摘   要：探討了膨脹劑摻量、養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、界面黏結強度及黏結抗滲性能的影響。試驗結果表明：限制養護條件下微膨脹混凝土力學(xué)強度較同齡期自由養護試件均有提高，外部約束有利于提高其力學(xué)強度；養護條件對濕接縫混凝土的變形性能具有顯著(zhù)影響，工程應用中濕接縫混凝土應進(jìn)行不少于14 d的濕養護；光面、粗糙面和界面劑處理三種接縫界面狀態(tài)下，粗糙面試件的黏結劈裂抗拉強度和黏結抗滲性能最/高，光面試件最/低。涂刷界面劑后黏結劈裂抗拉強度略高于光面試件，但是黏結抗滲性能明顯優(yōu)于光面試件，滲透系數比光面試件降低了73.5%。海天機電PC生產(chǎn)線(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，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；養護條件

0   前言

裝配式橋梁采用工廠(chǎng)預制墩柱、箱梁等構件，運至現場(chǎng)進(jìn)行拼裝施工，具有建造周期短、質(zhì)量可控等優(yōu)點(diǎn)。目前，預制節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用。為了使接縫混凝土與兩側構件結合良好，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(jìn)行鋼筋綁扎、立模和澆筑，并且養護難度大，很容易產(chǎn)生收縮裂縫。此外，現澆混凝土與預制構件混凝土齡期差異大，收縮變形不協(xié)調也使濕接縫界面處易出現裂縫滲水現象，導致外部侵蝕性物質(zhì)滲入及凍融破壞，引起鋼筋銹蝕和混凝土性能退化等問(wèn)題。海天機電PC生產(chǎn)線(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，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，但是現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(guò)濕接縫混凝土配合比優(yōu)化，研究膨脹劑、養護條件等因素對其強度和變形的影響規律；在此基礎上，還設計黏結劈裂抗拉試件和黏結抗滲試件，研究界面狀態(tài)對界面黏結劈裂抗拉強度和抗滲性能的影響，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(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，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區河砂，細度模數為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(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

1.2   試驗方案

濕接縫混凝土設計水膠比為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(guò)調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果見(jiàn)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護室養護。其中，自由養護試件1 d后拆模，繼續養護至規定齡期，而限制養護試件養護至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(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，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(jìn)行試驗，試件尺寸為100 mm×100 mm×300 mm?；炷撩芊怵B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(mǎn)波紋管振實(shí)后放置于PVC管中，用塑料膜將試件進(jìn)行密封，24 h后對變形進(jìn)行連續測量。干燥養護變形試件尺寸為100 mm×100 mm×515 mm，成型１ d后拆模并測試其豎向變形。密封養護及干燥養護變形試件每組采用三個(gè)平行試樣，置于溫度（20±2）℃、相對濕度60%的養護室中養護。海天機電PC生產(chǎn)線(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

1.2.3   黏結劈裂抗拉強度測試

參照DL/T 5150—2017《水工混凝土試驗規程》測試濕接縫混凝土與預制構件的界面黏結強度。制作光面和粗糙面兩種黏結基準塊，混凝土配合比見(jiàn)表2。光面黏結基準塊在150 mm×150 mm×150 mm試模中澆筑一半，標準養護28 d后待用。粗糙面黏結基準塊首先成型150 mm×150 mm×150 mm試件，標準養護28 d后將試件從中間劈開(kāi)，采用“灌砂法”測試劈開(kāi)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(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

成型3種界面狀態(tài)的黏結劈裂抗拉強度試件：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(shí)，將基準塊垂直放入150 mm×150 mm× 150 mm立方體試模一側，然后將拌和好的濕接縫混凝土澆入已放置黏結基準塊的試模中并振實(shí)，1 d后脫模進(jìn)行標準養護，測試7 d及28 d黏結劈裂抗拉強度，如圖1所示。海天機電PC生產(chǎn)線(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

1.2.4   黏結抗滲性能測試

采用相對滲透性系數法，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)的黏結抗滲試件。采用HS-4OA型滲透儀，按照DL/T 5150—2017相關(guān)要求進(jìn)行操作。將抗滲儀水壓力一次加到 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(wàn)/能試驗機將試件沿接縫界面和垂直面劈開(kāi)，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(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

