预制混凝土叠合板粗糙度检测及工艺改进研究
摘要
预制混凝土结构中叠合板结合面粗糙度是影响装配式建筑连接部位的重要因素。对于预制构件叠合板结合面粗造度的检测方目前尚无明确的检测标准，本文采用一定粒径的砂，通过在叠合面划分多区个区域平铺的方式采集数据，分析推定叠合面的粗造度，并对评定方法进行了综合评述，分析了其适用范围。最后提出了一种新型叠合构件表面粗粗糙度评定方法，并通过实验中研究，改进预制混凝土叠合板的拉毛工艺，保证产品的设计功能以及质量，使其粗糙面符合国家验收标准。（PC固定模台生产线）
NO.
01
叠合面粗糙度测定方法
1.1
结合面的处理工艺
Treatment process
目前实际生产过程中，预制混凝土结构叠合板结合面的粗糙度主要是在混凝土硬化前通过机械拉毛、模具花纹钢板或涂刷露骨料在混凝土硬化后用高压水强冲洗的方式进行。国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204中，对预制构件的结合面质量作为一项质要的内容来验收，《混凝土结构设计规范》GB50010和JGJ 1-2014《装配式混凝土结构技术规程》中也要求到预制叠合板粗糙度深度通常要求不小于4mm，粗造面面积不宜小于结合面的80%。然后实际生产过程中，限于设备和人工操作的因素，粗造度的控制是否达到标准要求，一直没有标准规定的方法进行检测。因此，本文对预制构件叠合面的粗糙度检测方进行了探讨。（PC固定模台生产线）
1.2
铺砂法检测叠合板粗糙面粗糙度
Detection
铺砂法是目前试验研究中广泛采用的较为简单的方法，其测量原理是通过定量的砂体积和平铺的面积来测算结合面粗糙度的深度。方法是：将混凝土处理面用塑料板包裹起来（刚好与处理面最/高点齐平），从表面上灌入标准砂且与包裹的塑料板顶面抹平，然后测得标准砂的体积，则平均灌砂深度可用砂的体积除以平铺砂结合面的面积来得到铺砂的平均深度。（PC固定模台生产线）
此方法操作复杂，速度缓慢，不适合实际工程现场测量，另外以构件处理面最/高点作为检测基准面检测误差较大。（PC固定模台生产线）
1.3
国外研究方法
Research method
1.3.1.欧洲标准建议用硅粉堆落法把粘结面粗糙度分为粗糙、轻度粗糙和光滑3种。此方法是粗糙度的一种定性评价，无法定量的描述混凝土粘结面的粗糙度。（PC固定模台生产线）
1.3.2.日本学者足立一郎用转换器类型的位移计制成一个凸凹仪，沿其中一个边长方向走出一系列的凸凹曲线，把每条凸凹曲线附近与处理面最/高点相联系的水平面表示在其凸凹曲线图上，通过计算得到一个平均深度，利用这个深度来定量描述粘结面的粗糙度。（PC固定模台生产线）
此方法操作复杂，速度缓慢，计算复杂，不适合实际工程现场测量推广。本文的研究希望能够找到一种简单方便、利于现场操作的新型检测方法。（PC固定模台生产线）
1.4
测定方法
Assay method
1.4.1 在实验室中选择不同粒径范围的砂的中级砂对同一构件进行试验，通过对同条件下同一个试件进行多次重复测试，验证铺砂法的数据重复性。（PC固定模台生产线）
1.4.2 对同一部位采用不同体积的砂进行摊铺，确定不同体积的砂对粗糙度推定值测量的影响。（PC固定模台生产线）
1.4.3 对整个构件进行摊铺，得出构件的满铺粗糙度推定值，并在同一构件有代表性的位置选择若干测区，试验得出各测区的粗糙度推定値，取所有测区粗糙度推定値的平均值作为构件的粗糙度推定値，通过该推定値与满铺粗糙度推定値的比较，确定合适的测区铺砂体积以及测区数量。（PC固定模台生产线）如图1.1。
图1.1 测区分布
