蘆 陽(yáng)

(鶴壁金衡建材檢測(cè)有限公司 河南 鶴壁 458030)

裝配式建筑在未來(lái)工程建設(shè)中，會(huì)占有越來(lái)越重要的位置，各類(lèi)預(yù)制構(gòu)件在工程建設(shè)上的使用會(huì)逐漸增多，而各類(lèi)預(yù)制疊合板,是裝配式建筑最為主要的混凝土用品。預(yù)制鋼筋混凝土疊合板相對(duì)于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土樓板具有良好的經(jīng)濟(jì)性、時(shí)效性，節(jié)省鋼材的同時(shí)也具有良好抗震性能。但是由于預(yù)制混凝土疊合板底板厚度通常在50mm～60mm，部分疊合板的跨度會(huì)超過(guò)6m，加上由于工期要求下疊合板在生產(chǎn)過(guò)程中，需要采用加速養(yǎng)護(hù)等手段提高構(gòu)件的早期強(qiáng)度，多種因素導(dǎo)致疊合板在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中都存在裂縫和底板開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)[1]。因此，研究影響疊合板底板開(kāi)裂的原因，以及如何進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證疊合板抗彎性能都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 預(yù)制鋼筋混凝土疊合板裂縫分析

預(yù)制鋼筋混凝土疊合板在制作、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸以及施工階段，都可能出現(xiàn)不同類(lèi)型的裂縫，例如表面裂縫、深進(jìn)裂縫以及更為嚴(yán)重的貫穿性裂縫，從裂縫的延展方向可分為橫向、豎向、斜向等不同類(lèi)型裂縫?；炷僚浔?、澆筑以及后期養(yǎng)護(hù)等階段出現(xiàn)偏差，會(huì)引發(fā)干縮裂縫、塑性裂縫、穩(wěn)定裂縫，外力載荷也會(huì)引起張拉裂縫，一般發(fā)生于脫模吊裝、堆放運(yùn)輸、吊裝以及預(yù)應(yīng)力張拉階段[2]。

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫通常主要存在于疊合板表面，混凝土在成型階段水分的突然喪失，或者其他原因造成構(gòu)件內(nèi)部的微小形變，疊加的張拉應(yīng)力超出維持構(gòu)件整體穩(wěn)定的限度，從而造成構(gòu)件表面出現(xiàn)裂縫?；炷涟韬碗A段，高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽水泥摻比過(guò)多、水灰比大、砂率過(guò)大、摻合料和外加劑摻比不當(dāng)，都會(huì)提高混凝土產(chǎn)生干縮裂縫的概率；混凝土澆筑階段振搗不均勻會(huì)使水泥大量積聚于構(gòu)件表面形成砂漿層，進(jìn)而引發(fā)干縮裂縫；混凝土養(yǎng)護(hù)階段，溫濕度環(huán)境發(fā)生急劇變化，尤其采用蒸汽氧化過(guò)程中，一旦出現(xiàn)高溫低濕的環(huán)境，預(yù)制構(gòu)件中的水分大量蒸發(fā)，進(jìn)而引起構(gòu)件內(nèi)部發(fā)生收縮變形開(kāi)裂現(xiàn)象。

1.2 塑性裂縫

塑性裂縫主要表現(xiàn)為疊合板表面，出現(xiàn)一些發(fā)育不規(guī)則且不會(huì)相互貫通的裂縫，同時(shí)構(gòu)件表面存在較為干燥的泥漿層，其主要原因是作為膠凝材料的水泥，在混凝土成型過(guò)程中水化所形成的塑性?xún)?nèi)聚力，將混凝土中水分析出，混凝土內(nèi)部形成類(lèi)似干縮裂縫時(shí)的收縮變形從而產(chǎn)生裂縫。為了避免塑性裂縫，需要避免混凝土配比階段采用高收縮性膠凝材料，同時(shí)細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)符合規(guī)范要求，并且將水灰比控制在合理范圍。由于塑性裂縫主要產(chǎn)生于混凝土終凝階段，對(duì)于預(yù)制混凝土疊合板成型后12h的養(yǎng)護(hù)十分關(guān)鍵，成型后及時(shí)進(jìn)行表面覆蓋，確保構(gòu)件內(nèi)的水分不會(huì)大量蒸發(fā)。

