ，即施工中采用混凝土振捣后不加抹平而形成 的有一定凹凸起伏不平 的叠合面 ，其粘结性能虽不及人工 叠合面 ，但施工简便 ；光滑叠合面 ，即预制构件的叠合面 是光滑的，其粘结性能差 。 本试验结合工程 实际 ，采用人工 划痕叠合面及 自然 粗糙面的方法来检测无筋叠合面 的抗剪性能 。希望通过检 测 ，由不同工艺处理方法、不 同强度后浇层、不同划痕深 度组成 的预制混凝土叠合板无筋叠合面的抗剪强度 ，来验 证新、老混凝土的粘结性能 ，为设计、施工和推广应用提 供依据。 1 试验概况 1 1 试件设计 与制作 试件由预制层、后浇层组成，尺寸均为2 0 0 mm x _ O mm 作者简介：刘立新 ( 1 9 6 7 )，女，本科，高级工程师。 。 通讯地址 ；江苏南京市江宁壁东山街道， 麒路l l 8 号 ( 2 l l l o o)。 收稿 日 期：2 0 i 2 - l l 一 2 9 i 8 o l 建 筑 施 工第 3 5 卷第 1 期 6 O mm，实际叠合面尺寸为2 0 0 mm2 7 0 mm。叠合试件 如 图1 所示 。 图1 试件尺寸 叠合面处理方式有人工划痕及 自然粗糙面两种。叠合 面人工划痕，深度为41 0 mm，划痕方向为纵纹 ( 平行于 荷载施加方向 )及横纹 ( 垂直于荷载施加方向 )。所有试 件均 为素混凝土 ，未配钢筋。预制层混凝土强度为C 4 0 ， 后浇层强度分别为C 3 0 、C 3 5 、c 4 0 三种。具体种类、数量 为：后浇层C 3 0 ，6 组 ( 纵向划痕深度4mm、7mm、1 0mm 各2 组 )：后浇层C 3 5，6 组 ( 纵向划痕深度4 mm、7 mm、 1 0 mm各2 组 )；后浇层C 4 0，6 组 ( 纵向划痕深度4 mm、 7 mm、1 0 mm各2 组 )：横纹和自然粗糙面各3 组 ；共计2 4 组 ，7 2 个试件 ( 每组3 个试件 )。 1 2 试验 方法 试件上下受力面均铺满细砂找平。为防止试件倾倒 ， 先用钢架支撑临时固定。加载前，在试件表面中心位置涂 抹5 0 2 胶 ，并与4 O mm4 0 mm玻璃片相粘 ，钢架两侧带有 螺栓，通过另一玻璃片处手动拧紧螺栓将试件固定 ，两玻 璃片接触面均涂有润滑油以减轻摩擦。 加载过程中，当荷载加到极 限荷载的3 0 B ，拧松螺 O 0 京 南 司 公 限 有 程 工 力 应 预 筑 新 苏 江 0 ；0 0 O l 2 院 钟掠 掠 一 一 眦 一 禺 黑 刘立新于春栾文彬汤筠：预制混凝土叠合板的无筋叠合面抗剪性能试验研究 栓 ，使试件与支撑螺栓完全脱离并 留有空 隙，继续加载直 至试件破坏 。采用数据 自动采集系统对试验荷载及其位移 等数据进行实时采集。试验设备为1 0 0 0 k N电液伺服万能试 验机。试验装置如图2 所示。 2试验结果分析 2 1 试验现 象 加载过程中 ，随着荷载不断增加，位移逐渐增加 ，在 达到极 限荷载后大部分试件沿叠合面突然破坏 ，属于脆性 破坏 ，也有少部分试件破坏面局部延伸入后浇层混凝土 ， 破坏形态如图3 所示。试验数据见表1 、表2 。 图2 试 验装置 图3 破坏形态 表 1 实测混凝土标准立方体抗压强度 ( N ram ) 混凝土标号 C 3 O C 3 5 C 4 0 f o 3 7 O 41 6 4 6 8 2 2 试验分析 根据 建筑结构可靠度设计统一标； 隹有关规定 ，将 表 2 中 实测 叠合面 剪应 力平 均值换 算 成设计 值 ，如 表3 所 示。 2 2 1 抗剪强度 试验 结果表明 ，所有试件 叠合 面抗剪强度值均达 到 混凝土结构设计规范 ( G B 5 0 0 1 0 2 0 1 0) 第H 0 4 条 中，对不配结合筋的叠合板 ，在满足规范构造要求的基础 上 ，其叠合面允许剪应力值0 4 N mm 的要求，且有较大富 余度。 2 2 2划痕深度及后浇层 强度 如 图4 所示 ，划痕深度 ( 粗糙度 )对叠合面抗剪强度 影 响较 大 。不 同标 号混凝 土 后 浇层在 划 痕深度 分别 为 4 mm、7 mm、1 0 mm时 ，抗剪强度均逐步增大。 自然粗 糙面也能达到规范的要求。另外 ，后浇混凝土强度对叠合 面的抗剪性能也有一定影响，如预制和后浇层混凝土强度 相差较大，更有利于叠合面的抗剪性能 ，这可能是 由于不 同标号 混凝 土的收缩不 同，因此两 者问存在收缩微差应 力 ，从而增大了抗剪性能。