預(yù)制構(gòu)件豎接縫與后澆混凝土粘結(jié)技術(shù)研究

蘇九州

(華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045)

0 前 言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是建筑工業(yè)化進(jìn)程中重要組成部分。預(yù)制混凝土構(gòu)件的接縫混凝土澆筑則是關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)。當(dāng)前，我國對接縫后澆節(jié)點的研究未提到工程建設(shè)質(zhì)量控制的高度，一直沿用一般混凝土工程施工技術(shù)。從工程來看主要存在以下問題：接縫混凝土與預(yù)制構(gòu)件界面粘結(jié)性能差，界面出現(xiàn)長裂縫；接縫后澆混凝土體積穩(wěn)定性差、易產(chǎn)生收縮變形，出現(xiàn)了表面“龜裂”或較寬的裂縫；接縫混凝土工作性能差，需要插入式振搗輔助成型，振搗不到位會出現(xiàn)小范圍空洞、麻面、漏漿。這些問題已經(jīng)成為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展的瓶頸。因此，本文在這樣的背景下總結(jié)裝配豎接縫與后澆混凝土粘結(jié)影響因素及粘結(jié)機(jī)理。加強(qiáng)建設(shè)人員對裝配后澆節(jié)點粘結(jié)的深刻認(rèn)識。

1 預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)接縫設(shè)計

裝配式結(jié)構(gòu)接縫[1]是指預(yù)制構(gòu)件之間的連接接縫、預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆混凝土、預(yù)制構(gòu)件與后澆混凝土之間的結(jié)合面，主要包括梁端之間接縫、柱底之間接縫、剪力墻的豎向連接縫和水平連接縫等，接縫是裝配整體式結(jié)構(gòu)中影響結(jié)構(gòu)性能和整體性能的關(guān)鍵部位。其中預(yù)制內(nèi)外剪力墻豎接縫主要有一字形、L形、T形或U形。

2 預(yù)制與后澆混凝土粘結(jié)機(jī)理

預(yù)制與后澆的粘結(jié)跟新老混凝土粘結(jié)類似。預(yù)制與后澆混凝土有一個結(jié)合面，但破壞時破壞面不唯一，可能出現(xiàn)在預(yù)制構(gòu)件截面、后澆混凝土面或在粘結(jié)結(jié)合面。在結(jié)合面周圍有無數(shù)個破壞曲面構(gòu)成一個“粘結(jié)破壞區(qū)”。[2]從工程實際來看預(yù)制與后澆的粘結(jié)界面形式分為兩種，一種是后澆混凝土的砂漿與預(yù)制構(gòu)件的砂漿石的粘結(jié)面，另一種后澆混凝土的砂漿與預(yù)制構(gòu)件中的粗骨料的粘結(jié)界面。在后澆節(jié)點中暫不考慮鋼筋受力外，預(yù)制與后澆混凝土間的粘結(jié)力[3]由大到小主要由機(jī)械咬合力、范德華力、化學(xué)作用力組成。所以綜上所述新老混凝土結(jié)合面的破壞機(jī)理由老混凝土、新混凝土以及粘結(jié)界面的微觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)的性能組成。

3 混凝土界面粘結(jié)影響因素

為了增強(qiáng)預(yù)制構(gòu)件與后澆的整體性能，國內(nèi)外研究人員對其粘結(jié)強(qiáng)度做了大量的研究。表明影響預(yù)制與后澆混凝土粘結(jié)性能的主要因素有混凝土強(qiáng)度、后澆混凝土材料、預(yù)制構(gòu)件表面處理方式、界面劑的影響等。

3.1 混凝土強(qiáng)度影響

預(yù)制與后澆混凝土的強(qiáng)度等級對其粘結(jié)強(qiáng)度影響很大。預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C30，后澆混凝土強(qiáng)度等級不低于預(yù)制構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度[4]。老混凝土的疏松、老化和風(fēng)化都影響界面的粘結(jié)性能。劉艷萌[5]試驗研究表明隨著新混凝土強(qiáng)度增加，其界面粘結(jié)強(qiáng)度越高，新混凝土的強(qiáng)度對粘結(jié)性能較明顯。而老混凝土強(qiáng)度的提高導(dǎo)致混凝土粘結(jié)強(qiáng)度有下降的趨勢。同時劉傳奇[6]試驗表明新老混凝土的強(qiáng)度等級提升，對其界面的剪應(yīng)力有較大的提高。因此，后澆混凝土其強(qiáng)度等級應(yīng)比原結(jié)構(gòu)構(gòu)件提高一級，從成本上考慮過多的提高等級也是不經(jīng)濟(jì)的。

