预制构件竖接缝与后浇混凝土粘结技术研究

苏九州

(华北水利水电大学，河南 郑州 450045)

0 前 言

装配式混凝土结构是建筑工业化进程中重要组成部分。预制混凝土构件的接缝混凝土浇筑则是关键施工环节。当前，我国对接缝后浇节点的研究未提到工程建设质量控制的高度，一直沿用一般混凝土工程施工技术。从工程来看主要存在以下问题：接缝混凝土与预制构件界面粘结性能差，界面出现长裂缝；接缝后浇混凝土体积稳定性差、易产生收缩变形，出现了表面“龟裂”或较宽的裂缝；接缝混凝土工作性能差，需要插入式振捣辅助成型，振捣不到位会出现小范围空洞、麻面、漏浆。这些问题已经成为装配式混凝土结构发展的瓶颈。因此，本文在这样的背景下总结装配竖接缝与后浇混凝土粘结影响因素及粘结机理。加强建设人员对装配后浇节点粘结的深刻认识。

1 预制装配式结构接缝设计

装配式结构接缝[1]是指预制构件之间的连接接缝、预制构件与现浇混凝土、预制构件与后浇混凝土之间的结合面，主要包括梁端之间接缝、柱底之间接缝、剪力墙的竖向连接缝和水平连接缝等，接缝是装配整体式结构中影响结构性能和整体性能的关键部位。其中预制内外剪力墙竖接缝主要有一字形、L形、T形或U形。

2 预制与后浇混凝土粘结机理

预制与后浇的粘结跟新老混凝土粘结类似。预制与后浇混凝土有一个结合面，但破坏时破坏面不唯一，可能出现在预制构件截面、后浇混凝土面或在粘结结合面。在结合面周围有无数个破坏曲面构成一个“粘结破坏区”。[2]从工程实际来看预制与后浇的粘结界面形式分为两种，一种是后浇混凝土的砂浆与预制构件的砂浆石的粘结面，另一种后浇混凝土的砂浆与预制构件中的粗骨料的粘结界面。在后浇节点中暂不考虑钢筋受力外，预制与后浇混凝土间的粘结力[3]由大到小主要由机械咬合力、范德华力、化学作用力组成。所以综上所述新老混凝土结合面的破坏机理由老混凝土、新混凝土以及粘结界面的微观结构及力学的性能组成。

3 混凝土界面粘结影响因素

为了增强预制构件与后浇的整体性能，国内外研究人员对其粘结强度做了大量的研究。表明影响预制与后浇混凝土粘结性能的主要因素有混凝土强度、后浇混凝土材料、预制构件表面处理方式、界面剂的影响等。

3.1 混凝土强度影响

预制与后浇混凝土的强度等级对其粘结强度影响很大。预制构件的混凝土强度等级不宜低于C30，后浇混凝土强度等级不低于预制构件的混凝土强度[4]。老混凝土的疏松、老化和风化都影响界面的粘结性能。刘艳萌[5]试验研究表明随着新混凝土强度增加，其界面粘结强度越高，新混凝土的强度对粘结性能较明显。而老混凝土强度的提高导致混凝土粘结强度有下降的趋势。同时刘传奇[6]试验表明新老混凝土的强度等级提升，对其界面的剪应力有较大的提高。因此，后浇混凝土其强度等级应比原结构构件提高一级，从成本上考虑过多的提高等级也是不经济的。

3.2 接缝后浇混凝土材料影响

在预制构件大规模装配时，节点浇筑和构件接缝成为整体质量和进度的关键环节。必须使后浇混凝土能够快速实现与预制构件的协同工作，同时能够应对各种工况的施工操作简便。装配式竖接缝宽度较窄，接缝内钢筋密集。由于施工空间有限，避免振捣不到位，可以使用坍落度较大的混凝土。自密实混凝土的流动性较大，不需要振捣就填充密实，混凝土不会离析。工作性能满足装配式结构竖缝混凝土的施工质量要求，适合用于装配式竖接缝的浇筑。但无法克服新老混凝土间的收缩变形问题，这会导致竖接缝混凝土与混凝土构件界面之间产生收缩裂缝，从而影响界面粘结性能。因此，自密实混凝土中掺入膨胀剂制备出具有补偿收缩的混凝土。膨胀结晶体会填充混凝土内部孔隙和切断混凝土中的毛细孔，减轻混凝土开裂并改善混凝土的孔结构使之更加紧密，提高混凝土的抗渗能力和粘结性能。

3.3 预制构件表面粗糙度处理

根据《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)规定预制构件应设置为粗糙面或设置键槽两种形式，粗糙面的面积不宜小于结合面的80%，预制墙端的粗糙面凹凸深度不应小于6 mm。界面粗糙度对新老混凝土的粘结性能有明显的影响[7-8]，试验研究表明提高界面的粗糙度能显著提高界面混凝土的粘结强度。实质上粗糙度的增加就是接触面积的增大。

