基于三維掃描的水射流沖擊下再生混凝土斷面形貌特征分析

潘 超, 王澤峰,2, 蔣宇濤, 鐘金文

(1.武漢科技大學 城市建設學院,武漢 430065;2. 武漢科技大學 高性能工程結構研究院,武漢 430065)

建筑業是消耗自然資源的主要行業,全球總消耗量從2007年的210 億t增加到2014年的400 億t,幾乎翻了一倍。與此同時,因新建、裝修和拆除等產生的建筑垃圾也與日劇增,約占城鎮固體垃圾總量的40%,帶來了嚴重的環境負擔和資源浪費[1-2]。根據統計數據顯示,僅在2007年—2014年,整個歐洲平均每年產生約8.5 億t建筑垃圾,其中法國約3.43 億t,德國約1.92 億t,英國約1.14 億t;美國每年生產大約5.34 億t建筑垃圾;在日本,每年有大約7 700 萬t建筑和拆除垃圾產生[3-4]。目前,中國正處于城市發展的高速期,2020年產生的建筑垃圾已高達30 億t。建筑垃圾的妥善處理問題已引起廣泛關注。然而,相較于歐美和日韓等發達國家平均90%的建筑垃圾資源化率,國內資源回收利用率不足10%[5-6]。主要原因是現有的爆破和機械拆除等方式側重于高效拆除和定向倒塌,而忽略了對于混凝土原材料和構件再利用性能的保留,嚴重限制了建筑垃圾資源化率的提升[7-9]。將混凝土舊建筑物中仍具備再利用價值的主要承重構件無損拆除,作為再生混凝土構件再利用成為了目前研究的重點問題[10-13]。

使用高壓磨料水射流代替傳統方式拆除混凝土舊建筑物是提高建筑垃圾資源化率的有效途徑[14]。高壓水射流是一種冷態切割新工藝,具有無損切割、聚能定向和安全環保的特點,能夠適應大部分復雜建筑結構拆除的要求,在材料加工、煤礦開采和工業建筑等領域得到了廣泛應用[15-17]。為了揭示水射流破碎混凝土機制及致裂規律,國內外眾多學者開展了相關研究。趙永贊等[18]開展了磨料水射流破碎混凝土的機理和試驗研究,通過分析后混合式磨料水射流的切割機理,認為磨料水射流形成的液固兩相射流具有一定的沖蝕動能。李自光等[19]探討了高壓水射流的切割機理,建立了水射流垂直沖擊水泥混凝土的流體動力學模型,通過數值模擬得出了水射流沖擊的最優技術參數。劉佳亮等[20-22]結合液固碰撞理論,闡釋了水力沖擊下混凝土不同破壞階段的致裂機理;借助相似材料、模型試驗及高速攝像技術,研究了高壓水射流沖擊透明類混凝土沖蝕破碎區演化歷程及裂紋擴展模式;采用光滑粒子流體動力學(smooth particle hydrodynamics,SPH)方法建立了水力沖擊混凝土數值模型,表征了混凝土致裂區破碎規律。魯飛等[23]開展了擺振水射流破碎混凝土的試驗研究,分析了擺振水射流破碎混凝土原理和系統結構設計,并計算其破碎效率和比能。Liu等[24]基于聲發射技術在線監測了混凝土試樣在磨料水射流切割下的破裂過程和損傷分布特征。王夢瑾等[25]結合SPH和有限元法(finite element method,FEM)建立了高壓水射流沖擊鋼筋混凝土的數值模型,進一步研究了鋼筋混凝土在高壓水射流沖擊下的失效特征,為理解水射流破碎鋼筋混凝土行為提供了理論指導。

