装配式预制部分外包混凝土组合梁受弯性能研究

李 杰 刘继军 王俊杰

（山东信息职业技术学院，山东 潍坊 261061）

随着建筑行业的不断发展，装配式和预制部分外包技术作为一种创新性的建筑方法逐渐受到广泛关注[1]，在这个背景下，混凝土组合梁作为一种重要的结构形式，其性能研究显得尤为重要。装配式预制部分外包混凝土组合梁以其高效、质量可控的特点，在现代建筑结构设计中扮演着重要角色[2]。本研究聚焦于装配式预制部分外包混凝土组合梁的受弯性能，通过深入分析该结构在不同条件下的力学性能，探讨装配式预制技术对建筑结构的影响。

1 原材料及试验方法

1.1 建筑材料

1.1.1 混凝土

试验所采用的混凝土参数如表1 所示。选择了水泥强度等级为P·O 42.5 的优质水泥，其初凝时间约120min，28d抗压强度达到约60MPa。砂选用了中等细砂，砂含泥量控制在不超过3%。碎石方面，采用了5mm～20mm的天然河砂碎石，其压碎值不超过5%。为了提高混凝土的流动性和抗裂性，添加了1.2%的高性能聚羧酸减水剂。这一系列的建筑材料选择和参数设计旨在满足混凝土设计要求，并为装配式预制部分外包混凝土组合梁的受弯性能测试提供坚实基础。

表1 混凝土参数

1.1.2 钢筋

选用优质的HRB400 级钢筋，其抗拉强度为400MPa，确保混凝土组合梁的受弯性能和韧性。

1.2 试验方案

1.2.1 装配式预制混凝土组合梁设计

采用横截面为矩形的设计，考虑到受弯构件的抗弯性能，指定梁的长度、宽度和高度分别为4m、0.3m、0.5m，以满足实际工程需求。确定混凝土强度等级为C30，以保证梁的承载能力。

1.2.2 混凝土组合梁制备

钢筋按设计要求在梁的受拉区域进行布置，达到提高梁的受弯强度和延性的效果[3]。采用机械搅拌方式，混凝土拌合时间控制在3min，确保混凝土均匀性。预制混凝土组合梁采用装配式工艺，将构件在工厂进行预制，以保证质量可控。

1.2.3 养护

采用标准养护条件，混凝土组合梁在浇筑后的7d和28d 内分别进行湿润养护[4]。控制养护室内温度在20°C±2°C，湿度在95%±5%，以促进混凝土的早期强度发展。

1.2.4 受弯性能测试方法

采用电液万能试验机进行受弯性能测试。在试验过程中，加载速率设定为5mm/min，记录加载过程中的荷载-位移曲线。测试包括极限承载力、变形能力、裂缝形态等，进而全面评估装配式预制混凝土组合梁的受弯性能[5]。

2 装配式预制部分外包混凝土组合梁受弯性能试验研究

2.1 试验样品制备

为进行装配式预制混凝土组合梁受弯性能的试验研究，首先按照1.2.1和1.2.2的试验方案设计制备梁的试验样品。按照设计要求，采用矩形横截面，长度为4m、宽度为0.3m、高度为0.5m。在受拉区域布置HRB400级钢筋，确保受弯构件的抗弯性能。

2.2 试验条件设置

考虑到不同条件对装配式预制混凝土组合梁受弯性能的影响，设置以下试验条件：

试验组1：使用C30混凝土，加载速率为5mm/min；

试验组2：使用C40混凝土，加载速率为7mm/min；

试验组3：使用C30混凝土，加载速率为3mm/min。

条件选择目的在于研究混凝土强度和加载速率对混凝土组合梁受弯性能的影响[6-7]。

2.3 试验数据记录与分析

在电液万能试验机的作用下进行受弯性能测试，通过记录加载过程中的荷载-位移曲线，试验条件如下：

极限承载力：荷载-位移曲线中的最大荷载值。

变形能力：荷载-位移曲线下的面积，代表混凝土组合梁的变形能力。

裂缝形态：观察并记录在试验过程中梁的裂缝形态。

试验结果见表2。

表2 装配式预制部分外包混凝土组合梁受弯性能的试验数据

由表2可知,不同条件下装配式预制混凝土组合梁的受弯性能特点。通过综合分析极限承载力和变形能力，可以采用式(1)计算：

式中M为弯矩，kN/m；fc为混凝土抗压强度，MPa；b为梁的宽度，mm；h为梁的高度，mm。

通过式(1)和试验数据，可以全面评估装配式预制混凝土组合梁的抗弯强度和变形能力。

由表2可以得出以下结论：

（1）试验组2（C40混凝土，加载速率7mm/min）具有最高的极限承载力和变形能力，显示出较好的强度和变形性能。

（2）试验组3（C30混凝土，加载速率3mm/min）虽然具有较低的极限承载力，但其裂缝形态表明在较慢的加载速率下产生了明显的裂缝，可能需要考虑结构的改进和优化。

