趙建華，吳玉龍，盧康昕，丁晨晨，顧 盛，劉以龍

（1.南京市建筑安裝工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 南京 210017；2.昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 昆山 215337；3.南京理工大學(xué)理學(xué)院，江蘇 南京 210094）

0 引言

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)作為一種符合工業(yè)化生產(chǎn)方式的結(jié)構(gòu)形式，已成為國內(nèi)外建筑業(yè)發(fā)展的主流方向［1］。2016 年國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中指出，力爭 10 年使裝配式建筑占比新建建筑達(dá) 30 %，2017 年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部下發(fā)《“十三五”裝配式建筑行動(dòng)方案》，明確了 2020 年前全國裝配式建筑占新建比例 15 % 以上，其中重點(diǎn)推進(jìn)地區(qū)需達(dá)到 20 %。2018 年李克強(qiáng)總理在全國兩會(huì)上強(qiáng)調(diào)要大力推進(jìn)裝配式發(fā)展，修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，提高裝配式建筑技術(shù)水平。

與傳統(tǒng)建筑模式相比，裝配式建筑工廠化生產(chǎn)有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低安全隱患、減少現(xiàn)場濕作業(yè)、縮短施工工期、減少現(xiàn)場人數(shù)、降低管理難度、減少現(xiàn)場噪聲與揚(yáng)塵、提高建筑垃圾回收率、提高施工人員素質(zhì)和施工技術(shù)水平［2］。可以說裝配式建筑的推出，將大大改善傳統(tǒng)建筑模式中人員專業(yè)性低、勞動(dòng)力成本高、施工周期長、對環(huán)境影響大等問題。

雖然裝配式建筑有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于其在我國起步晚，發(fā)展時(shí)間較短，各方面的基礎(chǔ)研究還不夠。因此，在大力推動(dòng)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和裝配式建造過程中，涌現(xiàn)出很多的不足，例如預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量得不到保證，檢測結(jié)果與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)不一致等。本文將針對疊合樓板粗糙面檢測中存在的問題進(jìn)行分析探討。

1 粗糙面檢測必要性

預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中疊合樓板、疊合梁、疊合墻板等疊合構(gòu)件都是通過新舊混凝土結(jié)合形成一個(gè)整體而協(xié)同工作的，因此其抗剪、抗震等性能很大程度上取決于結(jié)合面質(zhì)量。已有研究表明結(jié)合面的粗糙度是影響其抗剪性能和抗震性能的重要因素［3］。JGJ 1－2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定“預(yù)制構(gòu)件結(jié)合面應(yīng)設(shè)置粗糙面；粗糙面的面積不宜小于結(jié)合面的80 %，預(yù)制板的粗糙面凹凸深度不應(yīng)＜4 mm，預(yù)制混凝土梁端、柱端、墻端的粗糙面凹凸深度不應(yīng)＜6 mm?！保?］DGJ 32/J 184－2016《裝配式結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程》 將其作為主控項(xiàng)目，也做了相關(guān)規(guī)定“疊合構(gòu)件的端部鋼筋留出長度和上部粗糙面應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，粗糙面無設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采用拉毛或鑿毛等方式制作粗糙面。粗糙面凹凸深度不應(yīng)＜4 mm。”［5］可見，對于預(yù)制構(gòu)件粗糙面的面積和凹凸深度都給出了定量的控制指標(biāo)。然而，現(xiàn)行規(guī)范均無明確的粗糙面凹凸深度的檢測方法，造成在預(yù)制構(gòu)件檢測、驗(yàn)收時(shí)，或是僅通過觀察進(jìn)行判別，或是不同機(jī)構(gòu)、不同檢測人員采用的方法和測點(diǎn)數(shù)不同，使同一構(gòu)件的檢測結(jié)果差別很大，有時(shí)甚至產(chǎn)生合格與不合格兩個(gè)截然不同的結(jié)論。因此，為避免產(chǎn)生爭議，粗糙面凹凸深度檢測實(shí)際上一般不列入檢測驗(yàn)收項(xiàng)目中。面對此問題，為保證工程質(zhì)量，筆者及其研究人員研發(fā)一種有效檢測結(jié)合面粗糙深度的方法。

2 粗糙度檢測技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)外學(xué)者就預(yù)制構(gòu)件粗糙面檢測的問題開展了比較深入的研究，也取得了一定的進(jìn)展。對于粗糙面面積占比檢測，一方面，可以通過鋼卷尺量距計(jì)算；另一方面，也有學(xué)者提出通過拍照的方法利用灰度分析計(jì)算粗糙面積占比，從而度量是否達(dá)標(biāo)。對于粗糙深度檢測，檢測人員一般是通過觀察，采用測深尺直接測量凹坑的深度，取其平均值作為該構(gòu)件粗糙深度的檢測結(jié)果。但由于檢測步驟不明確，測點(diǎn)數(shù)隨意，導(dǎo)致結(jié)果很不可靠。不少學(xué)者和工程技術(shù)人員開始探索更為可靠的粗糙深度檢測方法，主要可分為以下兩種。