除此之外,水射流輸入參數對混凝土破碎效率也會產生顯著影響,眾多學者在提高水射流工作效率、減少單位能耗方面也做了大量工作。楊清文等[26]研究了前混合式磨料水射流輸入參數,即射流壓力、靶距、磨料濃度和噴嘴橫移速度對鋼板和混凝土切割效率的影響。Libor等[27]研究了高壓水射流輸入參數對高溫狀態下混凝土去除效率的影響,得出了水射流技術修復火災受損后混凝土結構的最優參數范圍。彭見輝等[28]以伯努利方程為理論基礎分析了超高壓水射流破碎混凝土的過程,探究了水射流破碎混凝土的各項輸入參數與破碎效率之間的聯系。李坤元等[29]基于SPH-FEM耦合方法構建了磨料水射流沖擊混凝土模型,探究磨料粒徑、物性和磨料體積分數對磨料水射流沖擊混凝土破碎效率的影響。姚遠航等[30]采用移動和固定兩種切割方式,對比分析了不同射流類型、磨料種類以及磨料濃度對混凝土塊的切割效率,研究了射流壓力、靶距和水砂比對切割深度的影響。Josef等[31]研究了水射流作用于混凝土結構的修復效率,強調了超聲波輔助高壓水射流在物體表面清潔、油漆和涂層去除以及混凝土切割等領域的應用潛力。莊欠偉等[32]通過仿真和試驗研究了磨料水射流在不同橫移速度下對鋼筋、素混凝土以及鋼筋混凝土的切割效率和機理,得出了水射流切割鋼筋混凝土的最佳橫移速度,并模擬研究了磨料水射流聯合盾構刀具高效切削鋼筋混凝土的過程。湯積仁等[33]基于水泥砂漿與粗骨料的不同抗沖擊特性,提出了一種使用逐級遞進射流沖擊破碎廢棄混凝土進而分離再生骨料的方法,通過開展廢棄混凝土骨料分離試驗并對再生骨料的物理性能進行測試,論證了水射流沖擊廢棄混凝土分離再生骨料的可行性。

不難看出,目前水射流技術應用于混凝土領域的研究主要集中在揭示致裂規律和提升破碎效率上,但是在混凝土斷面形貌和再利用性能方面的研究不足。基于此考慮,本文開展了高壓磨料水射流拆除混凝土舊建筑物的試驗研究,提出了一種基于三維掃描數據在宏觀層面定量分析混凝土斷口表面積和斷面粗糙度的簡單計算方法,對比分析了高壓磨料水射流切割普通混凝土和加速老化混凝土的斷面形貌特征,探討了斷面粗糙度對于再生混凝土構件界面連接的重要意義,使用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)觀察了水射流沖擊下混凝土骨料與水泥漿體結合狀態的微觀特征。研究結果可為水射流拆除混凝土舊建筑物的工藝優化和工程應用提供指導。

1 試 驗

1.1 試驗材料

水射流沖擊下混凝土斷面三維掃描試驗所用普通混凝土試件尺寸為150 mm×150 mm×100 mm,養護后使用高壓磨料水射流將其切割為100 mm×100 mm×100 mm立方體。所用加速老化混凝土試件的尺寸與普通混凝土試件一致,為反映舊建筑物的實際使用情況,采用干濕循環和硫酸鹽侵蝕模擬混凝土在自然條件下的老化后,再使用高壓磨料水射流將其切割成100 mm ×100 mm×100 mm立方體。如圖1所示,在干燥過程中,將混凝土試件置于電熱鼓風干燥箱內,設置恒溫為105 ℃,這是混凝土加速老化試驗中的常用測試溫度[34-35]。在潤濕過程中,將混凝土試件浸入模擬海水環境中(硫酸鈉濃度為5%)。每個干濕循環包含24 h,其中干燥12 h,潤濕12 h,加速老化過程共持續28 d[36-37]。試驗用水泥為華新水泥(中國鄂州)有限公司制造的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥,粗骨料選用粒徑為4.75～19 mm的碎石,細骨料選用0.25～4.75 mm的黃砂,試驗用水為普通自來水。

圖1 加速老化方案示意圖Fig.1 Schematic of the accelerated aging condition

兩組混凝土試件都包含了9種不同配合比的混凝土樣品:第一組混凝土試件是沒有經過任何處理的普通參照組混凝土,標記樣品序號為Q-1～Q-9;第二組是經過加速老化處理后的混凝土試件,標記樣品序號為QL-1～QL-9。所有混凝土試件的水灰比保持在0.35～0.55,單位用水量控制在160～200 kg/m3,砂率為35%～55%,這些配合比參數是普通混凝土制備的一般范圍,在大多數C30混凝土試驗研究中被廣泛采用[38-40]。試驗設計方案如表1所示,所有試件在標準養護條件下養護28 d后進行水射流切割。

表1 正交試驗設計 (L9 (33))