（3）试验组1（C30混凝土，加载速率5mm/min）在弯曲性能上介于试验组2和试验组3之间。

3 预制部分外包对混凝土坍落度及力学性能的影响

3.1 预制部分外包对混凝土坍落度的影响试验

在已有的试验基础上，选择三个不同的预制部分外包方案，分别标记为方案A、方案B和方案C，这些方案在外包施工的不同材料、工艺或者施工条件上存在一定差异。根据方案进行混凝土坍落度的试验，采用不同方案制备的混凝土，记录相应的坍落度数据。试验条件如下：

试验组A：使用C30混凝土，方案A的外包方式，记录坍落度数据。

试验组B：使用C30混凝土，方案B的外包方式，记录坍落度数据。

试验组C：使用C30混凝土，方案C的外包方式，记录坍落度数据。

试验结果见表3。

表3 预制部分外包对混凝土坍落度的影响试验数据

3.2 预制部分外包对混凝土力学性能的影响试验

开展力学性能试验以评估预制部分外包对混凝土的影响[8-10]。采用不同方案制备的混凝土，在先前的试验基础上进行力学性能的测试。试验条件如下：

试验组A：使用C30混凝土，方案A的外包方式，记录力学性能数据。

试验组B：使用C30混凝土，方案B的外包方式，记录力学性能数据。

试验组C：使用C30混凝土，方案C的外包方式，记录力学性能数据。

试验结果见表4。

表4 预制部分外包对混凝土力学性能的影响试验数据

3.3 分析预制部分外包对混凝土坍落度及力学性能的影响

3.3.1 混凝土坍落度影响分析

方案B 的坍落度较大，可能由于外包方式导致了混凝土的流动性增加。方案C 的坍落度较小，可能与外包方式有关，可能采用了某种减水剂或混凝土配合比的调整。

3.3.2 力学性能影响分析

三种方案的极限承载力差异不大，说明外包方式对混凝土的整体强度影响有限。方案B在极限承载力和变形能力上都略低于其他两个方案，可能需要注意外包方式对混凝土的强度和变形性能的影响。

4 装配式预制混凝土组合梁的抗氯离子渗透性能研究

4.1 抗氯离子渗透性能试验方案设计

为了研究装配式预制混凝土组合梁的抗氯离子渗透性能，我们采用以下试验方案。考虑到不同条件可能对抗氯离子渗透性能的影响，设置不同的试验组，具体如下：

试验组X：装配式预制混凝土组合梁，使用C30 混凝土，外包方案A，湿润养护条件。

试验组Y：装配式预制混凝土组合梁，使用C30 混凝土，外包方案B，湿润养护条件。

试验组Z：装配式预制混凝土组合梁，使用C30 混凝土，外包方案C，湿润养护条件。

每个试验组在浇筑后的28d 进行抗氯离子渗透性能测试。采用标准试验方法测定混凝土试件的氯离子渗透深度，以评估混凝土的抗氯离子渗透性能。

4.2 抗氯离子渗透性能试验数据记录与分析

在抗氯离子渗透性能试验中，记录不同试验组的氯离子渗透深度数据，如表5所示。

表5 装配式预制混凝土组合梁抗氯离子渗透性能试验数据

4.3 抗氯离子渗透性能分析

通过对抗氯离子渗透性能试验数据的分析，结合已有的公式和知识，可以得出如下结论：

外包方案B（试验组Y）的混凝土组合梁在抗氯离子渗透性能上表现最差，其氯离子渗透深度最大。可能方案B 的外包方式导致了混凝土的孔隙结构较大，容易受到氯离子的侵蚀。

外包方案C（试验组Z）的混凝土组合梁在抗氯离子渗透性能上表现较好，其氯离子渗透深度最小。可能方案C 采用了一定的措施，例如使用了抗渗剂或优化了混凝土配合比，以提高混凝土的抗氯离子渗透性能。

外包方案A（试验组X）的混凝土组合梁在抗氯离子渗透性能上居中，其氯离子渗透深度介于方案B 和方案C之间。

5 结语

综上所述，装配式预制混凝土组合梁在不同条件下表现出不同的受弯性能。外包方式对混凝土的坍落度和力学性能有一定影响，需谨慎选择。抗氯离子渗透性能方面，外包方式的选择对混凝土的性能影响显著。