超细粉混凝土界面处理剂剪切强度的试验研究.pdf

第 2 7卷 2 01 2正 第4期 8月 山 东 建 筑 大 学 学 报 J O URNAL OF S HANDO NG J I AN ZHU UNI VE RS I T Y Vo l | 2 7 Au g No 4 2 01 2 文章编号： 1 6 7 3 7 6 4 4 ( 2 0 1 2 ) 0 4 0 3 6 4 0 5 超细粉混凝土界面处理剂剪切 强度 的试验研究 张健 ， 李建琦 ， 逢鲁峰。 ( 1 山东三箭集建设工程股份有 限公司， 山东 济南 2 5 0 1 0 0 ； 2 山东省食品发酵工业研究设计院， 山东 济南 2 5 0 0 1 3 ； 3山东建筑大学 土木工程学院， 山东 济南 2 5 0 1 0 1 ) 摘要： 为了提高混凝土界面处理剂的剪切力学性能， 本文通过界面处理剂大量系统性的力学试验， 研究了不同 聚合物种类、 掺量和不同灰砂比对界面处理剂剪切强度的影响， 并分析了各 自的作用机理。结果显示每 l k g 界 面处理剂中有 1 2 g 聚合物 P V A+C MC ， 约 1 ： 1 灰砂比的试样， 是剪切性能最好的。不同聚合物种类具有不同的 最佳掺量， 可使得界面处理剂的剪切强度达到最高。 关键词： 界面处理剂 ； 聚合物； 剪切强度 中图分类号： T U 5 8 文献标识码： A Ex p e r i me nt a l s t u dy o n s h e a r s t r e ng t h o f t he s u pe r fin e po wde r c o n c r e t e i nt e r f a c e t r e a t me nt a g e n t Z HANG J i a n ，L I J i a n q i ，P AN G L u f e n g 。 ( 1 S h a n d o n g S a n j i a n C o n s t r u c t i o n P r o j e c t s S t o c k C o ， L t d ， J i n a n 2 5 0 1 0 0， C h i n a ； 2 S h a n d o n g F o o d&F e r me n t a t i o n I n d u s t r y R e s e a r c h a n d De s i g n I n s t i t u t e ，J i n a n 2 5 0 0 1 3，C h i n a；3 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ，S h a n d o n g J i a n z h u U n i v e r s i t y ， J i n a n 2 5 0 1 0 1 ， C h i n a ) Abs t r a c t： I n o r d e r t o i mp r o v e t h e c o n c r e t e s he a r me c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e i n t e rfa c e t r e a t me n t ，t hi s p a p e r c o n t a i n s d i f f e r e n t t y p e s o f p o l y me r d o s a g e a n d d i ff e r e n t i n t e rf a c e s h e a r s t r e n g t h h e r e i n t r e a t me n t o f i n fl u e n c e ，a n d a n a l y z e s t h e i r a c t i o n me c h a n i s mT h e r e s u l t s o f t h e d i f f e r e n t p o l y me r wi t h d i f f e r e n t k i n d s o f o p t i mu m c o n t e n t c a n ma k e t h e s h e a r s t r e n gth o f i n t e rf a c e t r e a t me n t a t t h e h i g h e s t Ke y wo r d s ： i n t e rf a c e t r e a t me n t ；p o l y me r ；s h e a r s t r e n gth 0 引言 近年来 ， 模 板技术的发展使得混凝土表面越来 越光滑， 抹灰愈发困难 ， 许多建筑物都进人老化使用 期需要 补强加 固， 新 老混凝 土 的粘 结经 常遇 到问 题 J 。