1.2 試驗設備

水射流沖擊下混凝土斷面三維掃描試驗系統的主要設備包括,高壓磨料水射流設備、高精度三維掃描儀和掃描電子顯微鏡。高壓磨料水射流設備為沈陽奧拓福科技股份有限公司提供的APW2015BA-18型懸臂式切割機,工作壓力為340 MPa,磨料粒徑為80目(約為0.178 mm),磨料流量為760 g/min,噴嘴直徑為0.33 mm,噴嘴橫移速度為50 mm/min,砂管直徑為1.02 mm,靶距控制在5～8 mm內。高精度三維掃描儀為北京天遠三維科技股份有限公司提供的OMIO-5M型號,數據采集傳感器采用500 萬像素的高速、高精密工業級相機,高速掃描、單幅測量時間小于1.5 s,單面測量范圍可控地設置為400 mm×300 mm～200 mm×150 mm,測量精度為0.015～0.008 mm,平均采樣點距為0.16～0.04 mm,這足以獲得完整的水射流沖擊下混凝土斷面的宏觀形貌特征。SEM使用武漢大學提供的MIRA3 TESCAN型號,選取具有代表性的混凝土樣品經過金粉濺射處理后粘貼在SEM短柱上,在不同的放大倍數下獲得相應的混凝土斷面微觀圖像。

1.3 試驗過程

首先,使用高壓磨料水射流設備將所有普通混凝土試件和加速老化混凝土試件從原始尺寸150 mm×150 mm×100 mm切割為100 mm×100 mm×100 mm立方體,以便于對比分析組間加速老化和組內配合比變化對于水射流沖擊下混凝土斷面形貌的影響,如圖2所示。試件破碎后,使用高精度三維掃描儀對混凝土斷面進行掃描,將掃描后的數據文件導入數據分析軟件GEOMAGIC中,計算處理后獲得點云數據和封閉曲面數據,在宏觀層面定量分析混凝土斷面紋理深度和斷口表面積,結合投影面積計算得到斷面粗糙度。最后,使用SEM觀察混凝土斷面的微觀形態,以及切割斷口裂縫周圍水泥與骨料之間的黏結情況,便于分析水射流沖擊下骨料和水泥漿體結合處的黏結狀態變化。

圖2 水射流切割混凝土試驗系統示意圖Fig.2 Diagram of water jet cutting system

2 基于三維掃描的混凝土斷面形貌分析

2.1 斷面紋理深度

斷面紋理深度是水射流沖擊下混凝土斷面形貌和粗糙度的具體表現形式。使用高精度三維掃描儀對混凝土斷面進行掃描,可以獲得水射流沖擊下混凝土斷面的點云坐標數據,如圖3所示。點云數據可以顯示Q組普通混凝土和QL組加速老化混凝土斷面上所有掃描點的坐標,如圖4所示,共計約103 萬個坐標點組成的點狀曲面完整還原了混凝土斷面的宏觀形貌。隨機抽取一組具有相同配合比的Q組普通混凝土試件和QL組加速老化混凝土試件的宏觀斷面進行展示,設置x軸表示水射流噴嘴前進距離,y軸表示水射流切割深度,z軸表示斷面紋理深度。通過三維掃描得到的點云數據將斷面分解成為眾多包含空間坐標特征的數據點,可以有效分析隨著前近距離或者切割深度的增大帶來的斷面紋理深度的變化。

斷面的中間部位一般能夠有效反映水射流切割深度對于紋理深度的影響,因為中間的混凝土受到周圍混凝土環箍效應的擠壓影響,最能代表內部混凝土在水射流沖擊下的真實受力情況。如圖5所示,取x=50 mm的位置做平行于yz平面的剖面。由于x=50 mm處剖面所在剖切位置上搜集到536個數據點,為使計算更為便捷,在保留斷面紋理深度大致精度的前提下,按照25%的比例保留主要坐標點數據,在y軸每隔1 mm計算至少一次紋理深度,將誤差控制在±0.1 mm之內。如圖6所示,將z軸紋理深度的最小值置于零點,混凝土斷面紋理深度的波動區間在0～5.0 mm。在水灰比相同的情況下,經過加速老化處理后的QL組混凝土試件面對水射流沖擊時表現出更為粗糙的斷面特征,相比沒有經過任何處理的Q組混凝土普遍提升了0.5～1.0 mm的紋理深度。可能原因是由于加速老化影響了混凝土的整體性能,從而提升了水射流沖擊下混凝土的去除效率。通過組內比較可以發現,4號、5號和7號混凝土試件的斷面紋理深度最高可以達到5.0 mm,似乎較高的砂率和較低的單位用水量都會導致水射流沖擊下混凝土去除效率的提升。然而,1號、6號、8號和9號混凝土試件則表現出較低的紋理深度波動頻率,這幾組混凝土試件的共同特點是砂率較低。因此,可以推斷出較高的砂率可能會導致混凝土內部骨料與水泥漿體的接觸面積增大,受到水射流沖擊所帶來的骨料與水泥漿體之間產生相對擾動的影響就越大。

