摘 要:探討了膨脹劑摻量、養(yǎng)護(hù)條件和界面狀況對濕接縫混凝土的力學(xué)強(qiáng)度、變形特征、界面黏結(jié)強(qiáng)度及黏結(jié)抗?jié)B性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:限制養(yǎng)護(hù)條件下微膨脹混凝土力學(xué)強(qiáng)度較同齡期自由養(yǎng)護(hù)試件均有提高,外部約束有利于提高其力學(xué)強(qiáng)度;養(yǎng)護(hù)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(jìn)行不少于14 d的濕養(yǎng)護(hù);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(qiáng)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(qiáng)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(jī)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(qiáng)度;變形特性;界面性能;養(yǎng)護(hù)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(yùn)至現(xiàn)場進(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(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(bǔ)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(yǎng)護(hù)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(jī)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(hù)條件等因素對其強(qiáng)度和變形的影響規(guī)律;在此基礎(chǔ)上,還設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jī)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(yàn)
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(xì)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(jī)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(yàn)方案
濕接縫混凝土設(shè)計(jì)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(kuò)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(qiáng)度測試
參照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測試各組混凝土的抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。其中,自由養(yǎng)護(hù)試件1 d后拆模,繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期,而限制養(yǎng)護(hù)試件養(yǎng)護(hù)至28 d后拆模,分別測試各組試件的抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度。海天機(jī)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(jìn)行試驗(yàn),試件尺寸為100 mm×100 mm×300 mm?;炷撩芊怵B(yǎng)護(hù)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(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(xù)測量。干燥養(yǎng)護(hù)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(hù)及干燥養(yǎng)護(hù)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(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。海天機(jī)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(qiáng)度測試
參照DL/T 5150—2017《水工混凝土試驗(yàn)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(qiáng)度。制作光面和粗糙面兩種黏結(jié)基準(zhǔn)塊,混凝土配合比見表2。光面黏結(jié)基準(zhǔn)塊在150 mm×150 mm×150 mm試模中澆筑一半,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后待用。粗糙面黏結(jié)基準(zhǔn)塊首先成型150 mm×150 mm×150 mm試件,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)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(jī)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(qiáng)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(zhǔn)塊界面上均勻涂抹一層。成型時(shí),將基準(zhǔn)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(zhǔn)塊的試模中并振實(shí),1 d后脫模進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),測試7 d及28 d黏結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度,如圖1所示。海天機(jī)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(jìn)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(yàn)機(jī)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(jī)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(jì)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(shí)間,h。
2 試驗(yàn)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(hù)條件下濕接縫混凝土的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度測試結(jié)果。由圖2和圖3可知,在自由養(yǎng)護(hù)條件下,抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度隨著膨脹劑摻量增加而降低,相比于基準(zhǔn)組試件,膨脹劑內(nèi)摻12%時(shí),7 d、28 d抗壓強(qiáng)度分別降低5.1%、12.0%,劈裂抗拉強(qiáng)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(qiáng)度降低。在限制養(yǎng)護(hù)條件下,28 d齡期基準(zhǔn)試件的力學(xué)強(qiáng)度與自由養(yǎng)護(hù)條件下基本接近,而摻入膨脹劑試件的抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度較同齡期自由養(yǎng)護(hù)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(qiáng)度分別提高21.3%、18.8%和32.1%,劈裂抗拉強(qiáng)度分別提高4.7%、8.4%和10.7%。在限制養(yǎng)護(hù)條件下膨脹產(chǎn)物填充混凝土毛細(xì)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(shí),從而提高了力學(xué)性能。海天機(jī)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(zhǔn)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(shí)8%、10%、12%膨脹劑摻量下限制膨脹率分別達(dá)到260 με、500 με、667 με,表明在水養(yǎng)條件下,膨脹劑可充分補(bǔ)償混凝土的早期收縮。進(jìn)入干燥養(yǎng)護(hù)階段后,基準(zhǔn)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J(rèn)GJ/T 178—2009《補(bǔ)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(qiáng)度結(jié)果,膨脹劑摻量選定為內(nèi)摻10%。海天機(jī)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(zhǔn)試件的密封養(yǎng)護(hù)變形及干燥養(yǎng)護(hù)變形結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出,20 ℃密封養(yǎng)護(hù)條件下,變形主要發(fā)生在前7 d,14 d后趨于穩(wěn)定?;鶞?zhǔn)試件持續(xù)發(fā)生收縮,28 d收縮變形達(dá)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(shí)膨脹變形為33 με。在干燥養(yǎng)護(hù)條件下,基準(zhǔn)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(shí)干燥收縮為237 με,比基準(zhǔn)組小15 με,28 d時(shí)為276 με,比基準(zhǔn)小28 με。結(jié)果表明,養(yǎng)護(hù)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(shí)際應(yīng)用中,微膨脹濕接縫混凝土應(yīng)進(jìn)行不少于14 d的濕養(yǎng)護(hù)。海天機(jī)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(qiáng)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(qiáng)度結(jié)果。由圖6可知,光面試件的黏結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度較低,7 d黏結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度僅為1.58 MPa,為同齡期濕接縫混凝土自身劈裂抗拉強(qiáng)度的39%,28 d黏結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度可達(dá)到2.29 MPa,為同齡期濕接縫混凝土自身劈裂抗拉強(qiáng)度的47%。涂刷界面劑試件的黏結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度比光面試件略高,粗糙面試件的黏結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度最/高,相比于光面試件7 d黏結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度提高了16.5%,28 d黏結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)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(jī)械嚙合力、范德華力與化學(xué)作用力[13-14],而黏結(jié)基準(zhǔn)塊混凝土齡期較長,此時(shí)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(jī)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(qiáng)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(jī)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(yàn)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(yuǎn)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(jì)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(yuǎn)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(xì),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(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(jié)構(gòu),提高了界面密實(shí)性和抗?jié)B性能。海天機(jī)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(hù)條件下,混凝土抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度隨著膨脹劑摻量增加而降低,而在限制養(yǎng)護(hù)條件下,摻入膨脹劑試件的抗壓及劈裂抗拉強(qiáng)度較同齡期自由養(yǎng)護(hù)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(qiáng)度。海天機(jī)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(hù)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(hù)條件下膨脹值為33 με,干燥養(yǎng)護(hù)條件下收縮值為237 με,在工程實(shí)際應(yīng)用中,微膨脹濕接縫混凝土應(yīng)進(jìn)行不少于14 d濕養(yǎng)護(hù)。海天機(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(jī)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。
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