表面状态对混凝土叠合面抗剪性能影响试验研究
0 引言
混凝土叠合面一般指在预制构件表面形成的粗糙面, 后浇混凝土通过该粗糙面与预制构件形成叠合构件, 从而整体受力。由于叠合不同时段2次浇筑的混凝土, 表面状态对叠合面抗剪性能的影响至关重要。现行行业标准JGJ1—2014《装配式混凝土结构技术规程》
叠合面上常分布一定数量的钢筋和预埋件, 现场还需安装相关线管和线盒, 施工现场通常较杂乱, 易产生临时残留物。如果浇筑混凝土前未对叠合面进行彻底清理或混凝土振捣不充分, 将在叠合面上形成各类缺陷, 包括孔洞、脱空、浮土杂质等, 这些缺陷的存在在一定程度上减少叠合面有效受力面积, 对叠合面抗剪性能产生不利影响。
赵勇等
综上所述, 对于目前广泛采用的预制混凝土叠合构件, 关于不同凹凸深度、表面缺陷面积等典型表面状态对混凝土叠合面抗剪性能影响的研究较少, 而对其进行研究可为准确评价叠合构件受力性能提供科学依据。
1 试验设计
1.1 混凝土
叠合试件预制部分混凝土设计强度等级为C40、后浇部分为C45, 标准养护条件下, 28d实测立方体抗压强度分别为46.7, 50.2MPa。
1.2 试件设计
参考文献
1) 第Ⅰ类在叠合面上分别设置0 (未处理) , 2, 4, 6, 8, 10mm的凹凸深度, 相应编号依次为AT0, AT2, AT4, AT6, AT8, AT10, 每种凹凸深度均成型3个相同试件。成型装置如图2所示, 滚轴中间为多排锥形齿, 相邻2排间距为20mm, 每排沿圆周均匀分布10个锥形齿。锥形齿初始有效工作高度为10mm, 图2中最下方圆垫圈厚2mm, 套入滚轴锥形齿两侧时, 锥形齿有效工作高度变为8mm, 以此类推, 图2中圆垫圈厚度自下而上依次为2, 4, 6, 8mm, 利用滚轴装置可在叠合面上形成8, 6, 4, 2mm的凹凸深度, 当不套任何垫圈时, 则可以在叠合面上形成10mm的凹凸深度。
2) 第Ⅱ类叠合面凹凸深度统一设为8mm, 在叠合面中心部位用环氧树脂粘贴聚四氟乙烯板模拟脱空缺陷, 如图3所示。聚四氟乙烯板厚1mm, 铺设面积与叠合面总面积比值 (预设缺陷占比) 分别为0% (未设置) , 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 相应编号依次为QX0, QX5, QX10, QX15, QX20, QX25, 每种缺陷面积均成型3个相同试件。
制作专用模板, 先在模板中放置预制部分, 然后后浇混凝土, 形成叠合试件 (见图4) 。另外, 整浇3个对比试件S-1~S-3, 混凝土强度等级为C40。
1.3 试验方法与测试内容
试验加载装置如图5所示, 通过微机控制电液伺服万能试验机在上下端水平面上施加竖向荷载, 测试叠合试件抗剪承载力。
2 试验结果分析
当同组3个试件抗剪承载力试验值最大值或最小值中有1个与中间值差值超过中间值的15%时, 则将最大值和最小值一并舍弃, 取中间值;如最大值和最小值均与中间值差均超过中间值的15%, 则该组试件试验结果无效;其他情况取3个试件试验值平均值
实测整浇对比试件S-1~S-3抗剪承载力平均值F0=111.60kN。
2.1 凹凸深度的影响
1) 叠合面破坏形态
第Ⅰ类叠合试件典型破坏形态如图6所示。由图6可知, 当在叠合面上后浇混凝土时, 后浇混凝土嵌入叠合面凹面, 形成一定凹凸机械咬合力。随着凹凸深度增加, 机械咬合长度和面积增大, 机械咬合力变大, 叠合面抗剪承载力随之增大。不同凹凸深度下, 叠合面破坏一般为由后浇混凝土形成的凸面根部剪断破坏, 也存在部分试件由于机械咬合力较小, 发生由后浇混凝土形成的凸面拔出破坏。