圖5 斷面剖切位置(mm)Fig.5 The cross-sectional positionof the fracture surfaces (mm)

圖6 斷面縱向紋理深度Fig.6 Vertical texture depth of the fracture surfaces

橫向紋理深度的變化能夠有效反映噴嘴前近距離對水射流破碎效率的影響,如圖5所示,選擇一組具有相同配合比的混凝土試件,分別取y=20 mm、y=50 mm和y=80 mm的位置做平行于xz平面的剖面。如圖7所示,當切割深度為20 mm時,紋理深度的波動范圍基本保持在0.5 mm以下,鮮有的紋理深度變化較大的情況主要是由于附近存在的骨料在面對水射流沖擊時帶走了部分水泥砂漿,所形成的空隙和孔洞導致了紋理深度的異常波動。這種情況最容易發生在混凝土的邊緣位置,在切割深度為50 mm甚至80 mm時,紋理深度發生成倍增長,同時可以明顯觀察到當噴嘴前近距離停留在首端或者末端時,斷面紋理深度總是容易達到最大值,這是由于邊角部位的混凝土沒有環箍效應的影響,面對水射流沖擊時的去除效率得到了明顯提高。此外,經過加速老化后的QL組混凝土試件在面對水射流沖擊時所展現的橫向紋理深度也要比Q組普通混凝土略高,且隨著切割深度的不斷推進,兩者之間的差距可能還會有進一步的增大。值得注意的是,斷面紋理深度只能從二維層面分析水射流切割深度和噴嘴橫移速度對混凝土去除效率的影響,所采用的點云數據是基于所在貫穿對象截面上剖切到的坐標點,存在一定的局限性。

圖7 斷面橫向紋理深度Fig.7 Horizontal texture depth of the fracture surfaces

2.2 斷口表面積與斷面粗糙度

斷面粗糙度從三維層面完整地展現了水射流沖擊混凝土的破碎效率,彌補了斷面紋理深度研究過程中點云數據僅限于剖切面上的不足。同時,斷面粗糙度直接影響新舊混凝土構件的界面連接性能。由于點云數據在xy平面上的投影是不規則的,因此,需要對網格可視化點云進行曲面填充處理,形成具有封閉曲面特征的三維模型。如圖8(a)～8(b)所示,點云重構形成的立體光刻曲面數據可以有效計算水射流沖擊下Q組普通混凝土和QL組加速老化混凝土試件的斷口表面積[41]。基于Xie等[42]提出的表面積計算方法,如圖8(c)所示,將斷裂面近似地劃分成許多個小四邊形,通過計算所有小四邊形的面積之和,可以近似得到完整的斷口表面積,對于第k個網格abcd,其中a,b,c和d是網格的四個角點,斷裂面在點a,b,c和d處的高度分別為zi,j+1,zi,j,zi+1,j和zi+1,j+1。網格abcd在xy平面上的投影面積Ak可近似計算為

圖8 點云重構后的封閉曲面模型Fig.8 Closed surface model constructed from point cloud data

(1)

其中,

如果將待計算的斷裂面劃分為n個四邊形,則其表面AT(δ)的總面積為

(2)

本研究中的斷面粗糙度RS為斷口表面積與其在xy平面上的投影面積之比,可以寫成

(3)

式中:AP為裂縫的投影面積,n為裂縫面被分割的四邊形個數[43]。

因此,對于平行于xy平面的計算表面,RS=1。當斷口表面的粗糙程度和傾斜角度越大時,RS值也會隨之增大。基于三維掃描數據,利用GEOMAGIC數據分析軟件的計算功能可以直接獲得Q組和QL組混凝土試件的斷口表面積,再代入式(3)中即可得到所有混凝土試件的斷面粗糙度。在忽略邊緣效應的情況下,計算面積為100 mm×100 mm。

