1、148 Industrial Construction Vol.53,No.4,2023工业建筑2023 年第 53 卷第 4 期 混凝土露骨料处理结合面压剪承载力试验研究 姜国永1黄选明1张新江1,2王景贤1张宁3(1.中国建筑科学研究院有限公司,国家建筑工程技术研究中心,北京100013;2.北京工业大学,北京100124;3.北京榆构有限公司,北京100070)摘要:为研究结合面露骨料处理对混凝土试件压剪承载力的影响,设计了 120 个结合面露骨料处理试件和 30 个整浇试件。基于激光扫描技术获取结合面形貌信息,通过编程运算得到其粗糙度表征参数;采用自主设计的抗剪试验夹具进行压剪承载力试
2、验,得到露骨料处理下不同粗糙度混凝土结合面内聚力、内摩擦角等压剪承载力参数的变化规律。结果表明:对结合面进行适当露骨料处理,可以提高试件压剪强度,但过度处理会降低其压剪强度;基于激光扫描技术得到的二维粗糙度参数,可以用来表征露骨料试件压剪强度;提高后浇层混凝土强度,试件压剪承载力参数未得到显著提高;露骨料试件压剪承载力参数与整浇试件相比有一定差距,结合面露骨料处理工艺尚无法完全达到等同整浇的要求。关键词:结合面;粗糙度;露骨料处理;压剪承载力;激光扫描;试验研究 DOI:10.13204/j.gyjzG22082207中国建筑 科学研究院有限 公司 III 类科研项目(201901124707
3、 30019)。第一作者:姜国永,男,1998 年出生,硕士研究生。通信作者:黄选明,huangxuanming 。收稿日期:2022-08-22 Experimental Research on Compression-Shear Bearing Capacity ofConcrete Exposed Aggregate Treated Bond Surfaces JIANG Guoyong1HUANG Xuanming1ZHANG Xinjiang1,2WANG Jingxian1ZHANG Ning3(1.China Academy of Building Research,Nation
4、al Engineering Research Center of BuildingTechnology,Beijing 100013,China;2.Beijing University of Technology,Beijing 100124,China;3.Beijing Yugou Precast Concrete Engineering,Beijing 100070,China)Abstract:In order to study the effect of exposed aggregate treatment on the compression-shear bearing ca
5、pacity of concrete specimens,120 specimens with exposed aggregate treatment on the joint surface and 30 whole cast specimens were designed.Based on the laser scanning technology to obtain the bond surface morphology information,the roughness characterization parameters were obtained through programm
6、ing;the shear test fixture designed independently was used to carry out the compression-shear load capacity test,and the change law of compression-shear bearing capacity parameters such as cohesion and internal friction angle of concrete bond surface with different roughness under the treatment of e
7、xposed aggregates was obtained.The results showed that the shear strength of the specimen could be improved by proper treatment of exposed aggregate on the joint surface,but excessive treatment would reduce its shear strength;the two-dimensional roughness parameters obtained based on laser scanning
8、technology could be used to characterize the shear strength of the exposed aggregate specimen;the parameters of shear bearing capacity of the specimen were not significantly improved by increasing the strength of the post-casting concrete layer;the parameters of shear bearing capacity of the exposed
