預(yù)制剪力墻接合面粗糙化處理工藝研究

劉泓睿，林峰，趙士瑞

（北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，北京 100044）

1 引言

全預(yù)制裝配整體式剪力墻常通過濕式連接形成整體結(jié)構(gòu)，濕式連接形成的新舊混凝土接合面是結(jié)構(gòu)受力的薄弱環(huán)節(jié)，接合面的受力性能是影響接縫連接性能的關(guān)鍵因素[1]。連接可靠、施工方便的混凝土連接技術(shù)是發(fā)展預(yù)制混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)。

2 預(yù)制混凝土接合面研究現(xiàn)狀

2.1 混凝土接合面的處理方法

GB 50666—2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》[2]和JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[3]要求預(yù)制墻板側(cè)面需進(jìn)行粗糙化處理。混凝土接合面常用粗糙處理方法有露骨料法（鋼刷處理法、高壓水沖法）[4]、切槽法（鍵槽、凹坑）[5]、花紋鋼板成型[6]、拉毛法[7]（機(jī)械、人工拉毛）和鑿毛法[8]（機(jī)械、人工鑿毛）等。不同粗糙面的效果如圖1 所示。預(yù)制混凝土接合面采用上述處理方式，能夠增加界面的黏結(jié)力，延緩新舊混凝土接合面開裂，提升結(jié)構(gòu)剛度等。

圖1 不同粗糙面處理

露骨料接合面是通過鋼刷刷洗或者高壓水沖的方式在預(yù)制混凝土表面形成一個(gè)均勻的粗糙表面，具有力學(xué)性能良好和施工工藝高效面廣等優(yōu)點(diǎn)；切槽法是在制作預(yù)制墻板時(shí)，通過改變模具來設(shè)置固定規(guī)格大小鍵槽的方法，這種方法形成的粗糙面經(jīng)濟(jì)適用、成型質(zhì)量好；拉毛法則是通過機(jī)械或者人工作業(yè)的方式在預(yù)制板上留下固定大小、深淺凹槽的方法，易于控制施工質(zhì)量且制作的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。

近年來，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)展迅猛，接合面粗糙化處理工藝日益成熟，需求量也快速增大。JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中建議接合面進(jìn)行粗糙化處理，但規(guī)范未明確接合面粗糙化具體的處理方式和標(biāo)準(zhǔn)方法，缺乏統(tǒng)一的控制質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 預(yù)制剪力墻的接合面處理方式

上、下層預(yù)制剪力墻的水平接縫接合面主要通過混凝土和鋼筋連接?；炷敛捎寐豆橇?、鍵槽和花紋鋼成型的形式（連接形式見圖2）進(jìn)行混凝土連接，鋼筋采用灌漿套筒、漿錨搭接等連接豎向鋼筋實(shí)現(xiàn)預(yù)制墻板與樓板的豎向連接。

圖2 預(yù)制剪力墻水平接縫接合面

相鄰預(yù)制剪力墻在水平方向拼接時(shí)形成豎向接縫，預(yù)制剪力墻側(cè)面粗糙化處理工藝更加多樣，其中，粗骨料接合面連接（連接形式見圖3a）、鍵槽接合面（連接形式見圖3b）、拉毛接合面（連接形式見圖3c）和花紋鋼板接合面型等（連接形式見圖3d）應(yīng)用廣泛。鋼筋連接通過邊緣側(cè)面伸出U 形筋、開口箍或直筋連接實(shí)現(xiàn)水平連接。

圖3 預(yù)制剪力墻豎向接縫接合面

3 接合面處理工藝對(duì)比

3.1 接合面處理工藝力學(xué)性能對(duì)比

接合面的受力性能是影響接縫連接性能的關(guān)鍵因素。新舊混凝土開裂前，接合面的抗剪承載力由接合面的黏結(jié)力承擔(dān)；新舊混凝土開裂后，垂直于界面的張開變形主要由鋼筋的銷栓作用抵抗，平行于接合面的滑移主要由界面的摩擦力抵抗[9]。對(duì)混凝土界面進(jìn)行粗糙處理，可增強(qiáng)接合面的黏結(jié)力，提升結(jié)構(gòu)的抗剪承載力[10]。