想要解决由于拉应力与剪应力造成的结合 面薄弱问题 ， 提高界面的粘结力 ， 最佳方法便是使用 界面处理剂 。界面处理剂主要用 于混凝 土基 层 的抹灰， 新旧混凝土之间的粘结等。应用混凝土界 面处理剂技术 ， 可 以提高工程的质量和寿命 ， 有效节 约资金 ， 具有显著的经济效益 。 剪切强度是混凝土界面处理剂力学性能中的重 要一项 ， 提高剪切强度对提高界面处理剂 的质量有 着重要的意义 J 。对此 ， 国 内外专家进行 了很 多 研究。 卜 良桃等 研究认为， 混凝土表面的粗糙处 理、 界面剂的使用、 复合砂浆强度的提高均有助于剪 切强度的提高 ； 粗糙度和复合砂浆强度 的提高并不 能无 限制提高剪切强度 ， 因为其作用的发挥受 限于 收稿 日期 ： 2 0 1 11 1 1 9 作者简介 ： 张健 ( 1 9 7 0一) ， 男 ， 河北 香河人 ， 高级工程师 ， 主要从事施 工技术研究 E - ma i l ： z h a n g j i a n 7 7 0 2 1 6 3 c o rn 4 土界面处理剂剪切强 其他因素 的制约 ； 无机界 面剂 比水泥净浆提高剪切 强度 的幅度大。方萍等 研究认为 ， 超细水泥是一 种很好的界面剂原材料， 通过加入膨胀剂、 硅灰和高 效减水剂改性后的超细水泥界面剂 ， 有很高的粘结 抗剪强度 ， 可再分散聚合物胶 粉对界面粘结抗剪 强 度的改善效果很明显。 针对市场上很多产 品粘结强度不高 ， 施工不方 便且价格偏贵的特点 ， 本文对 聚合物 的不 同种类 和 不同掺量对界面处理剂剪切性能的影响作 了大量的 试验 ， 分析其作用机理 ， 最终获取 了最佳掺量。同时 通过试验 比较得出了最佳灰砂比， 达到了成本低廉 、 易于施工 的目的。 1 实验材料与方法 1 1 原材料和仪器 水泥采用济南 山水 P 0 4 2 5 R。粉煤灰 为 级 粉煤灰 ， 粉煤灰 中还复配有一定量 的超细粉。砂为 水洗砂( 由 4 07 O目和 7 01 2 0目混合 而成 ) 。聚 合物由 P V A( 聚乙烯醇 ) 、 胶粉 ( 可再分散乳胶粉 ) 、 C MC ( 羧 甲基 纤 维 素 钠 )组 成 。陶 制 无 釉 砖 为 1 5 0 m m1 5 0 m m 8 mm 的陶制无釉 砖。实验仪 器 用 J J 一5水泥胶砂搅拌机和 L O S一 5 0万能试验机。 1 2 试件的制备 【 J 图 1 试件外形 尺寸 m m P V A能够溶于含有一0 H 的极性 溶液之 中， 水 是最好的溶剂。胶粉起胶粘作用 ， C MC起增稠保水 作用。规范 J C T 9 0 7 2 0 0 2 ( 混凝土界面处理剂 要 求的的陶制无釉砖尺寸为 1 0 8 m m x 1 0 8 m m， 厚度 至 少 6 m m， 表面要平整 。由于市场难于买 到尺寸一致 的陶质砖且 自己切割则尺寸 的准确度难 于保证 ， 所 以本试 验 中 的试件 直 接使 用 市场 上 易 于 买 到 的 3 6 5 1 5 0 mm1 5 0 ram8 m m 的陶制无 釉砖。因陶质砖 尺寸的调整 ， 故在相应 的距砖边 1 5 m m 处划一条与 砖边平行 的参照线 ， 以保证两砖错开 1 5 m m， 如图 1 所示 。同时 ， 此处受力面积不 同， 为保证单位面积所 加压力相同， 则在试件上加 1 3 4 k g的重物 ， 同样保 持 3 mi n ， 试验试件加载装置如 图 2所示 。其他事项 均严格按照 J C T 9 0 72 0 0 2 混凝土界面处理剂 的规定要求执行。 l试样 ；2受 力 挡 板 ；3限位 ；4与 试 验 机 的 连 接 头 ； 5u形夹具框；6匣形夹 具框 图2 拉力试验机的剪切试验夹具 m m 1 3 试件的养护和力学性能检测 养护和剪 切强度 的检测 均严格按照 J C T 9 0 7 2 0 0 2 ( 混凝土界面处理剂 的规定要求执行。 2 结果与分析 J C T 9 0 7 2 0 0 2 ( 混凝土界面处理剂 中明确规 定 ， I 型混凝土界面处理剂 7 d剪切强度应该不小于 1 0 MP a ， 1 4 d剪切强度应该不小于 1 5 MP a 。 混凝土界面处理剂中掺加的聚合物由两部分构 成 ， 即胶粘 剂部 分和增稠保水剂部分 。P V A和 可再分散乳胶粉 、 C MC是 比较常见的建筑用胶粘剂 和增稠保水剂。本试验先将 P V A与 C MC、 胶粉与 C MC进行复配 ， 再通过大量试验研究 了它们的复配 试样对混凝土界面处理剂剪切强度的影响。在得出 聚合物的最佳掺量后， 又在最佳掺量的基础上通过 试验得到了最佳灰砂 比。 