9、 aggregate specimen were somewhat different from those of the one-piece casting specimen,and the treatment process of the exposed aggregate on the joint surface could not fully meet the requirements equivalent to the one-piece casting yet.Keywords:bond surface;roughness;exposed aggregate treatment;c
10、ompression-shear bearing capacity;laser scanning;experimental research 装配整体式混凝土结构中的叠合构件分为预制层和后浇层,为确保叠合构件之间的有效连接,除须关注钢筋方面的构造措施,还要对预制层与后浇层间的薄弱部位-结合面进行粗糙处理。结合面的粗糙处理是预制混凝土与后浇混凝土共同工作的重要混凝土露骨料处理结合面压剪承载力试验研究 姜国永,等149 条件,因此有必要对混凝土结合面力学性能进行研究1-2。众多学者对混凝土结合面做了大量的试验研究,初 步 探 寻 结 合 面 黏 结、剪 力 传 递 和 破 坏 机理3-4;研究表明
11、经过粗糙处理的结合面,其抗剪强度有所提高5;调整结合面中和轴的相对高度以及提高混凝土强度,可以提升结合面力学性能6。建筑工程中常用露骨料、拉毛、压痕、切槽、自然振捣、凿毛和喷砂等工艺对结合面进行粗糙处理,以此达到等同整浇的目的7-8;采用灌砂法、机械探针法、分数维法、数字图像法和 3D 激光扫描法对结合面进行粗糙度检测9-10。但是针对叠合构件的质量控制及验收评价,尚无适用于工程的实用粗糙度检测方法。露骨料 处 理 是 一 种 比 较 常 用 的 粗 糙 处 理 工艺,通过缓凝剂渗入深度、水枪冲洗压力及时间来控制骨料露出的深浅。初凝前在混凝土表面涂刷缓凝剂,使水泥无法水化凝结而保持松散状态,待
12、混凝土达到规定强度后,用高压水枪冲洗混凝土表面,露出混凝土原始级配下的骨料面8。而相较于传统的结合面粗糙度检测方法,激光扫描法可以突破场地、环境和人工等条件限制,具有效率高、精度高及数字化等优点,是一种非接触式检测方法。在结合面黏结质量评价方面,粗糙度是其重要影响因素,反映总体的数量特征,包含统计学参数和分形参数。采用 3D 激光扫描技术获取露骨料结合面形貌信息,将三维点坐标代入 MATLAB 进行量化计算,基于统计学原理得出二维粗糙度参数换算深度,用以表征结合面粗糙度;通过压剪承载力试验得出不同粗糙度下混凝土露骨料处理结合面压剪强度的变化规律,为我国混凝土预制装配式叠合构件的质量控制及验收评
13、价提供参考。1试验概况1.1试件设计考虑混凝土强度、缓凝剂涂刷次数和法向应力等因素,设计 4 组共 120 个露骨料试件和 2 组共 30个整 浇 试 件,试 件 尺 寸 均 为 150 mm 150 mm150 mm,试件结合面高度均为 75 mm,各试件分组情况及数量见表 1。露骨料试件分为预制层和后浇层两部分,预制层混凝土强度等级均为 C30;分组编号中前两位字母 LG 表示露骨料粗糙处理工艺,中间数字 1 表示涂刷缓凝剂 1 次、2 表示涂刷缓凝剂 2 次、3 表示涂表 1各试件分组情况及数量Table 1The grouping and quantity of specimens试验
14、组编号不同法向应力对应的试件数量0.5 MPa1.0 MPa1.5 MPa2.0 MPa2.5 MPaLG1-4066666LG1-3066666LG2-3066666LG3-3066666ZJ4033333ZJ3033333刷缓凝剂 3 次,末尾两数字表示后浇层混凝土强度等级;整浇试件分组编号中前两位字母 ZJ 表示整体浇筑,末尾两数字表示混凝土强度等级。试件预制层和后浇层分批次浇筑,按照试验标准要 求11,各 批 次 混 凝 土 均 预 留 6 组 边 长 为150 mm 的标准混凝土立方体试块,与试验试件进行同条件养护。混凝土立方体试块抗压强度实测值:预制层为 44.2 MPa,后浇层分
15、 别为 41.1 MPa 和59.4 MPa。本试验骨料粒径区间主要为 5 25 mm,露骨料预期处理区间为 3 8 mm,混凝土骨料级配曲线见图 1。图 1混凝土骨料级配曲线Fig.1Concrete aggregate gradation curve1.2抗剪试验夹具设计针对国内尚无夹具适用于小尺寸混凝土试件抗剪试验的问题,依照试验规程12,设计一种新式混凝土立方体结合面抗剪试验夹具13,如图 2 所示。该抗剪夹具可以保证试验时水平力作用线与结合面重合,使水平力直接施加于结合面位置,得到破坏时结合面的剪应力。试验前确保抗剪夹具与其上下部滑轨的随动状态,避免试件所受的竖向作用与水平作用产生耦
16、合关系,影响试验结果。1.3加载方案及测点布置在试验正式加载前进行预加载,对试件施加竖向力并保持恒定,然后施加水平力。水平力采用力-位移联合控制,加载初期采用力控制,待试件刚度下降后改为位移控制,试件发生剪切破坏后,继续持荷施加水平力 直至试件剪 切面 相 对 位 移 达 到150 工业建筑2023 年第 53 卷第 4 期图 2混凝土立方体结合面抗剪试验夹具Fig.2Shear test fixture for the interface of concrete cube5 mm 后卸载。竖向采用 2 500 kN 单向千斤顶,位移量程 200 mm;水平采用 1 000 kN 拉压千斤顶,位移量程300 mm;控制器为高精度、高稳定计算机全数字伺服液压控制台,型号为 JSKF-IV/31.5-8。试验加载装置见图 3。图 3试验加载装置Fig.3Test loading devices在夹具上下两部分各布置 2 个位移测点。分别将每部分左右侧的位移取平均值,用以减小夹具制造误差带来的扭转影响,再计算夹具上下部分的相对位移,位移测点布置见图 4。图 4位移测点布置Fig.4Arran
