預制鋼筋混凝土疊合板裂縫分析與抗彎性能試驗研究

蘆 陽

(鶴壁金衡建材檢測有限公司 河南 鶴壁 458030)

裝配式建筑在未來工程建設中，會占有越來越重要的位置，各類預制構件在工程建設上的使用會逐漸增多，而各類預制疊合板,是裝配式建筑最為主要的混凝土用品。預制鋼筋混凝土疊合板相對于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土樓板具有良好的經濟性、時效性，節(jié)省鋼材的同時也具有良好抗震性能。但是由于預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超過6m，加上由于工期要求下疊合板在生產過程中，需要采用加速養(yǎng)護等手段提高構件的早期強度，多種因素導致疊合板在生產、運輸、安裝過程中都存在裂縫和底板開裂的風險[1]。因此，研究影響疊合板底板開裂的原因，以及如何進行試驗驗證疊合板抗彎性能都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 預制鋼筋混凝土疊合板裂縫分析

預制鋼筋混凝土疊合板在制作、養(yǎng)護、運輸以及施工階段，都可能出現(xiàn)不同類型的裂縫，例如表面裂縫、深進裂縫以及更為嚴重的貫穿性裂縫，從裂縫的延展方向可分為橫向、豎向、斜向等不同類型裂縫?；炷僚浔取仓约昂笃陴B(yǎng)護等階段出現(xiàn)偏差，會引發(fā)干縮裂縫、塑性裂縫、穩(wěn)定裂縫，外力載荷也會引起張拉裂縫，一般發(fā)生于脫模吊裝、堆放運輸、吊裝以及預應力張拉階段[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件內部的微小形變，疊加的張拉應力超出維持構件整體穩(wěn)定的限度，從而造成構件表面出現(xiàn)裂縫?；炷涟韬碗A段，高標號的硅酸鹽水泥摻比過多、水灰比大、砂率過大、摻合料和外加劑摻比不當，都會提高混凝土產生干縮裂縫的概率；混凝土澆筑階段振搗不均勻會使水泥大量積聚于構件表面形成砂漿層，進而引發(fā)干縮裂縫；混凝土養(yǎng)護階段，溫濕度環(huán)境發(fā)生急劇變化，尤其采用蒸汽氧化過程中，一旦出現(xiàn)高溫低濕的環(huán)境，預制構件中的水分大量蒸發(fā)，進而引起構件內部發(fā)生收縮變形開裂現(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)則且不會相互貫通的裂縫，同時構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，在混凝土成型過程中水化所形成的塑性內聚力，將混凝土中水分析出，混凝土內部形成類似干縮裂縫時的收縮變形從而產生裂縫。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，同時細骨料的細度模數(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生于混凝土終凝階段，對于預制混凝土疊合板成型后12h的養(yǎng)護十分關鍵，成型后及時進行表面覆蓋，確保構件內的水分不會大量蒸發(fā)。

1.3 溫度裂縫

溫度裂縫主要誘因是預制疊合板表面在養(yǎng)護階段，遇到急劇的溫度變化，而在構件內部出現(xiàn)降溫收縮現(xiàn)象，混凝土成型初期自身的抗拉強度較低，一旦降溫收縮所形成的拉應力超出同時期混凝土本身抗拉強度的限值，就會產生裂縫現(xiàn)象。溫度裂縫正常情況下出現(xiàn)在預制疊合板的表層，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，以及水灰比等問題外，還需要在預制疊合板成型的3～5天內，及時進行覆蓋等養(yǎng)護措施，進行室內蒸汽養(yǎng)護時，應避免養(yǎng)護過程中出現(xiàn)溫度急劇變化情況。

1.4 張拉裂縫

預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度的限值后，會引發(fā)預制疊合板在底部位置的裂縫。預制疊合板在脫模吊裝、堆放運輸以及吊裝安裝階段最容易出現(xiàn)該類現(xiàn)象。脫模吊裝階段，預制疊合板脫模時混凝土的同條件養(yǎng)護試塊，應達到設計強度的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程的不規(guī)范操作，如起吊點的減少導致局部吊點承載力增加，或起吊未使用滑輪，致使局部起吊點局部提前受力。堆放運輸過程中，疊合板間通過墊木相互間隔，支點間跨距增加，或者對稱墊木尺寸差異過大，導致疊合板堆放過程中形成懸臂結構，都會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度的限值，就會產生裂縫或者斷裂。吊裝安裝階段，會面臨和脫模吊裝階段一樣的問題，如吊裝方式由六點吊裝減少為四點吊裝，預制疊合板整體所承受張拉力會有所增加，如果吊裝不采用滑輪，鋼纜容易出現(xiàn)兩側線纜長度不一致的情況，部分吊點會直接整個疊合板的自重[3]。