相對滲透性系數按式（1）計算。

式中：Kr為相對滲透性系數，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(shí)間，h。

2   試驗結果與分析

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果。由圖2和圖3可知，在自由養護條件下，抗壓強度和劈裂抗拉強度隨著(zhù)膨脹劑摻量增加而降低，相比于基準組試件，膨脹劑內摻12%時(shí)，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，膨脹劑內摻導致水泥用量減少，水泥水化產(chǎn)物減少；另一方面，膨脹劑水化過(guò)程中生成膨脹產(chǎn)物（鈣礬石和氫氧化鈣），在自由狀態(tài)下，使混凝土內部產(chǎn)生微裂縫而引起強度降低。在限制養護條件下，28 d齡期基準試件的力學(xué)強度與自由養護條件下基本接近，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護試件均有較大程度提高，內摻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%。在限制養護條件下膨脹產(chǎn)物填充混凝土毛細孔，混凝土內部產(chǎn)生膨脹應力，使混凝土結構更加密實(shí)，從而提高了力學(xué)性能。海天機電PC生產(chǎn)線(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，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(xiàn)。在前期水養階段，摻入膨脹劑試件相比于基準試件發(fā)生持續膨脹，膨脹變形值隨著(zhù)膨脹劑摻量的提高而增大。14 d時(shí)8%、10%、12%膨脹劑摻量下限制膨脹率分別達到260 με、500 με、667 με，表明在水養條件下，膨脹劑可充分補償混凝土的早期收縮。進(jìn)入干燥養護階段后，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(shí)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《補償收縮混凝土應用技術(shù)規程》的要求，濕接縫混凝土限制膨脹率水中14 d大于0.025%，轉空氣中收縮小于0.02%，綜合限制膨脹率和力學(xué)強度結果，膨脹劑摻量選定為內摻10%。海天機電PC生產(chǎn)線(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

摻10%膨脹劑試件與基準試件的密封養護變形及干燥養護變形結果如圖5所示。從圖5可以看出，20 ℃密封養護條件下，變形主要發(fā)生在前7 d，14 d后趨于穩定?；鶞试嚰掷m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均表現為膨脹，7 d膨脹變形為68 με，此后逐漸減小，14 d時(shí)膨脹變形為33 με。在干燥養護條件下，基準和摻10%膨脹劑試件均表現為收縮，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(shí)干燥收縮為237 με，比基準組小15 με，28 d時(shí)為276 με，比基準小28 με。結果表明，養護條件對濕接縫混凝土的變形發(fā)展具有顯著(zhù)影響。因此，在工程實(shí)際應用中，微膨脹濕接縫混凝土應進(jìn)行不少于14 d的濕養護。海天機電PC生產(chǎn)線(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

2.3   界面黏結劈裂抗拉強度

圖6為摻10%膨脹劑濕接縫混凝土不同界面狀態(tài)下的黏結劈裂抗拉強度結果。由圖6可知，光面試件的黏結劈裂抗拉強度較低，7 d黏結劈裂抗拉強度僅為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劈裂抗拉強度比光面試件略高，粗糙面試件的黏結劈裂抗拉強度最/高，相比于光面試件7 d黏結劈裂抗拉強度提高了16.5%，28 d黏結劈裂抗拉強度提高了24.0%。這是由于新舊混凝土界面黏結力主要包括機械嚙合力、范德華力與化學(xué)作用力[13-14]，而黏結基準塊混凝土齡期較長(cháng)，此時(shí)內部水泥水化已經(jīng)趨于穩定，導致新澆混凝土與舊混凝土界面化學(xué)結合力較弱，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，從而提高黏結劈裂抗拉強度。圖7為各試件的黏結劈裂抗拉破壞斷面形態(tài)，可以發(fā)現，黏結劈裂抗拉測試中破壞面均發(fā)生在新舊混凝土界面，黏結面上僅有水泥漿體而沒(méi)有骨料附著(zhù)，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(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

2.4   界面黏結抗滲性能

圖8為摻10%膨脹劑試件不同界面狀態(tài)下黏結抗滲試驗中垂直于接縫面上的滲水高度分布。由圖8可見(jiàn)，各試件的滲水高度分布為“倒漏斗”形狀，接縫面20 mm范圍內滲水高度較大，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計算結果如表3所示，由表3可以看出，接縫面相對滲透性系數遠大于其他澆筑部位（非接縫面），光面試件界面黏結抗滲性?xún)H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滲性能，粗糙面試件的黏結抗滲性能最/好，涂刷界面劑后相對滲透性系數略高于鑿毛試件，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(huì )向舊混凝土中滲透；另一方面，界面劑與新澆混凝土澆筑時(shí)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構，提高了界面密實(shí)性和抗滲性能。海天機電PC生產(chǎn)線(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

3   結論

（1）自由養護條件下，混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度隨著(zhù)膨脹劑摻量增加而降低，而在限制養護條件下，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(xiàn)，PC構件生產(chǎn)線(xiàn)，預制構件生產(chǎn)線(xiàn)，PC模臺，固定模臺，疊合板生產(chǎn)線(xiàn)，裝配式建筑模臺。

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

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

海天PC生產(chǎn)線(xiàn)

海天固定模臺生產(chǎn)線(xiàn)

海天機電翻轉模臺

海天機電管廊模具

海天機電樓梯模具