摘   要：探討了膨脹劑摻量、養(yǎng)護條件和界面狀況對濕接縫混凝土的力學(xué)強度、變形特征、界面黏結(jié)強度及黏結(jié)抗?jié)B性能的影響。試驗結(jié)果表明：限制養(yǎng)護條件下微膨脹混凝土力學(xué)強度較同齡期自由養(yǎng)護試件均有提高，外部約束有利于提高其力學(xué)強度；養(yǎng)護條件對濕接縫混凝土的變形性能具有顯著影響，工程應(yīng)用中濕接縫混凝土應(yīng)進行不少于14 d的濕養(yǎng)護；光面、粗糙面和界面劑處理三種接縫界面狀態(tài)下，粗糙面試件的黏結(jié)劈裂抗拉強度和黏結(jié)抗?jié)B性能最/高，光面試件最/低。涂刷界面劑后黏結(jié)劈裂抗拉強度略高于光面試件，但是黏結(jié)抗?jié)B性能明顯優(yōu)于光面試件，滲透系數(shù)比光面試件降低了73.5%。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

關(guān)鍵詞：濕接縫混凝土；強度；變形特性；界面性能；養(yǎng)護條件

0   前言

裝配式橋梁采用工廠預(yù)制墩柱、箱梁等構(gòu)件，運至現(xiàn)場進行拼裝施工，具有建造周期短、質(zhì)量可控等優(yōu)點。目前，預(yù)制節(jié)段拼裝接縫處理常用的方式有三種：干接縫、濕接縫和膠接縫。其中，濕接縫研究起步較早，得到了大面積推廣應(yīng)用。為了使接縫混凝土與兩側(cè)構(gòu)件結(jié)合良好，一般采用補償收縮混凝土。但由于濕接縫往往需要在高空進行鋼筋綁扎、立模和澆筑，并且養(yǎng)護難度大，很容易產(chǎn)生收縮裂縫。此外，現(xiàn)澆混凝土與預(yù)制構(gòu)件混凝土齡期差異大，收縮變形不協(xié)調(diào)也使?jié)窠涌p界面處易出現(xiàn)裂縫滲水現(xiàn)象，導(dǎo)致外部侵蝕性物質(zhì)滲入及凍融破壞，引起鋼筋銹蝕和混凝土性能退化等問題。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

濕接縫混凝土是裝配式橋梁的薄弱環(huán)節(jié)，但是現(xiàn)階段混凝土耐久性研究大多集中于整體澆筑的混凝土，對濕接縫混凝土變形以及接縫界面耐久性研究較少。因此，本文通過濕接縫混凝土配合比優(yōu)化，研究膨脹劑、養(yǎng)護條件等因素對其強度和變形的影響規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，還設(shè)計黏結(jié)劈裂抗拉試件和黏結(jié)抗?jié)B試件，研究界面狀態(tài)對界面黏結(jié)劈裂抗拉強度和抗?jié)B性能的影響，探討提高濕接縫混凝土界面耐久性的措施。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

1   試驗

1.1   原材料

采用臺泥P·Ⅱ52.5水泥；Ⅱ級粉煤灰，需水量比為104%，燒失量為3.3%；Ⅱ區(qū)河砂，細度模數(shù)為2.3，含泥量為2.5%；粒徑為5~16 mm、16~25 mm的石子，含泥量分別為0.6%和0.4%；聚羧酸系高性能減水劑（HLC-Ⅸ）、膨脹劑（HLC-KL18）和界面劑（HLC-SF524）。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

1.2   試驗方案

濕接縫混凝土設(shè)計水膠比為0.3，粉煤灰摻量為20%，膨脹劑摻量為取代水泥與粉煤灰總量的8%、10%和12%。通過調(diào)整減水劑的摻量控制擴展度為（600±50）mm，各組混凝土配合比及工作性結(jié)果見表1。