1.4.4将构件放在平面上，先用气筒将构件测试面清理干净，不得有松动的石子等杂物，四周进行封堵，倒入粒径0.6～1.18mm的砂，用底面粘有橡胶片的刷子,由里向外重复做摊铺运动,稍稍用力将砂尽可能的向外摊开,使砂填入构件表面的空隙中；（PC固定模台生产线）如图1.2。
图1.2 检测铺砂
1.4.5 将所倒入的砂抹平，使得上表面不留有浮动余砂，基本露出石子；（PC固定模台生产线）
1.4.6 收集构件表面的砂，用量筒量取砂的体积；如图1.3。
图1.3
检测用砂收集
1.4.7 分别用0.075～0.15mm、0.15～0.3mm、0.3～0.6mm粒径的砂依次重复试验步骤，对数据进行整理。见表1不同粒径砂平铺推定粗糙深度表。
1.5
试验的复现性
Reproducibility
考虑到试验的复现性，每次试验前后都对构件进行清理，保证试验状态的一致性，对同一构件进行三次重复试验，并考虑到不同的检测人员的操作对试验结果的影响。（PC固定模台生产线）
1.5.1 不同检测人员重复试验数据
试验方案：采用0.075～0.6mm区间的混合砂，两名检测人员分别对“构件三”进行三次重复试验，验证试验结果的一致性，试验数据见表2不同检测人员重复试验数据记录。（PC固定模台生产线）
由上表可知，检测员1的三次数据之间的误差最/大为0.05mm，检测员2的三次数据之间的误差最/大为0.06mm，两个检测员对同一构件检测的平均值分别为1.59mm和1.61mm，具体分析见下表3不同检测人员重复试验分析：（PC固定模台生产线）
由此可见用铺砂法检测构件粗糙度的方法复现性较为一致，可以应用于正常的检测工作中。（PC固定模台生产线）
1.5.2 不同体积及现场的砂对试验结果的影响
针对预制叠合板粗糙面形成的工艺方法，在不同的构件厂选择不同的构件进行现场摊铺实验。中民筑友的预制叠合板粗糙面为机器拉毛形成，大地构件厂为人工拉毛形成，两家构件厂各选择不少于三个构件进行试验。首先对整个构件进行满铺，得出构件的满铺粗糙度推定值，然后选取有代表性的位置进行试验，在同一部位依次用100mL、200mL、300mL、400mL、500 mL的砂进行摊铺，分别计算出各自的粗糙度推定值，通过各测区数据与构件的满铺数据的比较，以及同一部位不同体积的数据之间的比较，最终寻找到最合适的试验用砂量及测区数量。（PC固定模台生产线）
通过试验数据分析测区粗糙度误差绝/对值的区间范围，见表4测区数与绝/对误差相互关系统计表。（PC固定模台生产线）
通过试验分析，对28个测区中100 mL 、200 mL 、300 mL 、400mL的数据与500mL体积数据进行比较，发现当铺砂量为100 mL 时，50%的数据偏差在0.2mm以上，当铺砂量为200 mL 时，43%的数据偏差在0.2mm以上，当铺砂量为300 mL、400mL和500 mL时，粗糙度推定値的数据已基本达到稳定，90%的测区数据偏差在0.2mm以内。（PC固定模台生产线）
因此，结合现场试验的可操作性，在铺砂体积的选取为300mL量为宜。（PC固定模台生产线）
NO.
02
创新点与结论
（1）解决了《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1-2014 中6.5.5条款以及《装配式结构工程施工质量验收规程》DGJ32J184-2016中4.2.8条款中对粗糙度提出验收要求，但是目前没有检测手段与之相匹配的问题。（PC固定模台生产线）
（2）将粗糙度这个定性的概念转化为粗糙度推定値这一定量的概念，方便进行评价。（PC固定模台生产线）
（3）通过选择有代表性的小测区进行检测得出的结论能够反映出整个构件的粗糙度实际情况。（PC固定模台生产线）
（4）检测方法简单，操作实用，可大规模推行。（PC固定模台生产线）
NO.