纵纹抗剪强度好于横纹 ，这有 利于人工划痕工艺的流水作业。 表2 叠合面剪应力实测值 试件组别 编号 荷载 k N 剪应力( N ram ) 平均值 ( N ram ) a l 0 9 0 9 2 0 2 b 1 2 5 9 5 8 2 _ 3 3 3 0 0 4 1 5 2 1 6 9 2 8 2 2 4 4 纵纹 d 1 4 7 7 0 l 2 7 4 1 2 9 5 8 8 2 4 0 f 1 2 6 4 6 9 2 3 4 1 7 1 1 6 6 3 1 7 b l 9 0 6 2 3 3 5 3 3 0 0 7 1 4 6 71 4 2 7 2 2 8 4 纵纹 d l 1 8 39 2 1 9 e l 6 3 6 6 3 0 3 f 1 2 8 5 6 5 2 3 8 a 2 3 5 9 6 4 3 7 b 1 7 2 6 1 3 - 2 0 3 0 1 0 1 4 8 O 5 1 2 7 4 3 O 6 纵纹 d l 2 5 5 9 6 2 _ 3 3 1 4 5 9 4 3 2 7 0 f l 6 4 0 6 7 3 0 4 8 7 0 3 6 l 6 1 b l 5 6 7 2 6 2 9 0 3 5 0 4 1 2 5 0 5 4 2 3 2 2 O O 纵纹 d 1 0 7 7 0 9 1 9 9 8 7 6 7 8 1 6 2 f 8 4 6 9 6 1 5 7 a 5 3 4 0 9 9 b 6 7 5 8 1 2 5 3 5 0 7 l 4 21 2 2 6 3 2 1 O 纵纹 d 1 3 6 8 8 8 2 5 3 l 2 5 0 7 4 2 _ 3 2 f l 5 5 l 7 1 2 8 7 a 1 2 4 5 0 6 2 3 1 b 1 2 4 6 3 2 2 3 l 3 5 1 0 1 6 9 2l 9 3 1 3 2 8 8 纵纹 d 1 9 7 3 3 3 3 6 5 1 7 8 9 3 2 3 _ 3 1 f 1 3 8 5l 4 2 5 7 7 7 9 9 3 1 4 4 b 1 3 3 2 6 9 2 4 7 40 04 C 7 7 2 1 2 1 4 3 1 8 8 纵纹 8 0 9 8 1 1 5 O f 1 3 7 41 1 2 5 4 l 22 72 8 2 2 7 b 1 5 6 9 7 2 2 9 1 4 0 0 7 1 8 O 5 4 7 3 3 4 2 7 1 纵纹 d l 6 9 3 8 l 3 l 4 1 6 8 7 6 2 3 1 3 f 7 8 3 2 2 1 4 5 l 38 93l 2 5 7 b 1 6 6 01 7 3 0 7 4 0 1 0 1 4 6 2 5 6 2 7 l 3 2 7 纵纹 d 2 0 9 6 2 2 3 8 8 e 2 l 6 01 4 4 0 0 f 1 8 2 4 7 8 3 3 8 1 5 7 2 9 8 2 9 1 3 5 0 0 b 1 O 8 4 0 1 2 O 1 2 7 7 自然粗糙面 1 8 2 3 6 5 3 3 8 a 1 21 3 9 8 2 _ 2 5 40 00 b 1 2 9 5 8 2 2 4 0 2 -3 8 自然粗糙面 C 1 3 5 1 1 3 2 5 O 2 0 1 3 1 B u i ld i n g C 。 n s t r u c t i 。 n f 8 1 刘立新于春栾文彬汤筠：预制混凝土叠合板的无筋叠合面抗剪性能试验研究 表2 叠合面 剪应力实测值 ( 续表 1) 1 3 4 2 9 1 2 4 9 3 0 0 0 b 6 3 0 8 8 l 1 7 1 8 4 自然粗糙面 C 1 0 0 8 9 l 1 8 7 a l 2 O 5 4 4 2 2 3 3 01 0 b 1 0 2 7 4 5 1 9 0 2 -3 6 横纹 1 5 9 8 O 1 2 9 6 3 51 0 l 7 3 3 5 3 2l b 1 7 1 6 2 3 1 8 3 0 9 横纹 C 1 5 5 2 8 2 8 8 4 01 0 1 3 2 1 3 2 4 5 b 1 O 5 6 0 1 9 6 1 9 9 横纹 C 8 3 84 1 55 注 ：试件组 3t B 3 0 0 4 表示混凝土标号为C 3 0， 痕深度4mm。 ( 余同 ) 表3 叠合面剪应力设计值 ( N mm ) 刻痕深度 4 m m 7 mm l O m m 自然粗糙而 刻痕方向 纵纹 纵纹 纵纹 横纹 C3 0 1 4 0 1 6 3 1 7 6 1 - 3 6 l O 6 试件组别 C 3 5 1 1 5 1 2 O 1 6 5 1 7 7 1 5 9 C 4 0 1 0 8 1 5 5 1 8 7 1 1 4 l 37 l 一f 【 l I f 4( 图4 划痕 深度一 剪应力曲线 2 2 3叠合 面的粘结机理 分析 根据现有理论，混凝土存在界面过渡区 ，它是混凝土 的薄 弱环节 ，影 响到混凝土的宏观力学性能。而新老混凝 土叠合面的粘结机理是一个更加特殊的过程。在新拌混凝 土水化过程 中，预制部分可以看作是颗巨大的骨料，也参 与着水化反应 ，但其机理可能 比整浇混凝土中骨料与水泥 界面过渡区要复杂。 由于预制板面会阻碍水分、气泡的迁移 ，往往造成这 一 区域泌水 、气泡聚集 ，水胶 比高于本体 ，导致孔隙率提 高、大孔数量增加 ；而氢氧化钙、钙矾石等也 易于在此区 域大量宫集及生长 ，降低了界面强度。叠合面 的尺寸远大 于集 料表面 ，使失水收缩和化学收缩 引起 的界面 间不均 匀变形更大，从而引起界面间更大的拉应力，产生更多的 微裂缝。 预制混凝土表面也因为混凝土本身存在气孔富集、表 面薄弱问题 ，以及预制过程中可能存在的表面酥松问题 ， 也都是界面薄弱的原 因。 上述分析表 明：叠合面是叠合板的薄弱区 ，在荷载作 8 2 l 建 筑 施 工第 3 5 卷第 1 期 用下，会导致裂缝迅速开展和传播 ，降低叠合面承载力， 故在受力过程中叠合面首先破坏 。这和试验结果相吻合。 试 验还 表 明 ，叠合 面 的细 微裂 缝 能否 发展 为 引起 叠合 面破坏的水平裂缝 ，取决于叠合面的粗糙程度。叠合面的 粗糙度直接影响叠合面的粘结应力的大小 。粗糙的粘结面 使叠合面具有非常 良好的中间锁结作用 ，能提供较大的水 平抗剪强度 ，阻止叠合面的相对滑移 ，保证叠合板的共同 工作 。 2 2 4保证 叠合 面粘结性 能的主要措施 从以上分析可知 ，影响叠合面粘结性能的因素较多。 要使叠合面具有良好的粘结性能，除在混凝土配合 比上应 严格保证质量外 ，在施工及构造措施上也要采取相应措施 来保证 。 ( a)预制层振捣密实 ，表面毛化处理应严格按操作 规程执行 ，防止产生酥松表面。 自然粗糙面或人工压痕应 不小于4 mm，但根据 以往经验 ，深度大于1 0 mm时 ，会 对板正截面承载 力产生不利影 响，所 以，粗糙度范 围为 ( 73)mm较适宜，能够满足叠合层剪切力要求。 ( b)现场浇筑叠合层 混凝土前 ，必须将预制板表面 垃圾、污渍及酥松部分清理干净。提前充分浇水润湿 ，板 面不得有积水。浇筑叠合层混凝土时 ，必须用平板振动器 振捣密实 ，以保证叠浇部分的混凝土与预制板结合成一整 体 ，并及时覆盖保湿养护。 3 结论 ( a) 无筋混凝土叠合面，无论采用人工划痕 ( 划痕纵 向或横 向 ) 还是 自然粗糙面方法所形成的叠合面 ，在划痕 深度 ( 粗糙度 ) 不小于4 mm时，其叠合面抗剪强度值均达 到 混凝土结构设计规范 ( G B 5 0 0 1 0 - 2 0 1 0) 第H 0 4 条允 许剪应力值0 4 N mm 的要求，且有较大富余度。 ( b)划痕深度 ( 粗糙度 ) 对叠合面抗剪强度影 响较 大。随深度增加 ，抗剪能力越 强。但经验表明，一般 不应 超过1 0 mm，否则对预制板正截面承载力有不利影响。 ( C) 后浇混凝土强度不同对叠合面的抗剪性能会有一 定影响。预制和后浇混凝土强度相差较大 ，短期有利于叠 合面的抗剪性能。 ( d)叠合板在预制板生产、现浇层施工时 ，要严格 按照质量要求进行。叠合层表面清理 、润湿、振捣密实、 养护都是保证叠浇部分的混凝 土与预制板结合成一整体 ， 提高新老混凝土粘结性能的关键。 1 】 唐春安， 朱万成， 混凝 土损 伤与断裂一 数值试验 M】 北京： 科 学出版 社 2 0 0 3 2 石 建军， 孙 冰， 扬晓锋， 等 叠合构件结合面的粘结性 能探讨 J 】 l 混凝 土与水泥制品， 2 0 0 4( 5 ) ： 5 O 一 5 3 ) S4 一 “lj ， 一 ， ；毒 毫 曩 誊