超高性能混凝土在裝配式地下車站二次結(jié)構(gòu)濕接頭施工中的應(yīng)用分析

摘要 隨著裝配式建筑的廣泛應(yīng)用，裝配式構(gòu)件在地下車站施工中也具有廣闊的應(yīng)用前景。該文結(jié)合裝配式構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接方法、工藝特點(diǎn)和裝配式地下車站構(gòu)件連接存在的問(wèn)題，提出了將超高性能混凝土應(yīng)用于裝配式地下車站二次結(jié)構(gòu)濕接頭施工中，并從混凝土性能調(diào)控和新舊混凝土界面處理兩方面對(duì)其在濕接頭施工中的適用性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：超高性能混凝土滿足濕接頭灌注混凝土對(duì)高強(qiáng)度、流動(dòng)性、自密實(shí)性、界面黏結(jié)性、微膨脹性、耐久性等工作性能的要求，可為后續(xù)相關(guān)類似工程施工提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 超高性能混凝土；濕接頭；自密實(shí)性；界面黏結(jié)性

中圖分類號(hào) TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）01-0094-03

0 引言

隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，裝配式建筑得到了廣泛應(yīng)用，《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確提出裝配式建筑占新建建筑比例應(yīng)達(dá)到30%以上。近年來(lái)，隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市軌道交通成為改善城市居民生活品質(zhì)、提升人民群眾獲得感幸福感的重要載體，但城市軌道交通建設(shè)對(duì)居民生活也產(chǎn)生了較大影響。因此，城市軌道交通建設(shè)將面臨快速施工、提高工程質(zhì)量、綠色節(jié)能、降低全壽命周期費(fèi)用等問(wèn)題，裝配式建筑將成為解決這些問(wèn)題的一個(gè)重要發(fā)展方向。

目前，裝配式結(jié)構(gòu)在國(guó)外地下工程中已得到廣泛應(yīng)用，但國(guó)內(nèi)對(duì)其應(yīng)用研究仍處于起步階段，制約其發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵因素是裝配式構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)處理。該文對(duì)裝配式構(gòu)件連接方式、工藝特點(diǎn)及存在問(wèn)題進(jìn)行了闡述，并從超高性能混凝土的性能調(diào)控和界面處理方面對(duì)其應(yīng)用于裝配式地下車站二次結(jié)構(gòu)濕接頭中的適用性進(jìn)行分析，增強(qiáng)裝配式二次結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接性能，更好地滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”和“耐久性”的核心要求，為后續(xù)裝配式構(gòu)件節(jié)點(diǎn)處理提供一定的參考價(jià)值。

1 裝配式構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接方法及特點(diǎn)

裝配式構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接分為干連接和濕連接兩類，干連接包括機(jī)械套筒連接、牛腿連接、焊接連接、螺栓連接、榫式連接等，濕連接包括套筒灌漿連接、漿錨連接、普通現(xiàn)澆連接、普通后澆整體式連接、灌漿拼裝等。

1.1 裝配式構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接方法

灌漿套筒連接：采用灌漿套筒連接相鄰預(yù)制構(gòu)件或預(yù)制構(gòu)件與現(xiàn)澆構(gòu)件的鋼筋，通過(guò)套筒灌漿將構(gòu)件進(jìn)行連接。北京地鐵6號(hào)線金安橋站預(yù)制側(cè)墻與現(xiàn)澆底板采用灌漿套筒進(jìn)行構(gòu)件連接，該方法傳力機(jī)制明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單，但會(huì)引起構(gòu)件破壞模式的變化，降低構(gòu)件的延性和耗能能力。

現(xiàn)澆連接：裝配式構(gòu)件在裝配過(guò)程中預(yù)留一定的間隙，采用無(wú)收縮高強(qiáng)水泥砂漿填充間隙，連接相鄰構(gòu)件。長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線捷達(dá)大路站采用現(xiàn)澆連接法進(jìn)行構(gòu)件連接，該方法力學(xué)性能同現(xiàn)澆構(gòu)件相似、耐久性較好，但施工周期較長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)難度較大。

機(jī)械連接：在裝配式構(gòu)件開槽口位置安裝剪力筋或者采用“一體化型鋼節(jié)點(diǎn)+高強(qiáng)混凝土封錨技術(shù)”進(jìn)行相鄰構(gòu)件連接，對(duì)于墻板類構(gòu)件可以預(yù)留螺栓孔采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接。廣州鐵路樞紐白云站采用剪力筋進(jìn)行構(gòu)件連接，該方法有效提高了裝配式構(gòu)件安裝效率、安裝質(zhì)量，且節(jié)點(diǎn)連接可靠。