03
拉毛工艺方法
预制混凝土构件粗糙面的生产工艺有以下四种方式：凿毛；喷砂处理；拉毛；露骨料水洗。1，凿毛工艺为使用凿毛机或人工斩斧等在预制构件表面加工出粗糙面，施工过程，粉尘飞扬，污染环境，费时费力，效率低，成本高。2，喷砂处理工艺采用喷砂机在预制构件表面喷涂浇筑浆料，但处理深度浅，只适合于表面抹灰、粘贴防水层或装饰材料，不适用于结构件连接，而且施工过程粉尘污染较大。3，拉毛工艺采用人工或机械拉毛，适合无模具挡边面及楼板上表面、梁上表面等制作粗糙度。4，露骨料水洗工艺采用露骨料剂涂抹于预制构件表面，然后进行水洗，工艺复杂，需设立专用水洗工位，废水需要处理后才能排放，水泥浆对工厂环境污染极大，不利于工业化生产。叠合板是一种广泛应用于建筑楼面板及屋面板的钢筋混凝土预制板，为了增加叠合板与上层现浇混凝土的结合力，因此需要具备一定的粗糙度，除上述的拉毛，水洗工艺外，当楼板混凝土采用干硬性混凝土时，也可以采用特定的混凝土成型方式，得到露出石子的楼板上表面，达到粗糙度的要求。我国目前应用较多预制混凝土板厚度通常在6-8㎝，，通过大量生产实践，适用性最广泛的还是将叠合板的上表面进行拉毛处理的方式，并且通过自制或定制工器具，将拉毛工作进行量化，减少因人工操作问题导致的返工、工作效率低下等问题，保证叠合板拉毛深度与拉毛面积符合设计要求，操作简单，保证产品的设计功能以及质量，使预制叠合板面的粗糙面符合国家验收标准。（PC固定模台生产线）
但是，目前很多工厂还采用钢制耙子人工拉毛的方式，无法保证叠合板拉毛深度达到设计值，往往成品部分区域拉毛效果好，部分区域拉毛效果差，产品观感上良莠不齐，存在过多的不确定性。同时，很多工厂自制的工具没有根据叠合板的生产工艺来考虑拉毛深度的控制，不得不再人工补充拉毛，不利于生产效率的提高。如图3.1（PC固定模台生产线）
结合本次课题，工厂为了达到良好的拉毛效果，改善拉毛工艺，设计了专门的机械设备进行自动拉毛。通过这种方式控制叠合楼板的拉毛深度，以保证叠合板拉毛深度达到设计值。本文中的设备，启动模台，让模台以默认速度通过拉毛工装，对设备的参数调整，利用拉毛刀自身的重力，达到对混凝土表面进行拉毛的目的。拉毛粗细均匀、深浅一致、轨迹平直。如图3.1原始拉毛的弊端及机械拉毛初始效果对比和图3.2机械拉毛成品。（PC固定模台生产线）
图3.1
原始拉毛的弊端及机械拉毛初始效果
图3.2
机械拉毛成品效果
3.1
自动拉毛设备构造
Equipment construction
设备主要包含支撑系统、高度调节系统、拉毛刀头系统。见图3.3拉毛设备实物。（PC固定模台生产线）
图3.3
拉毛机械实物
3.2
拉毛工艺
Technology
根据实际生产的叠合板厚度，及要求的拉毛深度，通过调节高度螺栓的方式，调节整个拉毛系统的高度，达到控制拉毛深的的目的。要求拉毛深度深时，降底拉毛系统高度，拉毛深度要求浅时，升高拉毛系统高度。（PC固定模台生产线）
根据自已工厂混凝土特性，选择拉毛刀口的加工角度及加工拉毛刀钢板的厚度。这对刀口是否能顺利切入混凝土表面很重要，需要通过工厂实际生产实验获得。通常拉毛钢板的厚度宜在8-12mm，刀头斜切角度宜在30-40°。施工时设置振动台震动频率，通常为 40HZ，单次震动时间为10-20S，振动至混凝土表面略有浮浆无大面积石子外漏即可，振捣时，辅以铁铲或抹子进行辅助平整处理。（PC固定模台生产线）