利用GEOMAGIC數據處理軟件得到的斷口表面積如表2所示,投影面積是固定不變的,斷面粗糙度為斷口表面積與投影面積之比。如圖9所示,水射流沖擊下Q組普通混凝土的粗糙度范圍在1.11～1.19。經過加速老化處理后的QL組混凝土的粗糙度范圍在1.15～1.31,普遍提升了4.0%～14.9%。再次表明了加速老化對于混凝土整體性能的影響,導致水射流沖擊范圍內混凝土材料去除率的提升,斷面紋理深度和粗糙度也隨之提高。此外,如圖10所示,加速老化過程對于2號、4號、6號和9號混凝土試件的影響最小,在相同配合比條件下,經過加速老化后的斷面粗糙度增長率僅在4.0%～6.4%,這可能說明較低的砂率或者較高的用水量都會導致混凝土內部的結合狀態更加緊密,進而降低了高壓磨料水射流沖擊混凝土的去除效率,這與上述所得到的結論是一致的。通過組內比較,可以發現1號、2號和5號混凝土試件的斷面粗糙度整體較大。然而,6號、8號和9號混凝土試件的測試結果則與之相反,無論加速老化與否,斷面粗糙度和之前計算的斷面紋理深度幾乎都是兩組混凝土中的最小值,這再次意味著較低的砂率或者較高的水灰比和單位用水量在一定程度上可能會減少混凝土內部的孔隙和微裂縫,面對水射流沖擊時的損傷程度也會隨之降低。

表2 斷口表面積和斷面粗糙度

圖9 斷面粗糙度Fig.9 Fracture surface roughness of concrete

圖10 加速老化對粗糙度的影響Fig.10 Influence of accelerated aging on roughness

一般來說,適當粗糙的表面對于新舊混凝土構件的濕式連接是有利的,因為摩擦力和機械咬合力的提升有助于在節點部位形成更加可靠的連接[44-45]。結合上述論證,可以發現隨著射流壓力的衰減或者切割深度的增大,都會導致混凝土斷面粗糙度的提升,進一步表明斷面紋理深度和粗糙度等輸出參數是可以通過調整水射流輸入參數從而實現有效控制的。水射流拆除混凝土舊建筑物回收的再生混凝土構件在一定程度上能夠作為裝配式建筑的主要承重構件,這也是水射流拆除技術的一個顯著優勢。

2.3 斷面形貌特征分析

如圖11(a)和圖11(b)所示,當水射流壓力超過混凝土本身的抗壓強度時,在水射流沖擊下混凝土頂部會率先萌生平行于射流沖擊方向的微裂縫。一般來說,在340 MPa壓力下的射流核心長度可以達到噴嘴直徑的100倍[46]。在這個范圍內,水射流的沖切力無疑是達到了頂峰,可以有效貫穿混凝土內部的粗骨料,形成穿骨裂縫。隨著水射流沖擊深度的不斷推進,水粒子受到空氣阻力的擾動產生相互碰撞,導致水射流能量分散。當剩余的能量不足以破碎前進路線上的障礙時,射流會尋找混凝土內部的薄弱點作為突破口,進而填充骨料與水泥漿體之間的微裂縫和微孔,促進了混凝土斷面上邊緣裂縫的形成,同時由內而外將混凝土擠壓爆裂,導致混凝土底部的切割裂縫寬度和斷面粗糙度增大,形成錐形的切割裂縫。

基于斷面紋理深度和粗糙度,可以將水射流沖擊下混凝土斷裂面劃分成三個主要區域,即光滑區、過渡區和撕裂區,如圖11(c)所示。光滑區的切割深度在30 mm范圍內,斷面較為平整,沒有明顯的切割痕跡和凹凸現象,這個區域內的紋理深度基本保持在0.5 mm范圍內,斷面粗糙度一般保持在1.1左右,波動范圍和誤差較小。有趣的是,光滑區范圍與射流核心區域的長度是基本一致的,本研究所用水射流噴嘴直徑為0.33 mm,射流核心區域的長度大致為噴嘴直徑的100倍,考慮所受空氣和物體阻力的影響,約為30～33 mm。光滑區的混凝土破壞模式主要以壓縮剪切破壞為主,這也是大多數巖石類脆性材料面對水射流沖擊時所表現出來的典型特征[47-48]。當切割深度處于30～60 mm內時被稱為過渡區,紋理深度維持在0.5～2.0 mm內,斷面粗糙度保持在1.1～1.3,此時斷面上可以觀察到存在輕微的水射流沖擊留下的豎狀細痕和拖曳弧度,這是射流核心區域開始破碎的明顯特征,是水射流沖擊從集中破壞過渡到能量分散的重要標志。在60 mm之后是撕裂區,豎狀細痕和拖曳弧度已經可以清晰地被觀察到,混凝土斷面呈現明顯的撕裂痕跡,紋理深度最高可以達到5.0 mm,粗糙度普遍超過了1.3,且波動范圍和傾斜角度更大。撕裂區的水射流由于能量分散更傾向于沖擊混凝土內部的薄弱處,最明顯的特征是多數弧線凹痕和微裂縫主要沿著粗骨料與水泥砂漿的連接界面擴展,混凝土破壞模式主要以拉伸剪切破壞為主。

