梁宇，王大永，謝麗霞，劉運生，夏振興

（1.中交哈爾濱地鐵投資有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

近年來，國內地鐵工程建設正處于高速發(fā)展期，但地鐵車站施工期長，混凝土澆筑施工工藝復雜，施工進度緩慢低效[1]。通過裝配式結構的推廣，可以顯著提高施工效率和質量[2-4]。哈爾濱地鐵3號線丁香公園站采用明挖-裝配整體式混凝土地下空間結構，這是一種預制疊合裝配式結構，也稱半預制裝配式結構，具有以下優(yōu)點：

1）整體性能和防水性能較好。

2）預制構件可以規(guī)?；a，輕量化拼裝，預制施工速度較快。

3）適用于各種結構尺寸的建筑，特別是非標準截面適用性相對較好。

這種裝配式技術在國內比較少見，在地下空間結構中尚無應用，缺少可借鑒的工程實例。根據(jù)已反饋的明挖-裝配整體式混凝土地下空間結構車站設計和施工需要，急需解決的關鍵技術問題是流態(tài)混凝土約束收縮開裂和新舊混凝土結合面有效粘結問題。

研究者對裝配式結構新舊結合面質量的研究也取得了一定成果。張文淵[5]利用補償收縮混凝土對某工程屋面結構進行加固，實現(xiàn)結構自防水。趙軍等[6]利用超聲波法檢測裝配式結構接縫處的密實性，分析了缺陷數(shù)據(jù)的規(guī)律性，建立了空洞缺陷的計算模型。張菊輝等[7]從新舊混凝土界面的粗糙程度、采用的修補材料與界面劑的選擇以及界面植筋4方面進行了綜述，可在新混凝土中摻加特殊材料，提高性能。然而目前對地鐵車站裝配式結構用補償收縮混凝土缺少相關研究，因此開展對地下空間結構車站裝配式結構的補償收縮混凝土配制與檢測的研究意義重大。

本文針對哈爾濱地鐵3號線的實際施工問題，選制出適用于裝配式結構的補償收縮混凝土并開展對應混凝土的補償收縮能力驗證，以及相應混凝土的力學性能指標檢測。對應施工現(xiàn)場的裝配式結構檢測已完成[8]。

1 工程概況

哈爾濱位于東北嚴寒地區(qū)，每年的有效地鐵施工建設時間短，集中在3—11月份，因此對于地鐵施工的質量和速度要求較高，同時為響應國家關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見，哈爾濱地鐵丁香公園站將首先采用裝配式結構，可實現(xiàn)在狹小、局促的場地條件下，有效縮短施工工期，安全可靠地完成工程建設。本次研究主要針對車站裝配式結構補償收縮混凝土配合比選配及相應補償收縮能力以及劈裂抗拉強度的質量水平開展研究。

限制膨脹率是衡量和評價補償收縮混凝土的最重要指標之一，反映了摻膨脹劑混凝土的補償收縮能力。按GB/T 23439—2017《混凝土膨脹劑》[9]附錄B中的試驗方法B進行摻膨脹劑混凝土的限制膨脹和收縮試驗。另外按照GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[10]進行劈拉試驗，測試新舊混凝土結合面的抗拉強度。

2 試驗過程及結果分析

2.1 補償收縮混凝土的配制與選定

單一膨脹劑在補償混凝土收縮過程中均存在一定的缺陷?？紤]到鈣基類膨脹劑水化反應速率過快，主要補償混凝土早期收縮，而鎂基膨脹劑水化反應速率相對較慢，主要對混凝土的后期收縮起補償作用。采用鈣鎂復合膨脹劑，發(fā)揮其各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)混凝土收縮全過程補償。補償收縮流態(tài)混凝土的正確設計和配合比的合理選擇，主要從以下方面來控制：

1）降低水膠比?？刂圃?.36～0.38。

2）水泥的礦物組成、類型及細度。選用P.O42.5的水泥，C3A含量不應高于8.0%，比表面積不宜高于350 m2/kg。

3）增加礦物摻合料含量。粉煤灰通過改變膠凝材料體系水化速度、徐變系數(shù)、彈性模量可以有效抑制早期混凝土的自收縮。

4）選用優(yōu)質減水劑。與水泥相容性好、減水率高、坍落度損失小、適量引氣、減小收縮且質量穩(wěn)定的減縮型聚羧酸高性能減水劑。

根據(jù)施工工藝和設計要求分別設計4組配合比，見表1。通過試拌檢測，比對混凝土工作性能和經濟性能，最終丁香公園側墻補償收縮混凝土配合比選定為序號3。

表1 配合比試配統(tǒng)計表Table 1 Statistics table of trial mix proportion kg/m3

2.2 檢測混凝土的限制膨脹率，評價混凝土的補償收縮能力

限制膨脹率是衡量和評價補償收縮混凝土的最重要指標之一，反映了摻膨脹劑混凝土的補償收縮能力。

按基準混凝土配合比和補償收縮混凝土配合比對比試驗，制備100 mm×100 mm×300 mm的試件，每組配合比各制備試件9個，試驗周期90 d。按《混凝土膨脹劑》[9]附錄B中的試驗方法B進行摻膨脹劑混凝土的限制膨脹和收縮試驗，結果取平均值。

