环氧砂浆胶结料含量对水泥混凝土修补效果的影响.pdf

公路 交通技术2 0 1 5年 1 0月 第 5期T e c h n o l o g y o f Hi g h w a y a n d T r a n s p o r t O c t ． 2 0 1 5 N o ． 5 D O I ： 1 0 ． 1 3 6 0 7 ／ j ． c n k i ． g l j t ． 2 0 1 5 ． 0 5 ． 0 0 6 环氧砂浆胶结料含量对水泥混凝土修补效果的影响 肖 燕 ( 招商局重庆交通科研设计院有限公司， 重庆4 0 0 0 6 7 ) 摘要： 分别以水泥和磨细转炉石粉取代环氧砂浆中的部分环氧树脂， 进行水泥混凝土构件的修补性能试验( 抗弯 试验和斜剪试验) ， 分析研究水泥和磨细转炉石粉重量取代率对修补效果的影响。试验结果表明： 磨细转炉石粉取 代环氧树脂用量的2 0 ％及 3 0 ％对剪切强度结果并没有太大的影响； 水泥和磨细转炉石粉取代效果均逊于纯环氧树 脂砂浆。 关键词 ： 环氧树脂砂 浆 ； 修补 ； 混凝 土 文章编号： 1 0 0 9— 6 4 7 7 ( 2 0 1 5 ) 0 5 — 0 0 2 2 — 0 4 中图分类号： U 4 1 6 ． 2 1 6 文献标识码： B I n f l u e n c e s o f Co n t e n t o f Ep o x y Re s i n Ce me n t i n g Ma t e r ia l O n Re p a i r E ff i c i e n c y o f Ce me n t Co n c r e t e XT A0 Ya ” Ab s t r a c t ： T h i s p a p e r c a r r i e s o u t t h e r e p a i r e ffic i e n c y t e s t s( b e n d i n g t e s t a n d o b l i q u e s h e a r t e s t )o f c e me n t c o nc r e t e s t r u c t u r e s b y t a k i n g p l a c e o f p a rti a l e p o x y r e s i n i n e p o x y mo r t a r wi t h c e me n t a n d fin e — —g r a i n e d c o n v e rte r p o wde r ，a n a l y z e s a n d s t u d i e s i n flu e n c e s o f t he we i g h t r e p l a c e me n t r a t e o f c e me n t a n d fin e — g r a i n e d c o n v e ~e r p o wd e r o n r e pa i r e f f e c t ．Th e t e s t r e s u l t s h o ws t h a t r e p l a c e me n t o f 2 0％a n d 3 0％ d o s a g e o f e p o x y r e s i n w i t h fi n e- — g r a i n e d e o n v e ~e r p o wd e r d o e s n o t s h o w g r e a t i n fl u e n c e o n t h e r e s u l t o f s h e a r s t r e n g t h；a n d t h e e f f e c t s o f r e p l a c e me n t w i t h c e me n t a n d fi n e—gra i n e d c o n v e r t e r p o w d e r a r e i n f e r i o r t o pu r e e p o x y r e s i n mo rta r ． Ke y wo r ds ：e p o x y r e s i n mo rta r ；r e p a i r ；c o n c r e t e 随着材料科学的发展 ， 采用修复补强技术来确 保结构物安全并维持其正常功能到处可见。就经济 性而言， 采用结构修复补强方式 比拆除重建更具效 益。