轻量化预制混凝土叠合楼板力学性能研究

2024-05-06杨雪亮张彬李鹏

佛山陶瓷 2024年4期

杨雪亮，张彬，李鹏

（山东能源集团建工集团有限公司上海分公司，上海 200030）

1 前言

随着现代建筑工程的快速发展，对建筑材料的性能要求日益提高，特别是在轻量化、高强度和环保方面。轻量化预制混凝土叠合楼板作为一种新型建筑材料，因其出色的力学性能和施工便捷性，正逐渐成为工程应用的热点。不仅减轻了建筑自重，提高了施工效率，还在一定程度上降低了建筑成本。本文对轻量化预制混凝土叠合楼板试件的制备及其力学性能进行试验分析，如图1 所示。

图1 轻量化预制混凝土叠合楼板示意图

2 试验准备

本次试验中，依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 和《钢筋桁架楼承板应用技术规程》T/CECS 1069-2022 的标准，设计两组共计六块轻量化预制混凝土叠合楼板试件，所用混凝土强度等级为C30，厚度为110 mm，免拆底模厚度为20 mm，而后浇混凝土层的厚度为90 mm。每块试件的桁架高度均为70 mm，上下弦钢筋直径均为8 mm，腹杆钢筋直径为4.5 mm。

将六块试件分为两组：A 组和B 组。A 组桁架间距为200 mm，试件编号为QLH1-QLH3；B 组桁架间距为300 mm，试件编号为QLH4-QLH6。这种分组设计旨在探究桁架间距对楼板性能的影响。试件尺寸及设计参数见表1

表1 试件尺寸及设计参数

3 材料性能试验

3.1 抗压强度试验

抗压强度试验的目的是评估轻量化预制混凝土叠合楼板在受到轴向压缩力时的表现。根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 规定，本试验采用标准立方体试块，其尺寸为150 mm×150 mm×150 mm。试验中，每组样品均取三个试件进行测试，以确保结果的可靠性。

试验过程中，将试件放置于电子万能试验机中，施加压力直至试件破坏。在整个过程中，采用闭环控制方式，确保加载速率恒定。测试中记录每个试件的破坏模式、最大承载力和相应的变形量。根据所得数据，计算每个试件的抗压强度，即破坏时的最大承载力除以试件的初始横截面积。

3.2 抗拉强度试验

抗拉强度试验是为了评价轻量化预制混凝土叠合楼板在受到拉力时的性能和强度。本试验遵循《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 中的相关规定，旨在测定混凝土的直接抗拉强度。试验中使用的试件为标准圆柱形试块，尺寸为150 mm 直径和300 mm 高。

试验的过程中，每个试件均经历了一个缓慢增加的拉力直至发生断裂。为了确保数据的准确性和可靠性，每组样品均进行了三次重复试验。试验机的加载速率保持一致，以确保每个试件受到相同条件下的拉伸。试验中记录了试件的破坏模式、最大承载力及其相应的伸长率。

4 试验加载方案

本试验的关键在于准确地重现楼板在施工阶段所承受的荷载条件，特别是考虑到这些楼板在施工期间常常承受均布荷载。为此，选取QLH2 和QLH5 试件进行详细分析，以代表整个试验系列。试验中，楼板的两端分别设置为固定铰支座和可动铰支座，以构建一个经典的简支梁模型。固定铰支座能够提供垂直于楼板方向的支撑，同时允许梁在水平方向转动，而可动铰支座则仅提供垂直方向的支撑，允许梁在水平和垂直方向移动。这种设置旨在模拟实际建筑结构中楼板的支撑条件，确保试验结果能够真实地反映楼板在实际应用中的行为。为了模拟施工阶段的均布荷载，试验采用大理石块、涂料袋和散装砂子作为加载材料。这些材料被均匀地布置在楼板上，以产生连续且均匀分布的荷载，如图2 所示。荷载的分布和大小是根据预先计算的楼板设计荷载来确定的，以确保荷载条件与实际施工阶段相符。

图2 试验加载简图

在加载过程中，荷载逐渐增加，直至达到设计荷载或楼板发生明显的结构破坏。整个过程中，使用传感器和测量设备来记录楼板的变形、应力和其他相关参数。这些数据对于分析楼板的承载能力和结构响应至关重要。此外，试验中还特别注意了荷载施加的均匀性和加载速率的控制，以确保试验条件的稳定性和可重复性。通过这种细致入微的试验方案，可以确保得到精确和可靠的数据，为后续的分析提供坚实的基础。

5 试验结果与分析

5.1 试件抗压强度结果与分析

每组试件的平均抗压强度及其标准偏差如表2 所示。

表2 每组试件的平均抗压强度及其标准偏差

本次试验中，轻量化预制混凝土叠合楼板的抗压强度表现出了令人满意的结果。如前所述，试件QLH1 至QLH6 的抗压强度均达到或超过了C30 混凝土的设计标准（30 MPa），显示出较高的一致性和可靠性。具体来看，A 组试件（QLH1 至QLH3）的平均抗压强度为28.4 MPa，而B 组试件（QLH4 至QLH6）的平均抗压强度为29.3 MPa。这一差异表明，尽管桁架间距的不同对抗压强度有一定影响，但影响程度较小。

从破坏模式来看，所有试件均显示出典型的混凝土受压破坏特征，即沿斜面产生裂缝，最终导致压碎。这表明了混凝土本身的抗压性能是楼板承载能力的主要决定因素，而内部的钢筋桁架结构则提供了额外的稳定性和支撑。这些结果强调了细石混凝土以及钢筋桁架在预制混凝土叠合楼板中的重要作用，同时也证明了该设计对于提高建筑结构的承载能力和稳定性是有效的。

5.2 试件抗拉强度结果与分析

每组试件的平均抗拉强度及其标准偏差如表3 所示。

表3 每组试件的平均抗拉强度及其标准偏差

在抗拉强度方面，所有试件的表现也符合预期。试件QLH1 至QLH6 的抗拉强度均在2.4 至2.6 MPa 范围内，与C30 混凝土的典型抗拉性能相符。这一结果证明了混凝土叠合楼板在承受拉力时的良好性能，特别是在考虑到建筑结构中可能遇到的各种拉伸应力。

观察试件的破坏模式，可以发现主要的破坏形式为沿纵向的裂缝，这表明拉伸应力主要集中在混凝土本身，而钢筋桁架则在其中起到支撑和增强作用。这些观察结果进一步证实了钢筋桁架与混凝土之间良好的粘结性和协同作用，有助于提高整体结构的抗拉性能。从试验结果来看，桁架间距对抗拉强度的影响同样不明显，这表明设计中选择的桁架间距能够有效地满足结构性能的要求。无论是较密的桁架布置（A 组）还是较疏的布置（B 组），都能保证楼板具有足够的抗拉强度。