3.3.1 界面粗糙度处理方法

粗糙度处理方法有许多种，传统方法有凿毛法、切槽法、高压水冲法、喷砂法等。凿毛法虽能提高界面的粗糙度，但是不能大范围施工，容易挠动周围的混凝土，同时会产生噪声和粉尘；切槽法[9]容易控制施工质量，使粘结粗糙面均匀，但是不利于大范围的施工；高压水射法[8]施工速度快、噪声和灰尘污染较小，但工程花费较大。喷砂法[10]处理深度浅，只适用于表面抹灰、粘贴防水层或装饰材料，不适用于结构件连接，施工过程粉尘污染较大。

近些年出现了一些粗糙度明显、污染小、工艺简单的表面粗糙度处理方法：中建八局[11]发明了一种预制构件侧面粗糙度制作方法。在预制构件的侧模内侧刷一层缓凝剂后浇筑混凝土，待混凝土初凝后拆除侧模，用高压水枪冲洗混凝土表面形成粗糙面。湖南远大公司[12]发明制备预制构件粗糙面成型模板浇筑养护后，脱模直接具有粗糙面。南京工业大学[13]发明将泡泡膜安装在模板内侧，待模板拆除后剥离泡泡膜，此时结合面形成与泡泡膜尺寸及排布规律一致的粗糙面。东南大学栾利影[14]研究了四种结合面处理方式其粘结强度由大到小依次为：露骨料、泡泡膜成型、凹槽与凹坑、花纹钢板成型。即在一定范围平均粗糙深度越大，粘结性能越好，抗剪性能越强。通过对市场预制构件厂的调查，目前使用较为普遍的是水洗露骨料处理方式，这种处理方式粘结效果比较理想。

3.3.2 界面粗糙度评定

通过搜集文献目前评定粗糙度方法[15]主要有：灌砂法、粗糙度测定仪法、分数维法、硅粉堆落法和粗骨料暴露比率法等。其中灌砂法适用水平小构件界面粗糙度测定，测定仪适用竖直较大构件界面的测定。在一定粗糙度范围内，粗糙度越大，其粘结效果越好，但过大的粗糙度反而会降低新老混凝土的粘结性能。目前灌砂法使用较为普遍，主要方法是：用透明塑料板将构件围起来，使板的最高面与粘结面的最高处平齐，并固定好透明塑料板。然后将标准砂灌入且与塑料板顶面平齐，测得砂的体积。用砂的体积除以粘结面的面积，平均灌砂深度即为粗糙度。

3.4 界面剂的影响

目前市场上界面剂可分为水泥浆类、环氧类和聚合物类等，其组成成分和粘结效果大不相同。混凝土之间涂刷界面剂可以增强水化反应，改善微观结构使之更加密实，水化生成物其形态增强界面的咬合作用。构件经过粗糙度处理后，老混凝土表面涂刷界面剂可以有效提高新老混凝土粘结强度[16-18]，所提高的幅度受界剂种类的影响。何伟等[19]研究了不同界面剂，结果表明通过改性的水泥浆类界面剂粘结效果最为显著。此外刘艳萌[5]也研究了四种不同界面剂，结果表明水灰比为0.3的水泥净浆界面剂和低水灰比的内掺10%UEA 膨胀剂或内掺5%硅灰的水泥浆界面剂能够大幅度提高新旧混凝土的粘结强度。因此，从粘结效果、成本以及施工难易程度综合考虑，水泥净类使用较为适宜。

3.5 其 他

除了考虑前面几个主要因素外，预制构件界面需进行润湿处理。预制构件界面在后浇混凝土浇入后，会快速吸收后浇混凝土的水分，如果预制构件没有充分润湿，就会吸收后浇混凝土水分造成混凝土的收缩，因此，在预制构件粘结表面做好预湿处理是非常必要的。

4 结 语

预制与后浇混凝土粘结与新老混凝土粘结性能类似，在界面周围构成一个“粘结破坏区”，预制与后浇混凝土间的粘结力由大到小由机械咬合力、范德华力、化学作用力。预制构件竖接缝与后浇混凝土粘结是装配式施工质量的重要环节。通过以上分析可以得到在装配式结构中，混凝土强度等级不低于预制部分混凝土强度，宜提高一级。后浇混凝土可采用大流动性的混凝土，加入膨胀剂来补偿混凝土收缩。而预制构件界面处理传统的方法已经不能满足，采用目前常用的水洗露骨料工艺，粗糙度比较理想，粘结性较能好。同时可以涂抹界面剂，进一步增强界面的粘结强度。

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