1.2.1   強度測試

參照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標準》測試各組混凝土的抗壓強度及劈裂抗拉強度，采用試件尺寸為150 mm×150 mm×150 mm，模具為鋼模，混凝土成型后放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護。其中，自由養(yǎng)護試件1 d后拆模，繼續(xù)養(yǎng)護至規(guī)定齡期，而限制養(yǎng)護試件養(yǎng)護至28 d后拆模，分別測試各組試件的抗壓強度及劈裂抗拉強度。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

1.2.2   變形測試

限制膨脹率測試按照GB/T 23439—2017《混凝土膨脹劑》進行試驗，試件尺寸為100 mm×100 mm×300 mm?；炷撩芊怵B(yǎng)護變形測試采用?覫100 mm×400 mm PVC管和波紋管，將混凝土裝填滿波紋管振實后放置于PVC管中，用塑料膜將試件進行密封，24 h后對變形進行連續(xù)測量。干燥養(yǎng)護變形試件尺寸為100 mm×100 mm×515 mm，成型１ d后拆模并測試其豎向變形。密封養(yǎng)護及干燥養(yǎng)護變形試件每組采用三個平行試樣，置于溫度（20±2）℃、相對濕度60%的養(yǎng)護室中養(yǎng)護。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

1.2.3   黏結(jié)劈裂抗拉強度測試

參照DL/T 5150—2017《水工混凝土試驗規(guī)程》測試濕接縫混凝土與預(yù)制構(gòu)件的界面黏結(jié)強度。制作光面和粗糙面兩種黏結(jié)基準塊，混凝土配合比見表2。光面黏結(jié)基準塊在150 mm×150 mm×150 mm試模中澆筑一半，標準養(yǎng)護28 d后待用。粗糙面黏結(jié)基準塊首先成型150 mm×150 mm×150 mm試件，標準養(yǎng)護28 d后將試件從中間劈開，采用“灌砂法”測試劈開面的粗糙度，選擇粗糙度為3~4 mm的試件待用。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

成型3種界面狀態(tài)的黏結(jié)劈裂抗拉強度試件：①光面；②光面涂刷界面劑；③粗糙面。界面劑為高分子聚合物乳液，將界面劑與水泥按1∶2攪拌均勻后，用毛刷在基準塊界面上均勻涂抹一層。成型時，將基準塊垂直放入150 mm×150 mm× 150 mm立方體試模一側(cè)，然后將拌和好的濕接縫混凝土澆入已放置黏結(jié)基準塊的試模中并振實，1 d后脫模進行標準養(yǎng)護，測試7 d及28 d黏結(jié)劈裂抗拉強度，如圖1所示。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

1.2.4   黏結(jié)抗?jié)B性能測試

采用相對滲透性系數(shù)法，參照1.2.3制作光面、光面涂刷界面劑以及粗糙面三種界面狀態(tài)的黏結(jié)抗?jié)B試件。采用HS-4OA型滲透儀，按照DL/T 5150—2017相關(guān)要求進行操作。將抗?jié)B儀水壓力一次加到 0.8 MPa，在此壓力下恒壓24 h，然后降壓，從試模中取出試件。用萬/能試驗機將試件沿接縫界面和垂直面劈開，并測量接縫界面和垂直面上的滲水高度。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

相對滲透性系數(shù)按式（1）計算。

式中：Kr為相對滲透性系數(shù)，cm/h；a為混凝土的吸水率，一般為0.03；Dm為平均滲水高度，cm；H為水壓力，以水柱高度表示，cm；t為恒壓時間，h。