通過定期測定每組混凝土實際的限制膨脹率平均值，得出不同齡期基準混凝土和補償收縮混凝土的限制膨脹率變化曲線圖1。

圖1 C35側墻補償收縮混凝土不同齡期限制膨脹率變化圖Fig.1 Variation chart of limit expansion rate of C35 side wall compensation shrinkage concrete at different ages

經過分析，未摻入膨脹劑的基準混凝土，在恒溫恒濕養(yǎng)護條件下（溫度20℃±2℃，濕度60%±5%），由于水泥自然水化過程引起的干燥收縮，限制膨脹率隨著混凝土齡期的增長呈現(xiàn)不斷下降的趨勢，且達到90 d時，限制膨脹率逐漸穩(wěn)定在-200×10-6，混凝土狀態(tài)為收縮?？紤]混凝土膨脹收縮原理，摻入膨脹劑的混凝土試件在恒溫恒濕養(yǎng)護條件下（溫度20℃±2℃，濕度60%±5%）存在兩種相反的體積變化，一是水泥自然水化所引起的干燥收縮，二是膨脹劑水化產生的體積膨脹。對于C35混凝土，摻入復合膨脹劑后9 d膨脹到達最高值，且后期齡期達到90 d時穩(wěn)定無明顯回落，混凝土在90 d時變形值為正值，較初值表現(xiàn)為微膨脹，膨脹劑水化產生的膨脹值超過水泥水化造成的收縮值，90 d時膨脹值為200×10-6，得出結論：本補償收縮混凝土具有很好的補償收縮能力。

2.3 新舊混凝土結合面強度試驗研究

按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[10]進行劈拉試驗，分別測定每組混凝土結合面的抗拉強度，具體結果見表2。由表2可知，一次性澆筑基準混凝土試件劈拉強度平均值為3.85 MPa，分2次澆筑基準混凝土后形成新舊結合面試件劈拉強度為3.16 MPa，根據(jù)施工現(xiàn)場實際，先澆筑基準混凝土后澆筑補償收縮混凝土形成新舊結合面試件劈拉強度平均值為3.44 MPa，補償收縮混凝土與基準混凝土有很好的結合作用，澆筑后能有效提高結合面的劈拉強度。均能滿足設計規(guī)范要求（≥2.20 MPa），表明新舊混凝土結合面質量良好，同時結合已完成的現(xiàn)場實體檢測研究[8]，證明該補償收縮混凝土可以有效地應用于地下結構地鐵車站裝配式混凝土結構中。

表2 劈裂抗拉強度對比Table 2 Comparison of splitting tensile strength MPa

表2中，制備研究用150 mm×150 mm×150 mm混凝土結合試件9組。試件制作方法為：先澆筑150 mm×150 mm×75 mm基準混凝土9組，養(yǎng)護14 d后對結合面進行鑿毛處理，保證有粗骨料暴露在外，且結合面干燥、清潔。再以鑿毛面為底面，澆筑150 mm×150 mm×75 mm補償收縮混凝土；同時作為對比材料利用基準混凝土一次性澆筑混凝土成型，制備150 mm×150 mm×150 mm劈拉試件9組，作為對比試件1，另外先澆筑150 mm×150 mm×75 mm基準混凝土9組，養(yǎng)護14 d后待澆筑面繼續(xù)澆筑150 mm×150 mm×75 mm基準混凝土，作為對比試件2。新舊混凝土結合試件和對比試件1、2標準養(yǎng)護28 d后進行劈拉試驗。

3 結語

通過實驗室配合比試驗，配制出適用于裝配式結構新舊結合面的有膨脹效果的補償收縮混凝土，解決裝配式結構車站施工中關于流態(tài)混凝土約束收縮開裂和新舊混凝土結合面有效粘結等關鍵技術問題，保證側墻新舊混凝土結合面有效粘結，確保預制疊合裝配式板或支護墻體與補償收縮混凝土新舊混凝土結合面的有效粘結，并通過室內試驗測試混凝土的補償收縮能力、新舊混凝土結合面的劈拉強度等，對該補償收縮混凝土的性能進行評定。本研究方法可以為裝配式結構施工過程提供技術參考，取得了較為有意義的成果。