检查拉毛工装是否正常，需满足粗糙度 4mm 要求，若有大量砼渣附着应及时清理，要求以台车为单位，每次作业完成一个台车清理残留在拉毛片上的砼渣一次。此时的重要的是拉毛装置的高度要随叠合板的厚度及模板的高度进行调整。见图3.4图3.5，拉毛设备及刀头的清理。（PC固定模台生产线）
图3.4
拉毛设备清理
图3.5
拉毛刀头清理
为了方便现场混凝土的浇筑，具备现场施工操作性，同时也利于混凝土尽快的拉毛并进入养护窑养护。叠合楼板的混凝土坍落度宜控制在120±20，外加剂采用无缓凝功能的聚羧酸形高效减水剂，碎石最/大粒径不宜超过31.5mm。（PC固定模台生产线）
拉毛时，掌握好拉毛时间，通常混凝土在初凝状态下进入拉毛工序。拉毛时间应在快初凝之时，刚达初凝时时行拉毛。初凝时间由工艺人员与实验室人员试验确定最/佳拉毛时间。不易过早，否则会造成拉毛缝被水泥将回填；不宜过晚，否则会造成石子被拉起。拉毛由台模在行进过程中，在拉毛设备刀头自重的作用下，在构件表面切入混凝土表层，起到拉毛作用，见图3.6。（PC固定模台生产线）
通过我们在实验过程中总结的经验，首块板拉毛时，要根据生产的混凝土坍落度及拉毛的深度，微调拉毛系统的高度，使大部分刀片满足拉毛深度的要求，对于部分构件拉毛深度仍不够的情况下，可通过部分深度不够的刀头增加负重的方式改善拉毛（图片仅为示意），见图3.7。这样的好处是可以避免拉毛深度过大而增加断板的机率。（PC固定模台生产线）
图3.6
机模拉毛过程
图3.7
刀头负重物
拉毛结束后，检查拉毛效果，对拉毛不到位或过度的地方，利用抹子进行补拉毛或细节修补；检查并及时调整预埋件，清理出桁架起吊点及线盒接线处空间；完成后经质检确认无问题，流转入下一工位。（PC固定模台生产线）
3.3
常见的几个问题
Problem
3.3.1 拉毛过早或坍落度过大，会造成拉毛深度不够或拉毛静置后，混凝土浆体会缓慢填充拉毛缝，造成拉毛深度变浅，如图3.8。
解决方法是在拉毛后混凝土终凝前要观察拉毛缝隙是否被水泥浆回填，如果被水泥浆填充，可采用人工方用自制拉毛工具补充拉毛。通常，自制拉毛工具的齿间距在5cm，见图3.9。
图3.8
水泥浆开始回填
图3.9
自制拉毛工具
3.3.2 拉毛过晚，会造成拉毛深度不够，拉毛刀口无法深入混凝土表层。（PC固定模台生产线）
解决办法是立刻采用人工拉毛的方式，并和原拉毛轨迹错开，以增加拉毛的接触面积。（PC固定模台生产线）
3.3.3 混凝土坍落度过小，表面出现露石子现象，这时机械和人工耙子都无法拉毛，强行拉毛出现“拉翻”石子现象，此时必须有抹刀将混凝土拍平后划毛的方式补救。如果还不能满足要求，表面观感差，应作报废处理，见图3.10.
图3.10
坍落度过小造成叠合板表面无法拉毛
结束语
本文归纳总结了当前预制构件叠合板结合面的粗糙度测定技术，并对试验方式进行分析，该方法为装配式建筑中结合面粗糙度的测量提供了一种检测手段。（PC固定模台生产线）
同时，本方根据检测结课和实际生产提供了有效的机械拉毛的工艺，拉毛效果明显改善，该方法仅供参考。（PC固定模台生产线）