3.2 接縫后澆混凝土材料影響

在預(yù)制構(gòu)件大規(guī)模裝配時，節(jié)點澆筑和構(gòu)件接縫成為整體質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。必須使后澆混凝土能夠快速實現(xiàn)與預(yù)制構(gòu)件的協(xié)同工作，同時能夠應(yīng)對各種工況的施工操作簡便。裝配式豎接縫寬度較窄，接縫內(nèi)鋼筋密集。由于施工空間有限，避免振搗不到位，可以使用坍落度較大的混凝土。自密實混凝土的流動性較大，不需要振搗就填充密實，混凝土不會離析。工作性能滿足裝配式結(jié)構(gòu)豎縫混凝土的施工質(zhì)量要求，適合用于裝配式豎接縫的澆筑。但無法克服新老混凝土間的收縮變形問題，這會導(dǎo)致豎接縫混凝土與混凝土構(gòu)件界面之間產(chǎn)生收縮裂縫，從而影響界面粘結(jié)性能。因此，自密實混凝土中摻入膨脹劑制備出具有補(bǔ)償收縮的混凝土。膨脹結(jié)晶體會填充混凝土內(nèi)部孔隙和切斷混凝土中的毛細(xì)孔，減輕混凝土開裂并改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)使之更加緊密，提高混凝土的抗?jié)B能力和粘結(jié)性能。

3.3 預(yù)制構(gòu)件表面粗糙度處理

根據(jù)《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ1-2014)規(guī)定預(yù)制構(gòu)件應(yīng)設(shè)置為粗糙面或設(shè)置鍵槽兩種形式，粗糙面的面積不宜小于結(jié)合面的80%，預(yù)制墻端的粗糙面凹凸深度不應(yīng)小于6 mm。界面粗糙度對新老混凝土的粘結(jié)性能有明顯的影響[7-8]，試驗研究表明提高界面的粗糙度能顯著提高界面混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。實質(zhì)上粗糙度的增加就是接觸面積的增大。

3.3.1 界面粗糙度處理方法

粗糙度處理方法有許多種，傳統(tǒng)方法有鑿毛法、切槽法、高壓水沖法、噴砂法等。鑿毛法雖能提高界面的粗糙度，但是不能大范圍施工，容易撓動周圍的混凝土，同時會產(chǎn)生噪聲和粉塵；切槽法[9]容易控制施工質(zhì)量，使粘結(jié)粗糙面均勻，但是不利于大范圍的施工；高壓水射法[8]施工速度快、噪聲和灰塵污染較小，但工程花費較大。噴砂法[10]處理深度淺，只適用于表面抹灰、粘貼防水層或裝飾材料，不適用于結(jié)構(gòu)件連接，施工過程粉塵污染較大。

近些年出現(xiàn)了一些粗糙度明顯、污染小、工藝簡單的表面粗糙度處理方法：中建八局[11]發(fā)明了一種預(yù)制構(gòu)件側(cè)面粗糙度制作方法。在預(yù)制構(gòu)件的側(cè)模內(nèi)側(cè)刷一層緩凝劑后澆筑混凝土，待混凝土初凝后拆除側(cè)模，用高壓水槍沖洗混凝土表面形成粗糙面。湖南遠(yuǎn)大公司[12]發(fā)明制備預(yù)制構(gòu)件粗糙面成型模板澆筑養(yǎng)護(hù)后，脫模直接具有粗糙面。南京工業(yè)大學(xué)[13]發(fā)明將泡泡膜安裝在模板內(nèi)側(cè)，待模板拆除后剝離泡泡膜，此時結(jié)合面形成與泡泡膜尺寸及排布規(guī)律一致的粗糙面。東南大學(xué)欒利影[14]研究了四種結(jié)合面處理方式其粘結(jié)強(qiáng)度由大到小依次為：露骨料、泡泡膜成型、凹槽與凹坑、花紋鋼板成型。即在一定范圍平均粗糙深度越大，粘結(jié)性能越好，抗剪性能越強(qiáng)。通過對市場預(yù)制構(gòu)件廠的調(diào)查，目前使用較為普遍的是水洗露骨料處理方式，這種處理方式粘結(jié)效果比較理想。