2 預制鋼筋混凝土疊合板抗彎性能分析

當前預制鋼筋混凝土疊合板多為桁架鋼筋預制板，這類預制底板通過桁架腹筋將桁架鋼筋與混凝土底板聯(lián)結成為同一整體，同時現(xiàn)行的混凝土設計規(guī)范中都是將疊合板作為一個平截面的整體構件，所以根據(jù)《混凝土結構設計原理》將桁架鋼筋混凝土預制疊合板作為單筋矩形截面，進行抗彎性能的相關計算[4]。

預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―混凝土等效矩形應力系數(shù)；fc―混凝土抗壓強度，MPa；b―截面寬度，mm；x―受壓區(qū)高度，mm；fg―縱向鋼筋設計抗拉強度，MPa；Ag―縱向鋼筋承壓面積，mm2。

由此構成的預制疊合板的承載力計算公式為：

(式2)

式中：M―構件抗彎設計承載力，N·m，h0―截面高度，mm。

GB 50204―2015《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》中附錄B給出受彎預制構件結構性能檢驗的相關要求，鋼筋混凝土受彎構件永久載荷組合值下的擾度檢驗允許值為[5]：

αs=αf·

(式3)

預制疊合板抗裂檢驗的載荷應滿足：

(式4)

3 預制鋼筋混凝土疊合板抗彎性能現(xiàn)場試驗

選定某裝配式建筑工程項目中的預制鋼筋混凝土疊合板，進行結構性能檢測，分別測試該構件的承載力、抗裂性能以及撓度相關性能。試驗選取的預制鋼筋混凝土疊合板的尺寸為1320mm×2210mm×60mm，混凝土設計強度為C30，測試時該批混凝土的同條件養(yǎng)護混凝土抗壓強度32.1MPa，疊合板中鋼筋排布方式為。該構件的設置承載力為6.12kN/m2，裂縫的最大允許寬度為0.3mm，撓度應≤L0/200，其中L0為短向跨度，針對該構件其最大允許撓度為6.6mm。

根據(jù)構件尺寸在預制混凝土疊合板兩側及中部位置，布置百分表測量試驗加載過程中對應測定的位移變化量。預制混凝土疊合板左側下方采用角鋼對疊合板形成鉸支承，右側下方設置φ48的無縫焊接鋼管形成滾動支承。試驗負載選取一批尺寸為190mm×90mm×53mm的混凝土實心磚進行加載，該批混凝土實心磚的單塊質量約為2.1kg，各級加載前應對加載實心磚進行稱量并進行記錄。結合疊合板的尺寸，將負載分為2垛進行加載，并確保加載過程均勻進行，每垛的最大寬度控制在500mm以內，每垛間保持100mm的間距。

預制疊合板采用分級加載，各級加載后保持10min，載荷小于標準值的初期，各級加載量為疊合板的標準載荷值的20%，其中第一級加載時應考慮構件自重，載荷大于標準值加載調整為10%的標準載荷值，臨近載荷承載力時調整5%的標準載荷值并保持30min，持續(xù)對裂縫及其他變化進行觀察和記錄。分析試件的載荷―撓度曲線(如圖1所示)，其中αA、αB為設置預制疊合板兩端的位移變化量，α01、α02為設置在構件中部對稱布置的測點的位移變化量，α0為預制疊合板的跨中撓度實測值。經檢測，該構件在短期正常使用的載荷下的撓度為2.12mm，同時加載至抗裂檢測后，經檢查該構件未有裂縫新增，說明該構件的撓度和抗裂縫能力符合GB 50204-2015中的相關要求。

圖1 試驗預制混凝土疊合板載荷―撓度曲線

4 結語

本文根據(jù)不同種類的裂縫，對引起預制鋼筋混凝土疊合板開裂的原因進行了分析，將疊合板常見的疊合板裂縫根據(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)各類自身特點，探討如果避免疊合板在生產、運輸、吊裝的過程中，出現(xiàn)裂縫和開裂現(xiàn)象。通過研究《混凝土結構設計原理》與《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》，探討了疊合板受力特點與抗彎性能測試的方法，并以某裝配式建筑中預應力鋼筋混凝土疊合板為例，進行現(xiàn)場疊合板的構件承載力試驗。現(xiàn)場試驗構件經過檢測，該構件抗彎性能的撓度、承載力及抗裂能力均能符合《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》的相關要求。