漿錨搭接：漿錨搭接是非接觸式搭接，搭接鋼筋以集中約束方式錨入波紋管預(yù)留孔道內(nèi)，波紋管外側(cè)設(shè)置螺旋箍筋形成環(huán)箍效應(yīng)，孔道內(nèi)注入灌漿材料，將裝配式構(gòu)件連接成整體結(jié)構(gòu)。

1.2 裝配式構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接工藝特點(diǎn)

灌漿套筒連接工藝類似于預(yù)留鋼筋“綁扎焊”形式，適用于干接頭和濕接頭情況，施工精度要求高且應(yīng)具備良好吊裝條件。其灌漿材料需特制，工藝要求嚴(yán)格，費(fèi)用昂貴，多用于橋梁預(yù)制構(gòu)件施工。

漿錨連接、現(xiàn)澆及注漿連接等工藝對(duì)施工條件要求一般，主要通過(guò)濕接頭來(lái)確保性能優(yōu)異的“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”，接頭混凝土需具備界面黏結(jié)、耐久性、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，該工藝適用于施工條件復(fù)雜的環(huán)境。

機(jī)械連接、牛腿連接、焊接連接、螺栓連接等工藝接頭形式簡(jiǎn)潔、清晰，對(duì)施工精度、施工過(guò)程管控要求較高，多用于鋼結(jié)構(gòu)建筑裝配式構(gòu)件施工。

2 裝配式車站構(gòu)件連接存在的問(wèn)題

目前，裝配式地下車站二次結(jié)構(gòu)通常采用濕接頭進(jìn)行構(gòu)件連接，采用普通混凝土澆筑仍存在強(qiáng)度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求、新老混凝土黏合度不足、自密實(shí)性能欠佳和耐久性不足等問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)計(jì)和使用質(zhì)量要求難以保證，既給建筑（構(gòu)）物帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)和使用瑕疵，也影響了裝配式構(gòu)件在地下車站中的應(yīng)用。

2.1 混凝土性能將影響預(yù)制構(gòu)件連接質(zhì)量

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于保證結(jié)構(gòu)體系的整體性，因此其必須采用非常規(guī)性能材料，提高連接部位整體性能。為保證結(jié)構(gòu)的完整性，滿足其安全性、耐久性要求，長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線捷達(dá)大路站研究了適用于北方寒冷環(huán)境的無(wú)收縮型高強(qiáng)水泥砂漿，確保預(yù)制構(gòu)件具有良好的黏結(jié)作用，實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”和“耐久性”設(shè)計(jì)要求，以此來(lái)滿足裝配式地鐵車站的整體性[1]。

2.2 普通混凝土處理可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震性能不足

地下工程因本身的復(fù)雜性、技術(shù)水平限制性，節(jié)點(diǎn)處理不善，極易削弱結(jié)構(gòu)體系的受力性能。在地下裝配式車站的建設(shè)過(guò)程中，要綜合考慮節(jié)點(diǎn)受力性及抗震性，滿足節(jié)點(diǎn)合理性、耐久性要求。

郭建剛[2]等以無(wú)錫S1線南門站為研究對(duì)象，針對(duì)“新型預(yù)制裝配+現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱型框架式”地下車站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)建立有限元模型，分析結(jié)構(gòu)整體抗震性能，發(fā)現(xiàn)地震損傷主要出現(xiàn)在構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)處。杜修力[3]等以北京地鐵6號(hào)線金安橋站為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)裝配整體式地鐵車站整體抗震性能，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件連接界面處混凝土黏結(jié)強(qiáng)度較弱，接縫處存在薄弱部位，形成剛度強(qiáng)弱交替現(xiàn)象，變形不協(xié)調(diào)，接縫處出現(xiàn)“變形集中”效應(yīng)。

2.3 混凝土防水性能將影響裝配式地下車站整體結(jié)構(gòu)防水性能

地下車站防水對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性、使用性均有著重要影響。裝配式地下車站接縫多，接頭處受力、變形復(fù)雜，且裝配式構(gòu)件預(yù)留接頭或接縫部位常常較為光滑或不滿足普通混凝土粗糙度要求，導(dǎo)致界面處存在縫隙。武廣高鐵某車站建設(shè)期經(jīng)歷首個(gè)雨季后，出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏現(xiàn)象，后期采用了多種措施進(jìn)行防水堵漏，但仍未徹底解決滲漏水問(wèn)題，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場(chǎng)工程進(jìn)展。后期經(jīng)李冰茹[4]等對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查、充分研究后發(fā)現(xiàn)，裝配式構(gòu)件接頭（縫）處存在問(wèn)題是導(dǎo)致滲漏水的主要原因，并明確指出構(gòu)件節(jié)點(diǎn)處應(yīng)選擇具有自密實(shí)性能或自愈合性能的材料。