工程实践 中， 混凝土修补材料多 以环氧树脂或 聚酸甲酯材料为基材 。对于混凝 土结构 物细微裂 缝 ， 可采用直接灌注方式填人裂缝来达到修补 目的。 但对于较宽大的裂缝 ， 或混凝土发生剥落时 ， 则需用 一 定量的骨料与基材混合成砂浆来修补 ， 以达到经 济的 目的 J 。 本文选用环氧树脂作为基材 ， 制备环氧树脂砂 浆 ， 研究 以水泥、 磨细转炉石粉取代环氧树脂砂浆 中 的部分环氧树脂用量来修补有 缺陷的混凝土试件 ， 评估水泥和磨细转炉石粉重量取代率对混凝土修补 效果的影响。磨细转炉石粉为钢铁工业 的废弃物 ， 具有类似于水泥的胶结性能 一 7 1 ， 价格低廉 ， 而水泥 收稿 日期 ： 2 0 1 5— 0 2—1 O 作者简介 ： 肖燕 ( 1 9 8 5一) ， 女 ， 安徽省安庆市人 ， 本科 ， 工程 师 的市场价格 约为 4 0 0 t 。由此可知 ， 采用磨细转 炉石粉取代水泥具有显著的经济效益。 1试 验 1 ． 1 试验材料 试验材料主要包括环 氧树脂 、 水泥及磨细转炉 石粉。 水泥 ： 采用某水泥公司生产的 I 型波特兰水泥 ， 比重为 3 ． 1 6 。 磨细转炉石粉 ： 采用 中联 资源公司生产 的磨细 转炉石粉 ， 比重为 2 ． 8 ， 其化学成分如表 1所示 。本 次试验采用的磨细转炉石粉呈粉末状 ， 具有胶凝性 质 ， 试验时作为胶结料 。 环氧树脂 ： 采用 巴斯夫股份有 限公 司生产 的环 氧 树脂 ， 主剂与硬化剂调配 比例为2 ： 1 。主剂与硬 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 第 5期 肖 燕： 环氧砂浆胶结料含量对水泥混凝土修补效果的影响 2 3 表 1 磨细转炉石粉化学成分含量 ％ 化剂 比重各为 0 ． 9 8与 0 ． 9 7 。依据 A S T M C 8 8 1环氧 树脂分类 ， 本次试验采用 的环氧树脂为第 1 V类、 第 2级 、 C型 。 细骨料 ： 环氧树脂砂浆细骨料使用粒径为 1 ． 1 8～ 0 ． 6 mm的河砂 ， 如图 1所示 。河砂拌和前需冲洗 、 烘干 。 图 1 1 ． 1 8～ 0 ． 6 m m 的砂 粗骨料 ： 采用某公路料场生产的粗骨料 ， 比重为 2 ． 6 2 。粗骨料经筛分清洗后存放于储存场内。 1 ． 2 试件参数 本次试验环氧树脂砂浆试验配合比为环氧树 脂： 细骨料 =1 ： 4( 重量 比) 。水 泥和磨细转炉石 粉 按重量 取 代环 氧 树 脂 用量 为 1 0 ％、 2 0 ％、 3 0 ％ 与 4 0 ％ 。混凝土配合 比设计依据 A C I 配合比设计法进 行 ， 养护龄期为 2 8 d 。待达到养护龄期时 ， 用环氧树 脂砂浆进行修补 ， 以探讨修补后混凝 土的性能。每 种配合比分别制作 6 个 1 0 c m 1 0 c m X 3 8 c m有缺 陷的小梁试件 ， 以及 3个直径 1 0 c m、 高 2 0 c m的圆 柱体试件。 1 ． 3 试验方法 1 ． 3 ． 1 抗弯试验 根据参考文献 [ 8— 9 ] 中的方法制作混凝土缺 陷试件 ， 如图 2所示。拆模后 ， 再将试件 中的泡沫塑 料拿开 ， 呈现 凹字型的混凝土缺陷。待缺陷试件 以 饱和石灰水养护 2 8 d后 ， 以砂轮机对缺陷表面进行 处理， 使修补的粘结界面粗糙 ， 然后以不同配合比的 环氧树脂砂浆填补缺陷部位 ， 放置于室温中 1 4 d ， 待 环氧树脂砂浆硬化后 ， 再将修补后的小梁试件 ， 分别 将缺陷修补面置于受压侧与受拉侧 进行试验 ， 如图 2中的( a ) 、 ( b ) 所示。 ( a ) 受压侧正视 ( h) 受拉侧正视 ( c ) 受压侧俯视或受拉侧仰视 单位 ：㈨l 图 2混凝 土缺 陷试 件示意 1 ． 3 ． 2 斜剪试验 按照 A S T M C 8 8 2— 9 9 _ 8 的规定制作 1 0 0 i n I n 2 0 0 m m混凝土圆柱体试件， 试件养护至 2 8 d 后， 取 出试件 ， 并将其按 4 5 。 切割 ， 如图 3所示。上下 2节 粘结界面用砂轮机处理， 以使界面粗糙， 从而有助于 原位粘合。采用不同配合比环氧树脂砂浆对试件进 行粘合， 通过试验比较不同配合比的粘结效果。以 斜剪试验界面剪应力大小作为评价指标。