仿水洗粗糙面性能研究及其在预制构件中的应用.pdf

工程应用Engineering Application60CHINA CONCRETE 2023.08 NO.170引言混凝土作为一种应用广泛且十分重要的建筑材料，在使用的过程中，不可避免地存在新旧混凝土的粘结问题，通常为了提高结合面的粘结效果，都会对界面进行粗糙化处理。在装配式混凝土建筑中，预制构件是先生产的旧混凝土，现场浇筑的混凝土是新混凝土，所以预制构件与现浇筑混凝土的连接界面一般为新旧混凝土的结合面。因此对新旧混凝土的结合面需进行粗糙处理，在预制构件设计图纸中一般都有明确的粗糙面位置及粗糙度要求，如GB/T 512312016装配式混凝土建筑技术标准、DBJ/T 15/1712019装配式混凝土建筑工程施工质量验收规范等均对粗糙面提出了明确的验收要求。由于新旧混凝土结合面有着重要作用，对预制构件结合面的研究也比较多。赵勇等1对预制混凝土构件结合面粗糙化处理进行了研究，淡浩等2对不同粗糙化处理的抗剪性能进行了研究，黄选明等3对预制混凝土构仿水洗粗糙面性能研究及其在预制构件中的应用李金伟王春才金龙东莞市润阳联合智造有限公司 广东 东莞 523000摘 要：针对混凝土预制构件粗糙面水洗露骨料工艺处理中引起的水污染、降低生产效率及水洗露骨料质量不稳定等问题，自行设计、制作一种模拟水洗露骨料粗糙面效果的仿水洗粗糙面胶膜，对比了仿水洗胶膜制作的粗糙面与水洗、拉毛等粗糙面的粘结强度、抗折强度、拉拔力，在此基础上进一步对比仿水洗与水洗模拟构件结合面的拉拔强度。结果表明：仿水洗粗糙面的粘结强度为1.87MPa，与水洗露骨料的粘结强度1.91MPa相近。在预制构件的应用方面，仿水洗粗糙面胶膜生产工艺简单、胶膜重复性好、粗糙面质量稳定，可以解决水洗粗糙面工艺中的水污染问题，同时减少构件冲洗环节，提高构件生产效率及质量。关键词：仿水洗粗糙面；粗糙面胶膜；水洗露骨料Performance Research on Simulated Water Washed Rough Surface and Its Application in Prefabricated ComponentsAbstract:In response to the problems of water pollution,reduces production efficiency,and unstable quality of water washed aggregates caused by the treatment of rough surfaces of precast concrete components using water washed aggregates,a simulated water washed rough surface adhesive film designes and manufactures to simulate the effect of water washed aggregates on rough surfaces.The adhesive strength,flexural strength,and tensile strength of the rough surface produced by the simulated water washed adhesive film compares with those of rough surfaces such as water washed and roughened surfaces.On this basis,a further comparison makes between the tensile strength of the interface between simulated water washed and simulated water washed components.The results show that the bonding strength of the simulated water washed rough