2.1 填充法

對于檢測混凝土結(jié)合面的粗糙深度，有學(xué)者提出采用“填充法”，包括灌砂法、木屑測量法、鐵珠填充法、橡皮泥填充法等?！疤畛浞ā钡脑硎牵靡阎w積的填充物對粗糙面進(jìn)行填充和攤鋪（一般攤鋪呈正方形或矩形），使其大致與粗糙面的凸點(diǎn)齊平，然后量測矩形的長寬，通過計(jì)算即可得到粗糙深度值。當(dāng)然，也可以采用等面積法填充至已知高度，利用填充物的體積計(jì)算得到粗糙深度值，如圖 1～2 所示。

圖1 鋪砂工序

圖2 邊長測量

然而，工程檢測人員在采用“填充法”檢測粗糙深度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)不合格的概率特別大，甚至一些用經(jīng)驗(yàn)判斷或用測深尺檢測為合格的疊合樓板也會(huì)出現(xiàn)不合格情況，這給檢測帶來了巨大的困擾。經(jīng)筆者深入學(xué)習(xí)研究發(fā)現(xiàn)，粗糙度的問題在機(jī)械領(lǐng)域已非常成熟，但在建筑工程領(lǐng)域從業(yè)者對其不太了解?！疤畛浞ā笔峭ㄟ^體積換算得到一個(gè)平均高度 h 來表征粗糙深度，而平均高度 h 對應(yīng)的是輪廓平均偏差 Ra，m，而現(xiàn)行規(guī)范所述的“粗糙面凹凸深度”應(yīng)該指的是平均輪廓最大高度 Ra，m，兩者雖然都可以用來表征粗糙深度，但根本不是一個(gè)概念，且 Ra，m< Rz，m，如圖 3～4 所示。因此，根據(jù)“填充法”的計(jì)算結(jié)果直接與規(guī)范要求的 4 mm 對比，判定其粗糙深度是否合格，是錯(cuò)誤的，應(yīng)進(jìn)行數(shù)學(xué)上的換算獲得平均輪廓最大高度 Rz，m進(jìn)行判斷，但如何根據(jù)粗糙面實(shí)際情況進(jìn)行有效的換算或制定換算系數(shù)有待研究。另外，“填充法”檢測粗糙深度比較適合在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，現(xiàn)場檢測應(yīng)克服清理費(fèi)力、場地因素制約等問題。

圖3 輪廓平均偏差示意圖

圖4 最大輪廓高度示意圖

2.2 深度尺-多孔基準(zhǔn)板

公布號為 CN 107063058 A 的中國專利文獻(xiàn)［6］提出了“一種預(yù)制混凝土構(gòu)件結(jié)合面粗糙度的測評方法”，該方法通過采用測深尺和多孔基準(zhǔn)板配合較為便捷地實(shí)現(xiàn)了粗糙深度的測量，也與 JGJ 1－2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》和 DGJ 32/J 184－2016《裝配式結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程》要求的粗糙度指標(biāo)“粗糙面凹凸深度”相符。但在實(shí)際使用過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)該方法仍不夠準(zhǔn)確、可靠度欠佳。經(jīng)筆者總結(jié)，該方法主要存在如下不足：①測量前，在粗糙面上安放基準(zhǔn)板時(shí)，需要將測區(qū)內(nèi)明顯突出的棱角磨平，這本身就改變了粗糙面的固有特征；②在打磨凸出棱角時(shí)，實(shí)際情況很難保證磨平后高度相同，使多孔基準(zhǔn)板安放不平穩(wěn)，直接導(dǎo)致所有深度測量值不準(zhǔn)確；③由于多孔基準(zhǔn)板安放位置由磨平后的諸個(gè)最高凸出點(diǎn)決定，而其他凸點(diǎn)均未觸碰多孔基準(zhǔn)板，因此將諸個(gè)最高凸出點(diǎn)形成的水平面作為基準(zhǔn)面，會(huì)使所有深度測量值均偏大；④由于多孔基準(zhǔn)板上孔洞的間距較大且固定不變，導(dǎo)致無法保證足夠數(shù)量的凹點(diǎn)恰好落在孔洞的正下方，使測點(diǎn)深度測量結(jié)果偏小。

該方法雖然存在一些不足，但卻給了筆者很大的啟發(fā)，在該方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，研發(fā)出了“新型結(jié)合面粗糙深度檢測裝置”。

