裝配式預(yù)制部分外包混凝土組合梁受彎性能研究

李 杰 劉繼軍 王俊杰

（山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濰坊 261061）

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，裝配式和預(yù)制部分外包技術(shù)作為一種創(chuàng)新性的建筑方法逐漸受到廣泛關(guān)注[1]，在這個(gè)背景下，混凝土組合梁作為一種重要的結(jié)構(gòu)形式，其性能研究顯得尤為重要。裝配式預(yù)制部分外包混凝土組合梁以其高效、質(zhì)量可控的特點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扮演著重要角色[2]。本研究聚焦于裝配式預(yù)制部分外包混凝土組合梁的受彎性能，通過(guò)深入分析該結(jié)構(gòu)在不同條件下的力學(xué)性能，探討裝配式預(yù)制技術(shù)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 建筑材料

1.1.1 混凝土

試驗(yàn)所采用的混凝土參數(shù)如表1 所示。選擇了水泥強(qiáng)度等級(jí)為P·O 42.5 的優(yōu)質(zhì)水泥，其初凝時(shí)間約120min，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到約60MPa。砂選用了中等細(xì)砂，砂含泥量控制在不超過(guò)3%。碎石方面，采用了5mm～20mm的天然河砂碎石，其壓碎值不超過(guò)5%。為了提高混凝土的流動(dòng)性和抗裂性，添加了1.2%的高性能聚羧酸減水劑。這一系列的建筑材料選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)旨在滿足混凝土設(shè)計(jì)要求，并為裝配式預(yù)制部分外包混凝土組合梁的受彎性能測(cè)試提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

表1 混凝土參數(shù)

1.1.2 鋼筋

選用優(yōu)質(zhì)的HRB400 級(jí)鋼筋，其抗拉強(qiáng)度為400MPa，確保混凝土組合梁的受彎性能和韌性。

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 裝配式預(yù)制混凝土組合梁設(shè)計(jì)

采用橫截面為矩形的設(shè)計(jì)，考慮到受彎構(gòu)件的抗彎性能，指定梁的長(zhǎng)度、寬度和高度分別為4m、0.3m、0.5m，以滿足實(shí)際工程需求。確定混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，以保證梁的承載能力。

1.2.2 混凝土組合梁制備

鋼筋按設(shè)計(jì)要求在梁的受拉區(qū)域進(jìn)行布置，達(dá)到提高梁的受彎強(qiáng)度和延性的效果[3]。采用機(jī)械攪拌方式，混凝土拌合時(shí)間控制在3min，確保混凝土均勻性。預(yù)制混凝土組合梁采用裝配式工藝，將構(gòu)件在工廠進(jìn)行預(yù)制，以保證質(zhì)量可控。

1.2.3 養(yǎng)護(hù)

采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，混凝土組合梁在澆筑后的7d和28d 內(nèi)分別進(jìn)行濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)[4]。控制養(yǎng)護(hù)室內(nèi)溫度在20°C±2°C，濕度在95%±5%，以促進(jìn)混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展。

1.2.4 受彎性能測(cè)試方法

采用電液萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行受彎性能測(cè)試。在試驗(yàn)過(guò)程中，加載速率設(shè)定為5mm/min，記錄加載過(guò)程中的荷載-位移曲線。測(cè)試包括極限承載力、變形能力、裂縫形態(tài)等，進(jìn)而全面評(píng)估裝配式預(yù)制混凝土組合梁的受彎性能[5]。

2 裝配式預(yù)制部分外包混凝土組合梁受彎性能試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)樣品制備

為進(jìn)行裝配式預(yù)制混凝土組合梁受彎性能的試驗(yàn)研究，首先按照1.2.1和1.2.2的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)制備梁的試驗(yàn)樣品。按照設(shè)計(jì)要求，采用矩形橫截面，長(zhǎng)度為4m、寬度為0.3m、高度為0.5m。在受拉區(qū)域布置HRB400級(jí)鋼筋，確保受彎構(gòu)件的抗彎性能。

2.2 試驗(yàn)條件設(shè)置

考慮到不同條件對(duì)裝配式預(yù)制混凝土組合梁受彎性能的影響，設(shè)置以下試驗(yàn)條件：

試驗(yàn)組1：使用C30混凝土，加載速率為5mm/min；

試驗(yàn)組2：使用C40混凝土，加載速率為7mm/min；

試驗(yàn)組3：使用C30混凝土，加載速率為3mm/min。

條件選擇目的在于研究混凝土強(qiáng)度和加載速率對(duì)混凝土組合梁受彎性能的影響[6-7]。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析

在電液萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的作用下進(jìn)行受彎性能測(cè)試，通過(guò)記錄加載過(guò)程中的荷載-位移曲線，試驗(yàn)條件如下：

極限承載力：荷載-位移曲線中的最大荷載值。

變形能力：荷載-位移曲線下的面積，代表混凝土組合梁的變形能力。

裂縫形態(tài)：觀察并記錄在試驗(yàn)過(guò)程中梁的裂縫形態(tài)。

試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 裝配式預(yù)制部分外包混凝土組合梁受彎性能的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2可知,不同條件下裝配式預(yù)制混凝土組合梁的受彎性能特點(diǎn)。通過(guò)綜合分析極限承載力和變形能力，可以采用式(1)計(jì)算：

式中M為彎矩，kN/m；fc為混凝土抗壓強(qiáng)度，MPa；b為梁的寬度，mm；h為梁的高度，mm。

通過(guò)式(1)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以全面評(píng)估裝配式預(yù)制混凝土組合梁的抗彎強(qiáng)度和變形能力。