淡浩[11]等人進(jìn)行了3 個(gè)整澆試件以及48 個(gè)預(yù)制混凝土構(gòu)件接合面抗剪性能直剪試驗(yàn)。其中，48 個(gè)預(yù)制混凝土構(gòu)件包括16 個(gè)粗骨料試件、16 個(gè)拉毛處理試件（包括拉毛橫槽和拉毛縱槽）、16 個(gè)印花處理試件。由試驗(yàn)結(jié)果可知，接合面采用不同粗糙處理方式的試件抗剪性能差異較大，各試件抗剪承載力由大到小依次為露骨料試件>拉毛橫槽試件>印花試件>拉毛縱槽試件。此外，研究得出接合面的粗糙度與孔隙表面積相關(guān)，隨著孔隙表面積的增大，界面粗糙度增大，界面的抗剪能力隨之增大。

欒利影[12]等進(jìn)行了整澆組、粗骨料組、泡沫成型組、切槽組和花紋鋼板成型組試件的抗剪性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，露骨料組試件裂縫形態(tài)與整體現(xiàn)澆試件相似，其抗剪承載力為整體現(xiàn)澆試件的95%～100%；泡沫成型組試件破壞過程與整體現(xiàn)澆試件相似，其抗剪強(qiáng)度可達(dá)到現(xiàn)澆組試件的73%～85%；切槽組試件的抗剪承載力強(qiáng)弱與鍵槽面的粗糙深度有關(guān)，其抗剪承載力在整澆組試件的58%～76%；花紋鋼板成型組試件的抗剪承載力最低，不滿足接合面的抗剪需求。

黃選明[13]等人為研究接合面粗糙處理工藝對(duì)預(yù)制構(gòu)件疊合面受力性能的影響，對(duì)4 個(gè)混凝土疊合試件進(jìn)行劈拉試驗(yàn)研究，界面處理包括沖洗、鋼筋壓痕、鋼板壓花、振搗等方式。試驗(yàn)結(jié)果表明：鋼筋壓痕法采用帶肋鋼筋處理的界面黏結(jié)強(qiáng)度最佳，高壓水沖法處理的界面黏結(jié)強(qiáng)度僅次于帶肋鋼筋的壓痕，鋼板壓花處理得到的粗糙面強(qiáng)度最差，此外自然振搗的粗糙面成型質(zhì)量不均勻，不宜在實(shí)際中推廣。

綜上研究可得，露骨料接合面具有較好的黏結(jié)強(qiáng)度和抗剪性能，是施工中較優(yōu)的選擇。

3.2 經(jīng)濟(jì)分析

調(diào)研對(duì)比了2022 年不同接合面粗糙化工藝經(jīng)濟(jì)的支出，其中，接合面粗糙化的制作工藝包括水洗露骨料工藝、鋼板模具制作鍵槽工藝和塑料模具壓花工藝。結(jié)果表明：水洗露骨料面單項(xiàng)成本最低，單位面積為22.12 元；采用塑料模具壓花工藝單項(xiàng)成本最貴，是水洗制作的3～7 倍；采用鋼板模具制作鍵槽工藝費(fèi)用主要在于鋼板模具成本，其單項(xiàng)成本是水洗制作的2～3 倍，但鋼板模具可循環(huán)利用，可降低其長(zhǎng)期成本。

研究認(rèn)為，采用鋼板模具工藝的費(fèi)用主要在于模具成本，人工費(fèi)用最低；采用塑料模具工藝的費(fèi)用主要在于人工成本；經(jīng)濟(jì)上水洗露骨料法的單項(xiàng)成本最低。

4 結(jié)語

綜上，在力學(xué)性能上，水洗露骨料的接合面具有較好的黏結(jié)強(qiáng)度和抗剪性能；在經(jīng)濟(jì)性能上，水洗露骨料工藝成本也要低于鋼板模具和塑料模具的壓花工藝。在實(shí)際工程中建議優(yōu)先選用水洗露骨料工藝。

制作鍵槽的鋼板模具可回收利用，符合裝配式綠色發(fā)展的要求，在預(yù)制剪力墻生產(chǎn)過程中，建議將制作鍵槽的鋼板模具與預(yù)制墻板模具有機(jī)組合，具有生產(chǎn)高效和質(zhì)量統(tǒng)一的優(yōu)點(diǎn)。