2   試驗結(jié)果與分析

2.1   濕接縫混凝土的力學(xué)性能

圖2和圖3分別為不同膨脹劑摻量、不同養(yǎng)護條件下濕接縫混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度測試結(jié)果。由圖2和圖3可知，在自由養(yǎng)護條件下，抗壓強度和劈裂抗拉強度隨著膨脹劑摻量增加而降低，相比于基準組試件，膨脹劑內(nèi)摻12%時，7 d、28 d抗壓強度分別降低5.1%、12.0%，劈裂抗拉強度分別降低22.1%、13.3%。原因主要如下：一方面，膨脹劑內(nèi)摻導(dǎo)致水泥用量減少，水泥水化產(chǎn)物減少；另一方面，膨脹劑水化過程中生成膨脹產(chǎn)物（鈣礬石和氫氧化鈣），在自由狀態(tài)下，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫而引起強度降低。在限制養(yǎng)護條件下，28 d齡期基準試件的力學(xué)強度與自由養(yǎng)護條件下基本接近，而摻入膨脹劑試件的抗壓強度和劈裂抗拉強度較同齡期自由養(yǎng)護試件均有較大程度提高，內(nèi)摻8%、10%和12%膨脹劑試件抗壓強度分別提高21.3%、18.8%和32.1%，劈裂抗拉強度分別提高4.7%、8.4%和10.7%。在限制養(yǎng)護條件下膨脹產(chǎn)物填充混凝土毛細孔，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實，從而提高了力學(xué)性能。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

2.2   濕接縫混凝土的變形性能

圖4為不同膨脹劑摻量下濕接縫混凝土的限制膨脹率發(fā)展曲線。在前期水養(yǎng)階段，摻入膨脹劑試件相比于基準試件發(fā)生持續(xù)膨脹，膨脹變形值隨著膨脹劑摻量的提高而增大。14 d時8%、10%、12%膨脹劑摻量下限制膨脹率分別達到260 με、500 με、667 με，表明在水養(yǎng)條件下，膨脹劑可充分補償混凝土的早期收縮。進入干燥養(yǎng)護階段后，基準試件收縮增大，摻膨脹劑試件也逐漸發(fā)生收縮，28 d時8%、10%、12%膨脹劑摻量下變形值分別為-166 με、67 με、115 με。按照JGJ/T 178—2009《補償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的要求，濕接縫混凝土限制膨脹率水中14 d大于0.025%，轉(zhuǎn)空氣中收縮小于0.02%，綜合限制膨脹率和力學(xué)強度結(jié)果，膨脹劑摻量選定為內(nèi)摻10%。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

摻10%膨脹劑試件與基準試件的密封養(yǎng)護變形及干燥養(yǎng)護變形結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，20 ℃密封養(yǎng)護條件下，變形主要發(fā)生在前7 d，14 d后趨于穩(wěn)定?；鶞试嚰掷m(xù)發(fā)生收縮，28 d收縮變形達到-157 με，摻10%膨脹劑試件的變形在測試齡期內(nèi)均表現(xiàn)為膨脹，7 d膨脹變形為68 με，此后逐漸減小，14 d時膨脹變形為33 με。在干燥養(yǎng)護條件下，基準和摻10%膨脹劑試件均表現(xiàn)為收縮，膨脹劑可以抑制混凝土的干縮變形，摻10%膨脹劑試件14 d時干燥收縮為237 με，比基準組小15 με，28 d時為276 με，比基準小28 με。結(jié)果表明，養(yǎng)護條件對濕接縫混凝土的變形發(fā)展具有顯著影響。因此，在工程實際應(yīng)用中，微膨脹濕接縫混凝土應(yīng)進行不少于14 d的濕養(yǎng)護。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