surface was 1.87 MPa,which was similar to the bonding strength of 1.91 MPa of the water washed exposed bone material.In terms of the application of prefabricated components,the production process of imitation water washed rough surface adhesive film is simple,the adhesive film has good repeatability,and the rough surface quality is stable,thereby solving the water pollution problem in the water washed rough surface process,reducing the component washing process,and improving the production efficiency and quality of components.Key words:Simulated water washed rough surface;rough surface adhesive film;water washed aggregate收稿日期：2023-6-27第一作者：李金伟，1979年生，高级工程师，主要从事装配式建筑混凝土材料及产品研究工作，E-mail：工程应用Engineering Application61总170期 2023.08 混凝土世界件叠合面劈裂抗拉性能进行了研究，栾利影等4对结合面的构造设计与抗剪性能进行了研究。在预制构件中，由于涉及模具、生产工艺、安装等多个方面，对预制构件的不同位置及粗糙面处理也有不同的做法，目前常规粗糙面处理工艺主要包括缓凝剂水洗露骨法、拉毛、凿毛等。合格的水洗露骨法处理过的粗糙面效果不错，新旧混凝土粘结良好，但受缓凝剂性能、涂刷均匀、冲洗时间、混凝土浆料等多因素影响，存在水污染、水洗效果不稳定、增加构件生产工序等问题。拉毛工艺主要应用于叠合楼板，通过制作特定工具进行处理，受工具、人员、拉毛时间等因素影响，拉毛质量存在不稳定性。为了解决缓凝剂水洗粗糙面质量的不稳定、水污染、生产效率等问题，设计了一种仿水洗粗糙面胶膜，与传统的水洗、拉毛等粗糙面进行对比试验，以期为其在预制构件中的应用提供参考。1 材料与方法1.1 试验设备及材料试验设备：WHY-2000微机控制电液伺服压力试验机，WAW-600微机控制电液伺服万能试验机，JS1325数控雕刻机和SH-20锚杆拉拔仪。胶膜材料：聚氨酯橡胶。1.2 仿水洗粗糙面胶膜制备根据GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准、SL/T 3522020水工混凝土试验规程、JGJ 1102017 建筑工程饰面砖粘结强度检验标准中对粗糙深度46mm的要求，模拟实际水洗露骨料的粗骨料大小、分布情况，同时为了增大接触面的粗糙度，进一步在所有骨料表面上增加细小颗粒，设计出仿水洗粗糙面的图纸和模型（如图1、图2所示）；然后，把设计好的模型导入数控雕刻机中，设置好雕刻参数，使用雕刻机在聚氨酯橡胶材料上雕刻出设计好的粗糙面；最后将完成的仿水洗粗糙面胶膜清洗干净，进行下一步测试。1.3 试验方法试验参考GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准、SL/T 3522020水工混凝土试验规程、JGJ 1102017建筑工程饰面砖粘结强度检验标准，制定不同的粗糙面测试方案，通过对比试验来评估仿水洗粗糙面胶膜的实际应用效果。1.3.1 不同粗糙结合面试件的粘结强度测试根据GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准，制作尺寸150mm150mm150mm的4组试件，3个为1组，共12个试件。