3 結(jié)合面粗糙深度檢測裝置設(shè)計(jì)

經(jīng)筆者深入研究相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及試驗(yàn)方法，提出了一種用于結(jié)合面粗糙深度檢測的新型裝置并已授權(quán)實(shí)用新型發(fā)明專利（公告號 CN 209371989 U）［7］，該裝置克服了現(xiàn)有檢測技術(shù)的缺點(diǎn)，可以準(zhǔn)確快速地測出結(jié)合面粗糙深度。

3.1 裝置的構(gòu)造組成

粗糙深度檢測裝置的主體結(jié)構(gòu)由支撐框架機(jī)構(gòu)、滑動(dòng)機(jī)構(gòu)和測深機(jī)構(gòu) 3 部分組成，如圖 5 所示。

圖5 裝置主體結(jié)構(gòu)示意圖

支撐框架機(jī)構(gòu)主要組成包括：矩形支撐框架、四角加強(qiáng)件、可調(diào)支腳（4 個(gè)）和水準(zhǔn)器，如圖 6 所示。支撐框架機(jī)構(gòu)承載整個(gè)裝置的重量，并保證深度尺測量時(shí)結(jié)構(gòu)可以保持穩(wěn)固。在進(jìn)行粗糙深度檢測時(shí)，首先就是要將支撐框架機(jī)構(gòu)安放于粗糙面選定區(qū)域內(nèi)，并將可調(diào)支腳底部墊砂，調(diào)節(jié)支腳高度使水準(zhǔn)器氣泡居中，使整個(gè)裝置保持水平。

圖6 支撐框架機(jī)構(gòu)示意圖

滑動(dòng)機(jī)構(gòu)是該試驗(yàn)裝置的創(chuàng)新點(diǎn)所在，主要是通過在支撐框架機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置一塊滑動(dòng)板，滑動(dòng)板的兩條短邊設(shè)置于支撐框架的兩根橫梁的卡槽內(nèi)并且能夠順暢地進(jìn)行 Y 方向的滑動(dòng)?；瑒?dòng)板中部設(shè)置有 X 方向的滑槽，設(shè)置在滑槽內(nèi)的測深機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)沿 X 方向的滑動(dòng)，如圖 7 所示。最終，通過滑動(dòng)板和測深機(jī)構(gòu)兩者的配合可以實(shí)現(xiàn)測深機(jī)構(gòu)在框架內(nèi)水平面的任意定位。

圖7 滑動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖

測深機(jī)構(gòu)是該新型粗糙深度檢測裝置的核心部件，主要由測深尺和放大鏡組成，如圖 8 所示。測深尺上部的伸出部與深度探針是一體結(jié)構(gòu)，用手按壓伸出部可以使深度探針沿 Z 方向（深度）豎直落下，當(dāng)其與構(gòu)件粗糙面接觸時(shí)，可以從尺身的電子顯示器直接讀出深度值，測量完成松手后，依靠彈簧恢復(fù)力，深度探針將回到初始位置。放大鏡的作用是，便于觀察并使深度探針更精準(zhǔn)地接觸粗糙面上的預(yù)定位置，這樣可以使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確且提高測量效率。

圖8 測深機(jī)構(gòu)示意圖

通過各個(gè)機(jī)構(gòu)的相互配合，深度探針實(shí)際上可以在選定區(qū)域內(nèi)沿 X、Y、Z 三個(gè)方向任意平穩(wěn)地移動(dòng)，在隨機(jī)選取的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行測量。

3.2 粗糙深度檢測的操作步驟和計(jì)算方法

3.2.1 測區(qū)和測點(diǎn)范圍圈選取

首先，將預(yù)制構(gòu)件平穩(wěn)地安放于地面（粗糙面朝上），根據(jù)構(gòu)件的尺寸大小將粗糙面分為 N 個(gè)測區(qū)并對其進(jìn)行編號，分別記為測區(qū) j（j 為 1～N 的自然數(shù)）；然后，在測區(qū) j 內(nèi)各圈選 9 個(gè)具有代表性的測點(diǎn)范圍并畫圈標(biāo)記，獲得測點(diǎn)范圍圈，分別記為測點(diǎn)范圍圈 i（i 為1～9 的自然數(shù)）。

3.2.2 裝置調(diào)平

接著，將裝置安放在測區(qū) j 內(nèi)（可從測區(qū) j=1 開始，按順序進(jìn)行），使滑動(dòng)板表面的滑槽方向與粗糙面輪廓線方向基本一致，并在可調(diào)支腳底部墊砂使裝置安放穩(wěn)固，旋動(dòng)可調(diào)支腳的高度微調(diào)螺母，使水準(zhǔn)器內(nèi)氣泡居中完成測量前的裝置調(diào)平工作。