由表2可以得出以下結(jié)論：

（1）試驗(yàn)組2（C40混凝土，加載速率7mm/min）具有最高的極限承載力和變形能力，顯示出較好的強(qiáng)度和變形性能。

（2）試驗(yàn)組3（C30混凝土，加載速率3mm/min）雖然具有較低的極限承載力，但其裂縫形態(tài)表明在較慢的加載速率下產(chǎn)生了明顯的裂縫，可能需要考慮結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化。

（3）試驗(yàn)組1（C30混凝土，加載速率5mm/min）在彎曲性能上介于試驗(yàn)組2和試驗(yàn)組3之間。

3 預(yù)制部分外包對(duì)混凝土坍落度及力學(xué)性能的影響

3.1 預(yù)制部分外包對(duì)混凝土坍落度的影響試驗(yàn)

在已有的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇三個(gè)不同的預(yù)制部分外包方案，分別標(biāo)記為方案A、方案B和方案C，這些方案在外包施工的不同材料、工藝或者施工條件上存在一定差異。根據(jù)方案進(jìn)行混凝土坍落度的試驗(yàn)，采用不同方案制備的混凝土，記錄相應(yīng)的坍落度數(shù)據(jù)。試驗(yàn)條件如下：

試驗(yàn)組A：使用C30混凝土，方案A的外包方式，記錄坍落度數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)組B：使用C30混凝土，方案B的外包方式，記錄坍落度數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)組C：使用C30混凝土，方案C的外包方式，記錄坍落度數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 預(yù)制部分外包對(duì)混凝土坍落度的影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 預(yù)制部分外包對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響試驗(yàn)

開展力學(xué)性能試驗(yàn)以評(píng)估預(yù)制部分外包對(duì)混凝土的影響[8-10]。采用不同方案制備的混凝土，在先前的試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行力學(xué)性能的測(cè)試。試驗(yàn)條件如下：

試驗(yàn)組A：使用C30混凝土，方案A的外包方式，記錄力學(xué)性能數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)組B：使用C30混凝土，方案B的外包方式，記錄力學(xué)性能數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)組C：使用C30混凝土，方案C的外包方式，記錄力學(xué)性能數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 預(yù)制部分外包對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.3 分析預(yù)制部分外包對(duì)混凝土坍落度及力學(xué)性能的影響

3.3.1 混凝土坍落度影響分析

方案B 的坍落度較大，可能由于外包方式導(dǎo)致了混凝土的流動(dòng)性增加。方案C 的坍落度較小，可能與外包方式有關(guān)，可能采用了某種減水劑或混凝土配合比的調(diào)整。

3.3.2 力學(xué)性能影響分析

三種方案的極限承載力差異不大，說(shuō)明外包方式對(duì)混凝土的整體強(qiáng)度影響有限。方案B在極限承載力和變形能力上都略低于其他兩個(gè)方案，可能需要注意外包方式對(duì)混凝土的強(qiáng)度和變形性能的影響。

4 裝配式預(yù)制混凝土組合梁的抗氯離子滲透性能研究

4.1 抗氯離子滲透性能試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為了研究裝配式預(yù)制混凝土組合梁的抗氯離子滲透性能，我們采用以下試驗(yàn)方案。考慮到不同條件可能對(duì)抗氯離子滲透性能的影響，設(shè)置不同的試驗(yàn)組，具體如下：

試驗(yàn)組X：裝配式預(yù)制混凝土組合梁，使用C30 混凝土，外包方案A，濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)條件。

試驗(yàn)組Y：裝配式預(yù)制混凝土組合梁，使用C30 混凝土，外包方案B，濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)條件。

試驗(yàn)組Z：裝配式預(yù)制混凝土組合梁，使用C30 混凝土，外包方案C，濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)條件。

每個(gè)試驗(yàn)組在澆筑后的28d 進(jìn)行抗氯離子滲透性能測(cè)試。采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測(cè)定混凝土試件的氯離子滲透深度，以評(píng)估混凝土的抗氯離子滲透性能。

4.2 抗氯離子滲透性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析

在抗氯離子滲透性能試驗(yàn)中，記錄不同試驗(yàn)組的氯離子滲透深度數(shù)據(jù)，如表5所示。

表5 裝配式預(yù)制混凝土組合梁抗氯離子滲透性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.3 抗氯離子滲透性能分析

通過(guò)對(duì)抗氯離子滲透性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合已有的公式和知識(shí)，可以得出如下結(jié)論：

外包方案B（試驗(yàn)組Y）的混凝土組合梁在抗氯離子滲透性能上表現(xiàn)最差，其氯離子滲透深度最大。可能方案B 的外包方式導(dǎo)致了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)較大，容易受到氯離子的侵蝕。

外包方案C（試驗(yàn)組Z）的混凝土組合梁在抗氯離子滲透性能上表現(xiàn)較好，其氯離子滲透深度最小。可能方案C 采用了一定的措施，例如使用了抗?jié)B劑或優(yōu)化了混凝土配合比，以提高混凝土的抗氯離子滲透性能。

外包方案A（試驗(yàn)組X）的混凝土組合梁在抗氯離子滲透性能上居中，其氯離子滲透深度介于方案B 和方案C之間。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，裝配式預(yù)制混凝土組合梁在不同條件下表現(xiàn)出不同的受彎性能。外包方式對(duì)混凝土的坍落度和力學(xué)性能有一定影響，需謹(jǐn)慎選擇。抗氯離子滲透性能方面，外包方式的選擇對(duì)混凝土的性能影響顯著。