3 超高性能混凝土在二次結(jié)構(gòu)濕接頭施工中適用性分析

目前，地下車站裝配式二次結(jié)構(gòu)通常采用濕接頭進(jìn)行連接，因施工環(huán)境和作業(yè)空間的限制，導(dǎo)致接頭縫施工較困難，混凝土澆筑質(zhì)量難以保證，易出現(xiàn)空鼓、氣泡聯(lián)通、收縮裂縫、滲漏水等問(wèn)題，且構(gòu)件界面平整，新老混凝土界面黏結(jié)不牢固，易出現(xiàn)“弱節(jié)點(diǎn)”問(wèn)題，難以形成整體混凝土結(jié)構(gòu)。為解決濕接頭連接出現(xiàn)的上述問(wèn)題，灌注混凝土就必須滿足高強(qiáng)度、流動(dòng)性、自密實(shí)性、良好界面黏結(jié)性、微膨脹性、耐久性等要求。基于超高性能混凝土（UHPC）的理念，對(duì)混凝土性能進(jìn)行調(diào)控，對(duì)構(gòu)件黏結(jié)界面采取處理措施，能很好地解決裝配式二次結(jié)構(gòu)濕接頭施工中出現(xiàn)的問(wèn)題。

3.1 超高性能混凝土的適用性能調(diào)控

超高性能混凝土（UHPC）經(jīng)過(guò)配合比設(shè)計(jì)后，強(qiáng)度可超過(guò)100 MPa，摻入適量鋼纖維后，最大強(qiáng)度可達(dá)到175 MPa，其耐久性也遠(yuǎn)高于普通混凝土。通過(guò)對(duì)超高性能混凝土水膠比、膠砂比、骨料級(jí)配、外加劑、礦物摻合料及纖維摻合料進(jìn)行調(diào)控，來(lái)改善超高性能混凝土的流動(dòng)性、自密實(shí)性、微膨脹性以及界面黏結(jié)性能。

水膠比：水膠比是影響UHPC強(qiáng)度、工作性、耐久性的重要因素。隨著水膠比增大，混凝土流動(dòng)度明顯提高，強(qiáng)度隨之降低。水膠比減小，混凝土拌和物流動(dòng)度降低，黏度增大，氣泡難以排除，導(dǎo)致成型不密實(shí)。水膠比為0.18時(shí)，混凝土流動(dòng)度達(dá)到280 mm，能夠自流平，利于成型密實(shí)，成型強(qiáng)度較高。

砂膠比：減小UHPC中骨料最大粒徑并提高體系的漿骨比，能夠提高超高性能混凝土的工作性能。砂膠比增大，集料間的水泥漿厚度減小，集料與水泥漿的黏結(jié)力減小，混凝土抗壓強(qiáng)度下降，流動(dòng)度明顯減小。砂膠比減小，集料間的漿體過(guò)厚，集料難以形成緊密堆積，石英砂高強(qiáng)特點(diǎn)難以發(fā)揮，混凝土抗壓強(qiáng)度下降。砂膠比為1.0時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度最大，流動(dòng)度較好。

骨料級(jí)配比：骨料級(jí)配直接影響混凝土拌和物的工作性能，也影響拌和料的緊密堆積程度，從而影響混凝土的力學(xué)性能。當(dāng)粗砂與細(xì)砂比例為3∶7或者1∶4時(shí)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到最高，流動(dòng)度較好。

外加劑：摻入適量減水劑可以增加混凝土拌和物的工作性能，顯著提高混凝土的流動(dòng)度，減水劑摻量過(guò)高，超過(guò)1%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致拌和物保水性下降，出現(xiàn)一定程度的泌水和緩凝現(xiàn)象。添加消泡劑有利于內(nèi)部有害氣泡的排出，減少內(nèi)部缺陷，消泡劑摻量較低時(shí)，對(duì)于拌和物的工作性影響較小，摻量超過(guò)1‰時(shí)，顯著降低了拌和物的流動(dòng)性，消泡劑對(duì)于超高性能混凝土力學(xué)性能的改善十分有限。

礦物摻合料：礦粉、粉煤灰、硅灰三種礦物摻合料中，礦粉對(duì)于提高混凝土早期強(qiáng)度最為有利，粉煤灰主要起到減水的作用，硅灰則表現(xiàn)出較低的火山灰活性，礦物摻合材料對(duì)UHPC的強(qiáng)度和流動(dòng)度具有一定的調(diào)控作用。