2) 叠合面抗剪承载力
第Ⅰ类叠合试件不同凹凸深度下叠合面抗剪承载力、叠合面抗剪承载力与整浇对比试件抗剪承载力比值如表1所示。
基于表1数值, 对第Ⅰ类叠合试件叠合面抗剪承载力 (以y表示) 与凹凸深度 (以x表示) 的关系进行拟合可知二者存在指数关系, 即y=31.158e0.034 5 x, R2=0.986 8, 表明二者具有良好指数相关性 (见图7) 。当凹凸深度由0mm增至10mm时, 叠合面抗剪承载力与整浇对比试件抗剪承载力平均值比值为0.282~0.401, 叠合面抗剪承载力最大值约为整浇对比试件抗剪承载力平均值的40%。
2.2 缺陷面积的影响
1) 叠合面破坏形态
第Ⅱ类叠合试件典型破坏形态如图8所示。由图8可知, 聚四氟乙烯板具有高润滑性和低黏性等特征, 能较准确模拟脱空、孔洞等缺陷。随着聚四氟乙烯板粘贴面积的增加, 叠合面有效工作面积不断减小, 即有效凹凸嵌入数量不断减少。各缺陷下叠合面破坏仍以由后浇混凝土形成的凸面根部剪断破坏为主, 也存在部分拔出破坏。
表1 不同凹凸深度下叠合面试验结果
Table 1 Test results of composite surface under different concavity and convexity depths


图7 叠合面抗剪承载力与凹凸深度的关系
Fig.7 The relationship between shear bearing capacity and concavity and convexity depth of composite surface
2) 叠合面抗剪承载力
第Ⅱ类叠合试件不同缺陷面积下叠合面抗剪承载力、叠合面抗剪承载力相对于无缺陷叠合面抗剪承载力损失率如表2所示。其中, QX0组叠合面抗剪承载力为41.70kN, AT8组叠合面抗剪承载力为41.10kN, 2组试件叠合面凹凸深度均为8mm, 可知实测叠合面抗剪承载力基本一致。
由表2可知, 随着预设缺陷占比的不断增大, 叠合面抗剪承载力不断减小, 各缺陷下叠合面抗剪承载力相对于无缺陷叠合面抗剪承载力损失率与预设缺陷占比基本吻合。对第Ⅱ类叠合试件叠合面抗剪承载力 (以y表示) 与预设缺陷占比 (以x表示) 的关系进行拟合可知二者基本呈线性关系, 即y=-41.143x+41.893, R2=0.998 6, 表明二者具有良好线性相关性 (见图9) 。

图9 叠合面抗剪承载力与缺陷占比的关系
Fig.9 The relationship between shear bearing capacity and defect ratio of composite surface
3 结语
1) 混凝土叠合面抗剪承载力与叠合面凹凸深度间存在指数关系:y=31.158e0.034 5 x。当凹凸深度由0mm增至10mm时, 叠合面抗剪承载力与整浇对比试件抗剪承载力平均值比值为0.282~0.401, 叠合面抗剪承载力最大值约为整浇对比试件抗剪承载力平均值的40%。叠合面破坏以由后浇混凝土形成的凸面根部剪断破坏为主, 呈脆性破坏。
2) 混凝土叠合面抗剪承载力与预设缺陷占比存在线性关系:y=-41.143x+41.893, 各缺陷下叠合面抗剪承载力相对于无缺陷叠合面抗剪承载力的损失率与预设缺陷占比基本吻合。叠合面破坏也以由后浇混凝土形成的凸面根部剪断破坏为主, 也呈脆性破坏。
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