2.3   界面黏結(jié)劈裂抗拉強度

圖6為摻10%膨脹劑濕接縫混凝土不同界面狀態(tài)下的黏結(jié)劈裂抗拉強度結(jié)果。由圖6可知，光面試件的黏結(jié)劈裂抗拉強度較低，7 d黏結(jié)劈裂抗拉強度僅為1.58 MPa，為同齡期濕接縫混凝土自身劈裂抗拉強度的39%，28 d黏結(jié)劈裂抗拉強度可達到2.29 MPa，為同齡期濕接縫混凝土自身劈裂抗拉強度的47%。涂刷界面劑試件的黏結(jié)劈裂抗拉強度比光面試件略高，粗糙面試件的黏結(jié)劈裂抗拉強度最/高，相比于光面試件7 d黏結(jié)劈裂抗拉強度提高了16.5%，28 d黏結(jié)劈裂抗拉強度提高了24.0%。這是由于新舊混凝土界面黏結(jié)力主要包括機械嚙合力、范德華力與化學(xué)作用力[13-14]，而黏結(jié)基準塊混凝土齡期較長，此時內(nèi)部水泥水化已經(jīng)趨于穩(wěn)定，導(dǎo)致新澆混凝土與舊混凝土界面化學(xué)結(jié)合力較弱，機械嚙合力占主要作用。此外，粗糙面增加了新舊混凝土的界面接觸面積，從而提高黏結(jié)劈裂抗拉強度。圖7為各試件的黏結(jié)劈裂抗拉破壞斷面形態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)，黏結(jié)劈裂抗拉測試中破壞面均發(fā)生在新舊混凝土界面，黏結(jié)面上僅有水泥漿體而沒有骨料附著，光面試件界面粘附漿體較少，涂刷界面劑試件其次，粗糙面試件最多。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

2.4   界面黏結(jié)抗?jié)B性能

圖8為摻10%膨脹劑試件不同界面狀態(tài)下黏結(jié)抗?jié)B試驗中垂直于接縫面上的滲水高度分布。由圖8可見，各試件的滲水高度分布為“倒漏斗”形狀，接縫面20 mm范圍內(nèi)滲水高度較大，而距離接縫面較遠處滲水高度較小。各試件的滲水高度及相對滲透性系數(shù)計算結(jié)果如表3所示，由表3可以看出，接縫面相對滲透性系數(shù)遠大于其他澆筑部位（非接縫面），光面試件界面黏結(jié)抗?jié)B性僅為非接縫面的13.0%，極易發(fā)生滲漏引起混凝土耐久性不足。界面劑及粗糙面均可以提高接縫面的抗?jié)B性能，粗糙面試件的黏結(jié)抗?jié)B性能最/好，涂刷界面劑后相對滲透性系數(shù)略高于鑿毛試件，但相比于光面試件降低了73.5%。一方面界面劑乳液漿體顆粒較細，在舊混凝土表面涂刷后其水化產(chǎn)物會向舊混凝土中滲透；另一方面，界面劑與新澆混凝土澆筑時間接近，可以與新澆混凝土較好地融合，從而改善了新舊混凝土界面結(jié)構(gòu)，提高了界面密實性和抗?jié)B性能。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

3   結(jié)論

（1）自由養(yǎng)護條件下，混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度隨著膨脹劑摻量增加而降低，而在限制養(yǎng)護條件下，摻入膨脹劑試件的抗壓及劈裂抗拉強度較同齡期自由養(yǎng)護試件均有提高，外部約束有利于提高微膨脹混凝土的力學(xué)強度。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

（2）養(yǎng)護條件對濕接縫混凝土的變形性能具有顯著影響，摻10%膨脹劑混凝土在水養(yǎng)14 d條件下限制膨脹率為500 με，密封養(yǎng)護條件下膨脹值為33 με，干燥養(yǎng)護條件下收縮值為237 με，在工程實際應(yīng)用中，微膨脹濕接縫混凝土應(yīng)進行不少于14 d濕養(yǎng)護。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

（3） 三種接縫界面狀態(tài)下，粗糙面試件的黏結(jié)劈裂抗拉強度和黏結(jié)抗?jié)B性能最/高，光面試件最/低。涂刷界面劑后黏結(jié)劈裂抗拉強度略高于光面試件，但是黏結(jié)抗?jié)B性能明顯優(yōu)于無處理光面試件，滲透性系數(shù)比光面試件降低73.5%。海天機電PC生產(chǎn)線，PC構(gòu)件生產(chǎn)線，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)線，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線，裝配式建筑模臺。

海天PC生產(chǎn)線

海天固定模臺生產(chǎn)線

海天機電翻轉(zhuǎn)模臺

海天機電管廊模具

海天機電樓梯模具