1.3 溫度裂縫

溫度裂縫主要誘因是預(yù)制疊合板表面在養(yǎng)護(hù)階段，遇到急劇的溫度變化，而在構(gòu)件內(nèi)部出現(xiàn)降溫收縮現(xiàn)象，混凝土成型初期自身的抗拉強(qiáng)度較低，一旦降溫收縮所形成的拉應(yīng)力超出同時(shí)期混凝土本身抗拉強(qiáng)度的限值，就會(huì)產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。溫度裂縫正常情況下出現(xiàn)在預(yù)制疊合板的表層，以橫向裂縫為主，為了避免溫度裂縫，除了要注意混凝土拌和物的選取，以及水灰比等問(wèn)題外，還需要在預(yù)制疊合板成型的3～5天內(nèi)，及時(shí)進(jìn)行覆蓋等養(yǎng)護(hù)措施，進(jìn)行室內(nèi)蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)避免養(yǎng)護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)溫度急劇變化情況。

1.4 張拉裂縫

預(yù)制疊合板承受自身重力和外部載荷的共同作用下的張拉力，超出疊合板的混凝土抗壓強(qiáng)度的限值后，會(huì)引發(fā)預(yù)制疊合板在底部位置的裂縫。預(yù)制疊合板在脫模吊裝、堆放運(yùn)輸以及吊裝安裝階段最容易出現(xiàn)該類(lèi)現(xiàn)象。脫模吊裝階段，預(yù)制疊合板脫模時(shí)混凝土的同條件養(yǎng)護(hù)試塊，應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，方可允許脫模吊裝，在此前提下仍出現(xiàn)疊合板的損傷和破壞主要原因是吊裝過(guò)程的不規(guī)范操作，如起吊點(diǎn)的減少導(dǎo)致局部吊點(diǎn)承載力增加，或起吊未使用滑輪，致使局部起吊點(diǎn)局部提前受力。堆放運(yùn)輸過(guò)程中，疊合板間通過(guò)墊木相互間隔，支點(diǎn)間跨距增加，或者對(duì)稱(chēng)墊木尺寸差異過(guò)大，導(dǎo)致疊合板堆放過(guò)程中形成懸臂結(jié)構(gòu)，都會(huì)不同程度增加疊合板承載力的狀態(tài)，一旦超出疊合板所能承載的混凝土抗拉強(qiáng)度的限值，就會(huì)產(chǎn)生裂縫或者斷裂。吊裝安裝階段，會(huì)面臨和脫模吊裝階段一樣的問(wèn)題，如吊裝方式由六點(diǎn)吊裝減少為四點(diǎn)吊裝，預(yù)制疊合板整體所承受張拉力會(huì)有所增加，如果吊裝不采用滑輪，鋼纜容易出現(xiàn)兩側(cè)線纜長(zhǎng)度不一致的情況，部分吊點(diǎn)會(huì)直接整個(gè)疊合板的自重[3]。

2 預(yù)制鋼筋混凝土疊合板抗彎性能分析

當(dāng)前預(yù)制鋼筋混凝土疊合板多為桁架鋼筋預(yù)制板，這類(lèi)預(yù)制底板通過(guò)桁架腹筋將桁架鋼筋與混凝土底板聯(lián)結(jié)成為同一整體，同時(shí)現(xiàn)行的混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范中都是將疊合板作為一個(gè)平截面的整體構(gòu)件，所以根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》將桁架鋼筋混凝土預(yù)制疊合板作為單筋矩形截面，進(jìn)行抗彎性能的相關(guān)計(jì)算[4]。

預(yù)制疊合板的力矩平衡條件表述為：

α·fc·b·x=fg·Ag

(式1)

式中：α―混凝土等效矩形應(yīng)力系數(shù)；fc―混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；b―截面寬度，mm；x―受壓區(qū)高度，mm；fg―縱向鋼筋設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，MPa；Ag―縱向鋼筋承壓面積，mm2。

由此構(gòu)成的預(yù)制疊合板的承載力計(jì)算公式為：

(式2)

式中：M―構(gòu)件抗彎設(shè)計(jì)承載力，N·m，h0―截面高度，mm。

GB 50204―2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》中附錄B給出受彎預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能檢驗(yàn)的相關(guān)要求，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件永久載荷組合值下的擾度檢驗(yàn)允許值為[5]：

αs=αf·

(式3)

預(yù)制疊合板抗裂檢驗(yàn)的載荷應(yīng)滿足：

(式4)