4组试件分别为劈裂粗糙结合面试件、水洗露骨料结合面试件、仿水洗粗糙结合面试件、拉毛粗糙结合面试件。试件分2次成型，每次成型厚度75mm，第一次成型需把不同类型的粗糙面一同制作，分别自然养护7d和14d后浇筑第二层，完成后试件分别自然养护14d和28d，测试粘结强度。为了观察不同测试方法对试件粗糙面粘结强度的影响，制作了整体、水洗粗糙结合面、仿水洗粗糙结合面、拉毛粗糙结合面4组试件，除整体试件一性成型外，其余分2次成型，第一次成型厚度75mm，按自然养护7d后浇筑第二层，完成后试件自然养护14d，再分别按照SL/T 3522020水工混凝土试验规程 和GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准进行粘结强度测试，如图3所示。1.3.2 不同粗糙结合面试件的抗折强度测试为了对比结合面的抗折性，制作无结合面、水洗粗糙结合面、仿水洗粗糙结合面、拉毛粗糙结合面4种抗折强度试件，尺寸550mm150mm150mm，每种6个试件，图 1 仿水洗粗糙面设计图 2 仿水洗粗糙面胶膜工程应用Engineering Application62CHINA CONCRETE 2023.08 NO.1703个为1组。第一次成型需把不同类型粗糙面一同制作，尺寸275mm150mm150mm，自然养护7d后浇筑第二层，完成后试件分别自然养护14d和28d，测试抗折强度，如图4所示。1.3.3 不同粗糙结合面试件的拉拔力测试参照混凝土与钢筋握裹力测试方法进行拉拔试验，制作尺寸150mm150mm150mm试件，试件两端中点预埋M16-55螺栓套筒，成型时分2次完成，第一次成型尺寸150mm150mm75mm，分别为水洗露骨料粗糙面、仿水洗粗糙面、拉毛粗糙面，自然养护7d后浇筑第二层，完成后试件分别自然养护14d和28d，测试拉拔力，如图5所示。1.3.4 模拟实体试件的拉拔力测试制作水洗露骨料粗糙结合面、仿水洗粗糙结合面和拉毛粗糙结合面试件，尺寸1500mm600mm140mm，分两层制作，第一层尺寸1500mm600mm100mm，带粗糙面，自然养护7d后浇筑第二层40mm厚混凝土，自然养护28d测试，参照JGJ 1102017建筑工程饰面砖粘结强度检验标准切割尺寸100mm100mm，深度大于40mm，3个为一组，用树脂将拉拔件与混凝土面粘结牢固，使用拉拔仪测试试件的拉拔力，如图6所示。2 结果与分析由于新旧混凝土结合面的粘结强度目前尚没有明确的指标要求，因此通过对比不同粗糙面的粘结强度、抗折强度后，初步评价仿水洗粗糙面的性能，然后再进行模拟实体的对比测试。2.1 不同粗糙结合面试件的粘结强度表1为不同粗糙结合面试件的粘结强度测试结果，图7为不同粗糙面试件测试后的界面情况。由表1可知，粘结强度将整体劈裂强度作为参考值，在试件第一层自然养护龄期的7、14、28d强度中，各粗糙结合面试件的14、28d粘结强度相差不大，均未超过整体劈裂强度；14d粘结强度由大到小为：整体劈裂强度水图 3 粘结强度测试试件（b）2次成型后的试件（a）试件的第一层制作图 4 抗折强度测试试件（a）试件的第一层制作（b）2次成型后的试件图 5 拉拔力测试试件图 6 仿水洗粗糙结合面试件（b）第二层混凝土浇筑（a）第一层粗糙面制作工程应用Engineering Application63总170期 2023.08 混凝土世界洗粗糙面仿水洗粗糙面拉毛粗糙面劈裂粗糙面，每组粗糙面试件之间的差异较小，范围在0.020.16MPa；28d粘结强度由大到小为：水洗粗糙面仿水洗粗糙面整体劈裂强度拉毛粗糙面劈裂粗糙面，除水洗粗糙面试件的粘结强度较大外，其他几种粗糙面试件之间的差异较小，范围在0.070.22MPa。由图7可知，不同试件测试后的界面除拉毛粗糙面外，其余3组结合面没有明显的破坏痕迹，分析原因为测试时试件与压板的接触面经过垫条的传递后，受力面增大，受力点不能集中在结合面上，破坏面为非结合面，但不能有效区别出不同粗糙结合面的粘结强度。