纖維摻合料：纖維摻入可有效提高UHPC的力學(xué)性能，降低UHPC的脆性，提高抗裂能力，UHPC與基體界面處，纖維起到銷栓作用與橋聯(lián)作用，有效提高界面黏結(jié)強(qiáng)度的穩(wěn)定性，界面黏結(jié)強(qiáng)度最高能達(dá)到UHPC現(xiàn)澆試件的92.2%[5]。

3.2 界面處理對(duì)超高性能混凝土濕接頭黏結(jié)性影響

超高性能混凝土強(qiáng)度與界面黏結(jié)強(qiáng)度呈正相關(guān)，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其界面黏結(jié)強(qiáng)度優(yōu)于普通混凝土的界面黏結(jié)強(qiáng)度。以C30混凝土為基體，超高性能混凝土與基體混凝土間的黏結(jié)強(qiáng)度分別以直接成型表面、拉毛表面、切槽表面、鑿毛表面來(lái)進(jìn)行分析，如圖1所示。

對(duì)比未處理界面，經(jīng)鋼絲刷毛、表面切槽、表面鑿毛的基體混凝土剪切黏結(jié)強(qiáng)度分別增加了24.6%，33.4%和36.3%。不同界面處理方式對(duì)剪切黏結(jié)強(qiáng)度有較大影響，剪切黏結(jié)強(qiáng)度隨基體混凝土表面粗糙度增大而增大，表面切槽或鑿毛處理的試件破壞發(fā)生在基體混凝土。

對(duì)基體混凝土進(jìn)行鑿毛處理，在澆筑超高性能混凝土前涂刷界面劑2 mm左右至完全覆蓋基體表面后等待3～5 min至界面劑不再流淌，然后澆筑超高性能混凝土。采用4種不同界面劑，分別是同配比水泥凈漿，膨脹劑凈漿，環(huán)氧樹脂和丁苯乳液改性凈漿，不同界面劑處理劈裂黏結(jié)強(qiáng)度如圖2所示。

涂刷同配比水泥凈漿和摻入膨脹劑凈漿時(shí)，其劈裂黏結(jié)強(qiáng)度分別提高12.5%和29.5%，涂刷環(huán)氧樹脂及丁苯乳液凈漿時(shí)，其劈裂黏結(jié)強(qiáng)度分別下降26.2%和42.4%。摻入膨脹劑凈漿作為界面劑的試件發(fā)生劈裂破壞時(shí)，基體混凝土骨料被拔出，其余試件則表現(xiàn)為沿著黏結(jié)界面開裂。

4 結(jié)論

該文對(duì)裝配式構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接方法及工藝特點(diǎn)進(jìn)行了綜述，并對(duì)裝配式地下車站構(gòu)件連接存在的問(wèn)題進(jìn)行了闡述。針對(duì)濕接頭施工中存在的問(wèn)題，基于超高性能混凝土的設(shè)計(jì)理念，從性能調(diào)控和界面處理兩個(gè)方面對(duì)其在濕接頭施工中的適用性進(jìn)行了分析，結(jié)論如下：

超高性能混凝土滿足濕接頭灌注混凝土對(duì)高強(qiáng)度、流動(dòng)性、自密實(shí)性、良好界面黏結(jié)性、微膨脹性、耐久性等的要求。

超高性能混凝土的水膠比為0.18時(shí)，混凝土能夠自流平，利于成型密實(shí)，成型強(qiáng)度較高；砂膠比為1.0時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度最大，流動(dòng)度較好；粗砂與細(xì)砂比例為3∶7或者1∶4時(shí)，混凝土強(qiáng)度達(dá)到最高，流動(dòng)度較好；礦物摻合料對(duì)超高性能混凝土的強(qiáng)度和流動(dòng)度具有一定的調(diào)控作用；纖維摻合料可有效提高界面黏結(jié)強(qiáng)度。

界面黏結(jié)強(qiáng)度隨基體混凝土界面表面粗糙度增大而增大；涂刷同配比水泥凈漿和摻入膨脹劑凈漿時(shí)界面黏結(jié)強(qiáng)度較未涂刷界面劑處理時(shí)提升10%～30%，涂刷環(huán)氧樹脂及丁苯乳液凈漿時(shí)界面黏結(jié)強(qiáng)度較未涂刷界面劑處理時(shí)下降25%～40%。

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收稿日期：2024-05-30

作者簡(jiǎn)介：趙信洋（1985—）男，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：城市軌道交通建設(shè)工程管理。