界面剪应 力计算公式如下 ： 70= 1 i n 2 式 中： r 为剪应力 ， MP a ； 为最大荷载应力 ， MP a ； 0为指定破坏面的角度 ， ( 。 ) 。 I一一 一． } 注 ： 1 ． P C为水泥混凝土 ； 2 ． 单位 ： e m。 图 3 斜剪试件示意 2结果与分析 2 ． 1 试件缺陷修补面在受压侧抗弯试验 不同水泥和磨细转炉石粉分别取代部分环氧树 脂的环氧树脂砂浆修补面在受压侧的小梁抗弯强度 值如表 2及 图 4所示。当水泥取代量为 3 0 ％与 4 0 ％时， 缺陷修补试件的抗弯强度高于无缺陷试件， T T l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 5聋 而水泥取代量 1 0 ％、 2 0 ％及未取代者的抗弯强度均 小于无缺 陷试 件 的抗 弯 强 度。水 泥 取代 量 为 0、 1 0 ％ 、 2 0 ％ 、 3 0 ％及 4 0 ％ 的修补试件 的强 度值分别 为无缺陷试 件的 9 7 ％、 9 9 ％、 9 6 ％、 1 0 8 ％ 及 1 0 4 ％ ， 可见以水泥取代环氧树脂砂浆 中的环氧树脂进行修 补 ， 可恢复原构件强度 ， 强度折减率仅在 4 ％ 以内； 而磨 细 转炉 石 粉取 代 量 为 0 、 1 0 ％ 、 2 0 ％、 3 0 ％ 及 4 0 ％的修 补试 件 的强 度 值 分别 为无 缺 陷试 件 的 9 7 ％ 、 9 0 ％ 、 9 6 ％、 9 3 ％及 8 9 ％ ， 表 明以磨 细转炉石 粉取代环氧树脂砂浆 中的部分环氧树脂 ， 其修 补试 件的强度折减率高达 1 1 ％， 比水泥取代环氧树脂者 高出 7 ％。 表 2 水泥和磨 细转炉石粉分别取代部分环氧树脂的 环 氧树脂砂 浆修补面在 受压侧 的抗弯强度 ． ． 不同取代率( ％) 下的抗弯强度／MP a 取代材料—— 0 1 0 2 0 3 0 4 0 注： 无缺陷试件抗弯强度值为4 ． 9 5 M P a 。 图4 不同水泥和磨细转炉石粉分别取代部分环氧树脂的 环 氧树脂砂浆修补面在受压侧的抗弯强度 曲线 2 ． 2 试件缺陷修补面在受拉侧缺弯试验 不 同剂量水泥和磨细转炉石粉分别取代部分环 氧树脂 的环氧树脂砂浆修补面在受拉侧的小梁抗弯 强度值 如表 3及 图 5所示 。从表 3及 图 5可 以看 出 ， 缺陷经修补后 的小梁的抗弯强度 明显高于无缺 陷试件的抗弯强度 ， 而且纯环氧树脂砂浆修补后 的 强度明显高于水泥或磨细转炉石粉取代部分环氧树 脂修补试件的强度 ， 且取代率与强度呈反比关系。 以未取代者与水泥及磨细转炉石粉取代修补和 无缺陷小梁试件的强度 相 比， 得知水泥取代部分环 氧树脂修补试件的相对强度在 7 8 ％ 一 9 2 ％之问； 而 磨细转炉石粉取代者的相对强度比值 范围于 7 2 ％ 一 9 2 ％之 间 ， 两者都高于或趋近未取代者 的7 2 ％ ， 说 表 3 不同剂量水泥和磨细转炉石粉分别取代部分环氧树脂 的环氧树脂砂浆修补面在 受拉侧的小梁抗弯强度 ⋯．．． 不同取代率( ％) 下的抗弯强度／MP a 取代材料—— 0 1 0 2 0 3 0 4 0 取 代翠／ ％ 图5 不同剂量水泥和磨细转炉石粉分别取代部分环氧树脂 的环氧树脂砂浆修补面在受拉侧的抗弯强度曲线 明以水泥或磨细转炉石粉取代环氧树脂砂浆进行受 拉侧混凝土修补有 良好的效果 。 2 ． 3 斜剪试验 斜剪试验是常用来评估维修材料与混凝土基材 的粘结强度的试验 。若修补界面的粘结强度低于轴 向荷重所产生的剪应力时 ， 粘结界面会产生滑动 ， 导 致维修材料与混凝土基材脱落分离 ； 若维修材料与 混凝土基材的粘结性好 ， 其破坏裂缝可能 出现在维 修材料或混凝土基材中。采用斜剪试件进行单轴抗 压试验时 ， 其破坏型态可分为 ： 1 )上层维修材料破 坏 ； 2 )下层基材破坏 ； 3 )粘结界面破坏。本次试验 的破坏型态均为第 3 种。试件破坏后如图6 所示。 图 6斜 剪 试 件 破 坏 后 下面将分别分析水泥和磨细转炉石粉取代量对 环氧树脂砂浆抗剪强度的影响。 2 ． 3 ． 1 水泥 取代 量对环 氧树脂 砂 浆抗 剪强 度的 影 响 不同剂量水泥取代环氧树脂砂浆 中的部分环氧 8 7 6 5 4 3 2 l 0 姜 葺 i 鹱巷静 8 7 6 5 4 3 2 1 0 芝 醺鲁 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年 第5期 肖 燕： 环氧砂浆胶 结料含量对水泥混凝土修补效果的影响 2 5 树脂的剪切强度值如 图 7所示 。