为了验证不同测试方法是否会对不同粗糙结合面试件的粘结强度造成偏差，进行了第二次对比试验，测试过程如图8所示，其中，图8（a）测试方法一参考GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准，图8（b）测试方法二参考SL/T 3522020水工混凝土试验规程，测试结果见表2。由表2可知，按照GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准进行测试，前后2次不同粗糙面的14d粘结强度基本一致；按照SL/T 3522020水工混凝土试验规程测试得到的粘结强度由大到小依次为水洗粗糙面、仿水洗粗糙面和拉毛粗糙面，比按照GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准得到的粘结强度低，差值约在0.81MPa。图9为不同粗糙面试件按照SL/T 3522020水工混凝土试验规程测试后的界面情况。由图9可知，水洗粗糙面、仿水洗粗糙面、拉毛粗糙面界面较明显，破坏面为粗糙结合面。不同粗糙面的粘结强度明显低于整体劈裂强度，符合二次结合面的粘结情况。分析主要原因是细铁条比小木板的接触受力面小，能更好地对准结合面，说明按照SL/T 3522020水工混凝土试验规程测试能更准确反映结合面的粘结强度。2.2 不同粗糙结合面试件的抗折强度表3为不同粗糙结合面试件的抗折强度。由表3可知，4组试件的28d抗折强度比14d抗折强度仅略微增大；带结合面试件的抗折强度明显低于常规无结合面试件的抗折强度，3组结合面试件抗折强度的平均值约占无结合面试件抗折强度的46%，其中水洗粗糙结合面试件的抗折强度相对较高，其次是仿水洗和拉毛粗糙结合面。表 1 不同粗糙结合面试件的粘结强度类别整体劈裂强度/MPa劈裂粗糙结合面粘结强度/MPa水洗粗糙结合面粘结强度/MPa仿水洗粗糙结合面粘结强度/MPa拉毛粗糙结合面粘结强度/MPa714d2.872.572.852.692.66728d2.972.753.452.992.821414d-2.672.642.552.401428d-2.552.722.942.62图 7 不同粗糙结合面试件测试后界面情况（d）拉毛粗糙面（a）劈裂粗糙面（b）水洗粗糙面（c）仿水洗粗糙面图 8 不同测试方法试验过程（b）方法二（a）方法一工程应用Engineering Application64CHINA CONCRETE 2023.08 NO.170不同粗糙结合面试件在抗折强度测试后的界面情况如图10所示。由图10（b）可知，试件的破坏面均在粗糙结合面上，与粘结强度的测试结果基本一致，可反映粗糙结合面的粘结情况。2.3 不同粗糙结合面试件的拉拔力表4为不同粗糙结合面试件的拉拔力。由表4可知，随着混凝土强度的增加，试件的28d拉拔力比14d稍有增大，3组粗糙结合面试件的拉拔力大小相差较小。不同粗糙结合面试件在拉拔力测试后的界面情况如图11所示。由图11（b）可知，试件的破坏界面非粗糙结合面，说明粗糙结合面试件的整体性较好。2.4 模拟实体的粘结强度表5为模拟实体的拉拔力。由表5可知，在拉拔力方面，水洗粗糙结合面实体的拉拔力最好，仿水洗粗糙结合面次之，拉毛粗糙结合面最低，但都大于16kN；在粘结强度方面，水洗粗糙结合面和仿水洗粗糙结合面的粘结强度一样，拉毛粗糙结合面最低，为1.6MPa。图12为不同粗糙结合面实体在拉拔力测试后的界面情况。由图12可知，实体的破坏界面非粗糙结合面，实体与试件的粘结强度测试结果一致，说明3组粗糙结合面在不同测试方法下的表现一致，水洗粗糙结合面的粘结强度最好，仿水洗粗糙结合面的效果接近实际水洗的效果。