3.3.2 界面粗糙度評定

通過搜集文獻(xiàn)目前評定粗糙度方法[15]主要有：灌砂法、粗糙度測定儀法、分?jǐn)?shù)維法、硅粉堆落法和粗骨料暴露比率法等。其中灌砂法適用水平小構(gòu)件界面粗糙度測定，測定儀適用豎直較大構(gòu)件界面的測定。在一定粗糙度范圍內(nèi)，粗糙度越大，其粘結(jié)效果越好，但過大的粗糙度反而會降低新老混凝土的粘結(jié)性能。目前灌砂法使用較為普遍，主要方法是：用透明塑料板將構(gòu)件圍起來，使板的最高面與粘結(jié)面的最高處平齊，并固定好透明塑料板。然后將標(biāo)準(zhǔn)砂灌入且與塑料板頂面平齊，測得砂的體積。用砂的體積除以粘結(jié)面的面積，平均灌砂深度即為粗糙度。

3.4 界面劑的影響

目前市場上界面劑可分為水泥漿類、環(huán)氧類和聚合物類等，其組成成分和粘結(jié)效果大不相同。混凝土之間涂刷界面劑可以增強(qiáng)水化反應(yīng)，改善微觀結(jié)構(gòu)使之更加密實，水化生成物其形態(tài)增強(qiáng)界面的咬合作用。構(gòu)件經(jīng)過粗糙度處理后，老混凝土表面涂刷界面劑可以有效提高新老混凝土粘結(jié)強(qiáng)度[16-18]，所提高的幅度受界劑種類的影響。何偉等[19]研究了不同界面劑，結(jié)果表明通過改性的水泥漿類界面劑粘結(jié)效果最為顯著。此外劉艷萌[5]也研究了四種不同界面劑，結(jié)果表明水灰比為0.3的水泥凈漿界面劑和低水灰比的內(nèi)摻10%UEA 膨脹劑或內(nèi)摻5%硅灰的水泥漿界面劑能夠大幅度提高新舊混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。因此，從粘結(jié)效果、成本以及施工難易程度綜合考慮，水泥凈類使用較為適宜。

3.5 其 他

除了考慮前面幾個主要因素外，預(yù)制構(gòu)件界面需進(jìn)行潤濕處理。預(yù)制構(gòu)件界面在后澆混凝土澆入后，會快速吸收后澆混凝土的水分，如果預(yù)制構(gòu)件沒有充分潤濕，就會吸收后澆混凝土水分造成混凝土的收縮，因此，在預(yù)制構(gòu)件粘結(jié)表面做好預(yù)濕處理是非常必要的。

4 結(jié) 語

預(yù)制與后澆混凝土粘結(jié)與新老混凝土粘結(jié)性能類似，在界面周圍構(gòu)成一個“粘結(jié)破壞區(qū)”，預(yù)制與后澆混凝土間的粘結(jié)力由大到小由機(jī)械咬合力、范德華力、化學(xué)作用力。預(yù)制構(gòu)件豎接縫與后澆混凝土粘結(jié)是裝配式施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。通過以上分析可以得到在裝配式結(jié)構(gòu)中，混凝土強(qiáng)度等級不低于預(yù)制部分混凝土強(qiáng)度，宜提高一級。后澆混凝土可采用大流動性的混凝土，加入膨脹劑來補(bǔ)償混凝土收縮。而預(yù)制構(gòu)件界面處理傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能滿足，采用目前常用的水洗露骨料工藝，粗糙度比較理想，粘結(jié)性較能好。同時可以涂抹界面劑，進(jìn)一步增強(qiáng)界面的粘結(jié)強(qiáng)度。

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