由图 7可以看 出， 以水泥取代环氧树脂后粘结性 能均有下 降， 水泥取 代量为 1 0 ％ 、 2 0 ％、 3 0 ％及 4 0 ％时 ， 强度值分别为未 取代者的 6 2 ％、 5 5 ％、 6 0 ％及 5 0 ％， 强度范围仅在 5 0 ％ 一 6 2 ％之间 ， 说 明以水 泥取代环 氧树脂砂浆 中 的部分环氧树脂对其粘结强度并无提升 的效果 ， 只 有负面影 响。 4 O 薹3 o 嚣2 0 稼1 0 4 0 3 O 善 2 0 l 0 _ _ 3 结论 1 )水泥取代部分环氧树脂的环氧树脂砂浆 的 斜剪强度试验结果表明， 水泥取代部分环氧树脂将 影响其粘结强度 ， 而以磨细转炉石粉取代量 2 0 ％及 3 0 ％的环氧树脂强度有明显提高。 2 )水泥与磨细转炉石粉分别取代部分 环氧树 脂的环氧树脂砂浆修补小梁的受压侧缺陷抗弯强度 试验表 明， 以水泥或磨细转炉石 粉取代环氧树脂 的 环氧树脂砂浆进行修补 ， 恢复原 构件强度有 良好 的 效果， 且水泥取代者优于磨细转炉石粉取代者。 3 )水泥与磨 细转炉石粉分别取代部分环氧树 脂的环氧树脂砂浆修补小梁的受拉侧缺陷的抗弯强 度明显高于无缺陷} 昆 凝土的抗弯强度， 而又以未取 代者最高 ， 且水泥或磨细转炉石 粉取代率与受拉侧 抗强度成反比。 参 考 文 献 [ 1 ] 吴卉平． 混凝土快速修补材料在水闸牛腿结构修补中 的应用[ J ] ． 黑龙江水利科技， 2 0 1 4 ， 4 ( 4 ) ： l 1 —1 6 ． [ 2 ] 叶俊萍． 钢混结构修补加固技术在技改工程中的应用 [ J ] ． 科技情报开发与经济， 2 0 1 4 ， 1 4 ( 9 ) ： 3— 9 ． [ 3 ] 还大军， 刘博 ， 李勇． 紫外固化环氧树脂复合材料 及其修补性 能研究 [ J ] ． 南京航 空航 天大学学报 ， 2 0 1 4， 3 6 ( 6 ) ： 1— 8 ． [ 4 ] 王勇， 杨宁川． 我国转炉炼钢的现状和发展[ J ] ． 炼 钢 ， 2 0 1 0 ， 1 2 ( 2 ) ： 1 1— 1 8 ． [ 5 ] 陈益民， 张洪滔 ， 郭随华． 磨细钢渣粉作水泥高活性混 合材料的研究[ J ] ． 水泥， 2 0 0 1 ， 3 ( 5 ) ： 6—1 0 ． [ 6 ] 彭艳周， 陈凯． 钢渣粉颗粒特征对活性粉末混凝土 强度的影响[ J ] ． 建筑材料学报， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 4 ) ： 2 0—2 6 ． [ 7 ] 张宇， 黎学润 ， 许文龙． 转炉渣粉粉磨性能[ J ] ． 南京 工业大学学报： 自然科学版， 2 0 1 5 ， 3 7 ( 1 ) ： 3 0— 3 6 ． [ 8 ] M o ma y e z A， E h s a n i M R， R a j a i e H． C y l i n d ri c a l S p e c i m e n f o r Me a s u ri n g S h ri n k a g e i n R e p a i r e d C o n c r e t e Me mb e ~ [ J ] ． C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e ri a l s ， 2 0 0 5， 1 9 ( 8 ) ： 1 0 7 —1 1 6． [ 9 ] 徐亦冬， 高必新． 全再生快速修补混凝土的制备及性 能[ J ] ． 新型建筑材料， 2 0 1 3 ， 4 0 ( 1 0 ) ： 3 4— 4 0 ． [ 1 0 ]A S T M． A S T M C 8 8 1 — 9 0 S t a n d a r d S p e c i f i c a t i o n for E p o x y — Re s i n — B a s e Bo n d i n g S y s t e ms for C o n c r e t e『S 1 ． W a s h i n g t o n， D． C．： AS T M ， 1 9 9 0 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m