3 仿水洗粗糙面在预制构件中的应用根据预制构件设计图中粗糙面的位置与尺寸，制作表 2 不同测试方法粘结强度结果测试方法整体劈裂强度/MPa水洗粗糙结合面粘结强度/MPa仿水洗粗糙结合面粘结强度/MPa拉毛粗糙结合面粘结强度/MPa方法一：GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准3.272.812.692.68方法二：SL/T 3522020水工混凝土试验规程2.701.911.871.63图 9 SL/T 3522020水工混凝土试验规程测试后试件的界面情况（c）拉毛洗粗糙面（a）水洗粗糙面（b）仿水洗粗糙面 表 3 不同粗糙结合面试件的抗折强度 MPa类型14d28d无结合面4.24.7水洗粗糙结合面2.42.7仿水洗粗糙结合面1.72.2拉毛粗糙结合面1.71.8图 10 不同粗糙结合面试件抗折强度测试及测试后界面情况（b）抗折强度测试后试件的界面情况（a）抗折强度测试 表 4 不同粗糙结合面试件的拉拔力 kN类型14d28d水洗粗糙结合面25.833.0仿水洗粗糙结合面27.932.8拉毛粗糙结合面26.928.7图 11 不同粗糙结合面试件拉拔力测试及测试后界面情况（b）拉拔测试后试件的界面情况（a）拉拔力测试工程应用Engineering Application65总170期 2023.08 混凝土世界仿水洗粗糙面胶膜，同时设计好构件模具中胶膜的厚度，使用时把胶膜固定在对应的模具边板上，构件生产工艺主要环节不改变。拆模时，胶膜与构件一同从模具中吊出，然后把胶膜从构件中拆下。因为胶膜本身具有一定的硬度和抗撕裂性，可重复使用且不变形，能提高生产效率、减少水污染，生产出来的构件仿水洗粗糙结合面质量稳定，如图13所示。结论通过对水洗露骨料粗糙结合面、仿水洗粗糙结合面、拉毛粗糙结合面试件的粘结强度、抗折强度、拉拔力进行对比试验，发现水洗露骨料粗糙结合面的粘结强度最优，仿水洗粗糙结合面的粘结强度次之，最后是拉毛粗糙结合面，3组不同的粗糙结合面粘结强度都大于1.6MPa，具有较好的界面效果。此外，还进行了仿水洗粗糙结合面构件生产工艺试验，生产出来的构件粗糙结合面效果稳定，具有质量稳定、减少水污染、提高生产效率等优点，并得出以下结论：（1）按GB/T 500812019混凝土物理力学性能试验方法标准测试不同粗糙结合面的粘结强度，破坏面非结合面，不能有效反映结合面粘结强度，测试结果接近试件的整体劈裂强度。（2）按SL/T 3522020水工混凝土试验规程测试不同粗糙结合面的粘结强度，破坏面为结合面，劈裂强度2.7MPa，水洗粗糙面粘结强度1.91MPa，仿水洗粗糙结合面粘结强度1.87MPa，拉毛粗糙结合面粘结强度1.63MPa，能更准确地反映结合面的实际情况。（3）在不同粗糙结合面的抗折强度测试中，试件的破坏面均为结合面，水洗粗糙面抗折强度2.7MPa，仿水洗粗糙面抗折强度2.2MPa，拉毛粗糙面抗折强度1.8MPa，与按照SL/T 3522020水工混凝土试验规程测试的结果表现一致。（4）在不同粗糙结合面的拉拔力测试中，试件的破坏面均为非结合面，3种试件结合面的拉拔力都较好。（5）按JGJ 1102017 建筑工程饰面砖粘结强度检验标准进行实体模拟测试，破坏面为非结合面，粘结强度与按照SL/T 3522020水工混凝土试验规程测试的结果基本一致，3种结合面的粘结性能均较好。（6）不同的测试方法，总体反映不同粗糙结合面的粘结强度，发展规律一致且稳定，因此仿水洗粗糙结合面效果最接近水洗粗糙结合面，具备良好的性能，生产出的构件粗糙结合面质量稳定、工序简单，可减少水冲洗环节，且提高效率，符合预制构件的性能和节能环保的要求。表 5 模拟实体的拉拔力类型28d拉拔力/kN28d粘结强度/MPa水洗粗糙结合面18.421.8仿水洗粗糙结合面17.581.8拉毛粗糙结合面16.211.6图 12 模拟实体的拉拔力测试及测试后界面情况（a）拉拔测试（b）拉拔测试后试件的界面情况参考文献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,2014,43(22):37-39+64.2 淡浩,吴体,肖承波,等.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,2018,44(6):39-42.3 黄选明,张新江,刘昊,等.预制混凝土构件叠合面劈裂抗拉性能试验J.建筑科学,2019,35(3):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.南京:东南大学,2018.图 13 仿水洗粗糙结合面构件制作（b）仿水洗粗糙结合面构件（a）仿水洗粗糙面胶膜安装