3 預(yù)制鋼筋混凝土疊合板抗彎性能現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

選定某裝配式建筑工程項(xiàng)目中的預(yù)制鋼筋混凝土疊合板，進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)，分別測(cè)試該構(gòu)件的承載力、抗裂性能以及撓度相關(guān)性能。試驗(yàn)選取的預(yù)制鋼筋混凝土疊合板的尺寸為1320mm×2210mm×60mm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，測(cè)試時(shí)該批混凝土的同條件養(yǎng)護(hù)混凝土抗壓強(qiáng)度32.1MPa，疊合板中鋼筋排布方式為。該構(gòu)件的設(shè)置承載力為6.12kN/m2，裂縫的最大允許寬度為0.3mm，撓度應(yīng)≤L0/200，其中L0為短向跨度，針對(duì)該構(gòu)件其最大允許撓度為6.6mm。

根據(jù)構(gòu)件尺寸在預(yù)制混凝土疊合板兩側(cè)及中部位置，布置百分表測(cè)量試驗(yàn)加載過(guò)程中對(duì)應(yīng)測(cè)定的位移變化量。預(yù)制混凝土疊合板左側(cè)下方采用角鋼對(duì)疊合板形成鉸支承，右側(cè)下方設(shè)置φ48的無(wú)縫焊接鋼管形成滾動(dòng)支承。試驗(yàn)負(fù)載選取一批尺寸為190mm×90mm×53mm的混凝土實(shí)心磚進(jìn)行加載，該批混凝土實(shí)心磚的單塊質(zhì)量約為2.1kg，各級(jí)加載前應(yīng)對(duì)加載實(shí)心磚進(jìn)行稱(chēng)量并進(jìn)行記錄。結(jié)合疊合板的尺寸，將負(fù)載分為2垛進(jìn)行加載，并確保加載過(guò)程均勻進(jìn)行，每垛的最大寬度控制在500mm以?xún)?nèi)，每垛間保持100mm的間距。

預(yù)制疊合板采用分級(jí)加載，各級(jí)加載后保持10min，載荷小于標(biāo)準(zhǔn)值的初期，各級(jí)加載量為疊合板的標(biāo)準(zhǔn)載荷值的20%，其中第一級(jí)加載時(shí)應(yīng)考慮構(gòu)件自重，載荷大于標(biāo)準(zhǔn)值加載調(diào)整為10%的標(biāo)準(zhǔn)載荷值，臨近載荷承載力時(shí)調(diào)整5%的標(biāo)準(zhǔn)載荷值并保持30min，持續(xù)對(duì)裂縫及其他變化進(jìn)行觀察和記錄。分析試件的載荷―撓度曲線(如圖1所示)，其中αA、αB為設(shè)置預(yù)制疊合板兩端的位移變化量，α01、α02為設(shè)置在構(gòu)件中部對(duì)稱(chēng)布置的測(cè)點(diǎn)的位移變化量，α0為預(yù)制疊合板的跨中撓度實(shí)測(cè)值。經(jīng)檢測(cè)，該構(gòu)件在短期正常使用的載荷下的撓度為2.12mm，同時(shí)加載至抗裂檢測(cè)后，經(jīng)檢查該構(gòu)件未有裂縫新增，說(shuō)明該構(gòu)件的撓度和抗裂縫能力符合GB 50204-2015中的相關(guān)要求。

圖1 試驗(yàn)預(yù)制混凝土疊合板載荷―撓度曲線

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)不同種類(lèi)的裂縫，對(duì)引起預(yù)制鋼筋混凝土疊合板開(kāi)裂的原因進(jìn)行了分析，將疊合板常見(jiàn)的疊合板裂縫根據(jù)原因分為干縮裂縫、塑性裂縫、溫度裂縫和張拉裂縫，并根據(jù)各類(lèi)自身特點(diǎn)，探討如果避免疊合板在生產(chǎn)、運(yùn)輸、吊裝的過(guò)程中，出現(xiàn)裂縫和開(kāi)裂現(xiàn)象。通過(guò)研究《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》與《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，探討了疊合板受力特點(diǎn)與抗彎性能測(cè)試的方法，并以某裝配式建筑中預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土疊合板為例，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)疊合板的構(gòu)件承載力試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)構(gòu)件經(jīng)過(guò)檢測(cè)，該構(gòu)件抗彎性能的撓度、承載力及抗裂能力均能符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的相關(guān)要求。