如圖12(a)和圖12(b)拍攝的SEM圖像所示,水射流沖擊下Q組普通混凝土斷裂面上的骨料與水泥漿體之間產生了一定數量的微裂縫和微孔,在微裂縫和微孔周圍觀察到不規則的骨料剪切現象。這是由于壓力水進入微孔和裂縫尖端,在薄弱處誘導裂縫沿著骨料顆粒的邊界傳播,在遇到高強度的骨料顆粒時更容易形成邊緣裂縫和粗糙斷面。值得一提的是,與傳統拆除工藝相比較,水射流沖擊所帶來的局部擾動和內部損傷對于混凝土整體性能的影響無疑是微不足道的,這是水射流拆除舊建筑物回收再生混凝土構件的另一個顯著優勢。圖12(c)展示了QL組加速老化混凝土面對水射流沖擊時的斷裂面微觀形態,可以看到,混凝土經過加速老化后的水泥水化現象更加明顯,水泥漿填充了混凝土內部的部分微裂縫和微孔,使得骨料與水泥漿基質之間的連接似乎更為緊密,骨料剪切斷面顯得更加平整。但是,加速老化雖然促進了骨料與水泥漿體的黏結性能,也可預見的帶來了混凝土耐久性能和力學性能的降低,導致加速老化后的混凝土面對水射流沖擊時更容易引起連帶效應從而提高了材料去除率。

圖12 水射流沖擊下混凝土斷面裂縫的SEM圖像Fig.12 SEM images of the fracture surfaces of the concrete under water jet impact

3 結 論

本文通過探究高壓磨料水射流沖擊下普通混凝土和加速老化混凝土的斷面形貌特征,基于三維掃描的點云數據和封閉曲面數據計算斷面紋理深度和斷口表面積,提出一種在宏觀層面定量分析斷面粗糙度的簡單計算方法,使用SEM觀察水射流沖擊下混凝土骨料與水泥漿體結合狀態的微觀特征,探討了水射流拆除舊建筑物回收再生混凝土構件的應用潛力。研究結果可以歸納為以下幾點:

(1)基于三維掃描的點云數據能夠有效反映水射流切割深度和噴嘴前近距離對于斷面紋理深度的影響。Q組普通混凝土斷面紋理深度的波動區間在0～5.0 mm,且在一定范圍內隨著水射流切割深度的不斷推進,呈現類似指數函數圖像的趨勢迅速增長。在相同條件下,加速老化影響了混凝土的整體性能,面對水射流沖擊時表現出更為粗糙的斷面形貌特征,導致QL組混凝土普遍提升了0.5～1.0 mm的斷面紋理深度。此外,較高的砂率或者較低的單位用水量都會導致水射流沖擊下混凝土去除效率的提升。

(2)提出一種基于點云重構封閉曲面數據在宏觀層面定量分析斷口表面積和斷面粗糙度的計算方法,完整展示了水射流沖擊下混凝土的破碎效率。水射流沖擊下Q組普通混凝土的粗糙度范圍在1.11～1.19,經過加速老化處理后的QL組混凝土的粗糙度范圍達到了1.15～1.31,普遍提升了4.0%～14.9%。通過組內比較,發現1號、2號和5號混凝土試件的斷面粗糙度較大,而6號、8號和9號混凝土試件的斷面粗糙度和紋理深度都普遍偏低,再次論證了較低的砂率或者較高的用水量都會導致混凝土內部的結合狀態更加緊密,進而影響水射流沖擊混凝土的去除效率。

(3)水射流沖擊下混凝土斷裂面根據紋理深度和粗糙度主要劃分成三個區域,即光滑區、過渡區和撕裂區。切割深度在0～30 mm是光滑區,斷面較為平整,紋理深度保持在0.5 mm范圍內,粗糙度在1.1左右,混凝土破壞模式主要以壓縮剪切破壞為主。切割深度在30～60 mm是過渡區,紋理深度在0.5～2.0 mm,粗糙度在1.1～1.3,斷面上開始出現輕微的豎狀細痕和拖曳弧度。在60 mm之后是撕裂區,斷裂面呈現明顯的撕裂痕跡和邊緣裂縫,紋理深度最高達到5.0 mm,粗糙度普遍超過了1.3,混凝土破壞模式主要以拉伸剪切破壞為主。