3.2.3 粗糙深度測量

在完成測區(qū)和測點(diǎn)范圍選取并將安放的裝置調(diào)平后，即可進(jìn)行粗糙深度檢測的操作。首先，在測區(qū) j 內(nèi)，沿 Y 軸方向移動(dòng)滑動(dòng)板，使測點(diǎn)范圍圈 i（可從測點(diǎn)范圍圈 i=1 開始，按順序進(jìn)行）位于滑動(dòng)板表面的滑槽正下方，然后沿 X 軸方向移動(dòng)測深尺，當(dāng)測深尺的探針位于該測點(diǎn)范圍圈內(nèi)粗糙面的波峰附近時(shí)，將深度探針沿 Z 方向按下，通過放大鏡觀察并輕微移動(dòng)測深尺使深度探針的頭部抵觸波峰最高點(diǎn)，讀取深度值 fj，i，隨后松手使深度探針收起；再沿 X 軸方向移動(dòng)測深尺，當(dāng)深度探針位于該測點(diǎn)范圍圈內(nèi)粗糙面已測波峰相鄰的波谷附近時(shí)，將深度探針沿 Z 方向按下，通過放大鏡觀察并輕微移動(dòng)測深尺使深度探針的頭部抵觸波谷最低點(diǎn)，讀取深度值 gj，i，隨后松手使深度探針收起，完成測區(qū) j 中測點(diǎn)范圍圈 i 內(nèi)的粗糙深度測量，如圖 9 所示。根據(jù)式（1）計(jì)算測區(qū) j 中測點(diǎn)范圍圈 i 內(nèi)的粗糙深度 hj，i。

圖9 粗糙深度測量示意圖

重復(fù)上述步驟，完成對測區(qū) j 中其余 8 個(gè)測點(diǎn)范圍圈內(nèi)的粗糙深度測量。按照隨機(jī)誤差滿足正態(tài)分布原理，將該測區(qū)的 9 個(gè)粗糙深度值依次剔除 2 個(gè)最小值和 2 個(gè)最大值，剩余 5 個(gè)值的平均值 作為該測區(qū)的粗糙面平均深度值，如式（2）所示。

式中：ui表示測區(qū) j 的粗糙面平均深度值，mm；hj，i表示測區(qū) j 中測點(diǎn)范圍圈 i 內(nèi)的粗糙深度值，mm；min（hj，i，1）與 min（hj，i，2）表示測區(qū) j 中最小的兩個(gè)粗糙深度值，mm；max（hj，i，1）與 max（hj，i，2）表示測區(qū) j 中最大的兩個(gè)粗糙深度值，mm。

按照相同的方式對其余的（N-1）個(gè)測區(qū)依次進(jìn)行檢測，按式（3）計(jì)算得到所有 N 個(gè)測區(qū)的粗糙面平均深度值 u，即為該預(yù)制構(gòu)件的粗糙面深度值。

4 結(jié)論

疊合樓板作為裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中用量最大的預(yù)制構(gòu)件，其質(zhì)量關(guān)乎整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)，而結(jié)合面粗糙深度作為規(guī)范要求的驗(yàn)收指標(biāo)，是一項(xiàng)不可缺少的檢測項(xiàng)目。針對目前尚無成熟的檢測方法以及現(xiàn)有各種檢測方法都存在其不可忽視的缺點(diǎn)等情況，本文設(shè)計(jì)了一種符合驗(yàn)收規(guī)范要求、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、操作簡便快捷、測量結(jié)果準(zhǔn)確的粗糙深度檢測裝置及檢測方法。該方法主要具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）與現(xiàn)有技術(shù)需要對粗糙面波峰處進(jìn)行打磨不同，新型裝置巧妙地通過抬高基準(zhǔn)面的方法，不僅不會(huì)對被檢測構(gòu)件造成破壞，也避免了打磨的各處高度不平齊而造成的誤差，保證了測量的準(zhǔn)確性。

2）通過滑動(dòng)機(jī)構(gòu)使深度探針可以在 X、Y、Z 三個(gè)方向自由移動(dòng)并配合放大鏡觀察微調(diào)至指定位置，實(shí)現(xiàn)了波峰最高點(diǎn)和波谷最低點(diǎn)深度的精準(zhǔn)測量，克服了現(xiàn)有方法測量位置的局限性。另外，通過同時(shí)對粗糙面波峰及其相鄰波谷的測量比差來表征粗糙深度，優(yōu)化了現(xiàn)有方法只測量波谷的局限，使粗糙深度的計(jì)算更加的合理準(zhǔn)確。

3）該裝置及方法克服了填充法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、清理困難、易受場地環(huán)境等制約的缺點(diǎn)，具有檢測指標(biāo)與驗(yàn)收規(guī)范一致、操作便捷、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。