2 1 P V A+C MC对剪切强度的影响及其机理分析 2 1 1 P V A+ C MC对界面处理剂剪切强度影响 P V A+ C M C对界面处理剂剪切强度影响如表1 所示 山 表 1 P V A+C MC对界面处理剂剪切强度的影响 P V A+ C MC掺量倌 图 3 P V A+C MC对界面处理剂 7 d剪切强度的影响 20 1 8 1 6 1 4 想 1 2 豁 1 0 08 06 6 9 l 2 l 5 l 8 P V A+ C MC掺量 图 4 P V A十 C MC对界面处理剂 1 4 d剪切强度的影响 由图 3和图 4可 以看 出， 试件的剪切强度初始 随着聚合物 P V A+C MC掺量的增加而增强 ， 但是过 了最高点 ， 继续增加掺量反而强度下降。当每 t 界 面处理剂中P V A+ C M C的掺量为 1 2 k g 时， 试件的 7 d和 1 4 d 剪切强度分别达到最高且达到规范要求， 为最优掺量。 2 。 1 2 P V A+ C MC的作用机理分析 混凝土界面处理剂 中加入聚合物 P V A后 ， 结合 材料的界面同时存在着物理作用和化学作用 m 。 ( 1 ) 物理作用 聚合物 P V A自身具有表面活性 ， 其附着在水泥等固体颗粒表面， 填充在不同颗粒之 间， 从而发挥对水泥微粒和浆体 的塑化 、 保水 等作 用 ， 并且使得新老基材之间具有更大的接触面积。 ( 2 ) 化学作用 聚合物P V A自身带有 一 O H等活 性官能团 ， 与集料和水泥浆体之中的阳离子或配位 性化学键会发生一定的化学键合反应 。在水泥水化 过程中 ， 聚合物在 自身形成网状结构的同时 ， 某些活 性官能团又与水泥浆体和集料表面发生化学键合 ， 形成水化产物骨架与聚合物网状结构互穿的现象， 最后成为相互交织、 相互贯穿的复合体结构 ， 从而极 大改善了界面处理剂的力学性能。 聚合物 C MC对界面处理剂的作用主要两个 ： 一 是防止界面剂在施工工程 中失水过快 ， 导致水泥水 化不完全 ， 从而影 响性能 ； 二是增加界面剂的粘性 ， 使界面剂易于附着在基材表面。但是在使用中用量 不能过大， 否则将增加用水量并使界面剂过稠而不 易施工。 因此聚合物 C MC的掺量应该随聚合物 P V A的 用量多少而适当加减 ， 只有二者具有一个合适的 比 例的情况下， 两者才能共同发挥最好的作用。 2 2 胶粉 + C MC对剪切强度的影响及其机理分析 2 2 1 胶粉 +C MC的试验数据及总结 表 2 胶粉 +C MC对界面处理剂剪切强度的影响 l l 1 O O O B d 苫、 啜 4 土 6 9 l 2 1 5 1 8 胶粉+ C MC掺量 图 5 胶粉 +C MC对界面处理剂 7 d剪切 强度的影响 6 9 l 2 l l 8 胶粉+ CMC 掺 量 图 6 胶粉 + C MC对界面处理剂 1 4 d剪切强度的影响 我们用等 量 的胶 粉来 代替 P V A， 其他 材 料不 变 ， 研究胶粉 +C M C的最优掺量是否与 P V A+C MC 的最优掺量相同。 36 7 由图 5 、 6可 以看 出， 用等量 的胶粉来代替 P V A后 ， 它们的共同点是都存在一个最高点即最优掺量 。 不 同之 处有 两 个 ： ( 1 ) 胶粉 +C MC与 P V A+ C MC相 比， 一个最大的特点就是最优掺量变小 了。 P V A+ C MC的最优掺量为每 t 混凝土界面处理剂中 含有 1 2 k g 试样， 胶粉 + C M C的最优掺量则是每 t 混 凝土界面处理 剂中含有 9 k g试样 ； ( 2 ) 胶粉 +C MC 界面处理剂的 7 d和 1 4 d剪切强度的最大值较 P V A +C MC界面处理剂而言均有 了一定程度的下降 ， 分 别为 1 2 M P a和 1 7 MP a ， 但是幅度很小 ， 也完全能 够达到规范 中不小于 1 0 M P a和 1 5 MP a的要求。 2 2 2 胶粉 +C Mc的作用机理分析 此处 的作用机理和 P V A+C MC的作用机理基 本上差不多 ， 结合材料的界 面也是 同时存在着物理 作用和化学作用。 聚合物胶粉也含有大量活性基团 ， 当水泥水化 后 ， 聚合物胶粉在整个无机材料 中形成一个连续的 有机高分子膜 ， 与旧基材的接触面积比较大 ， 同时聚 合物的活性基团与基材表面材料的活性基团发生作 用而大大提高界面剂性能。 不同之处在于聚合物胶粉 中的活性基团不仅包 括 一O H， 还具有大量的 一C O O H， 因此等质量的胶粉 相比于 P V A， 在结合界面有着更强的物理作用和化 学作用， 所 以胶粉 +C MC与 P V A+C MC相 比， 最优 掺量变小了。 2 3 灰砂比对剪切强度的影响 表 3 灰砂 比对界面处理剂 剪切 强度的影响 由表 3 、 4可以看 出， 调整胶凝材料和水 洗砂 的 掺量 ， 试件的剪切粘结强度与原来相 比都有 一定 的 下降。在界面剂中加入水洗砂第一是做为抗收缩骨 料 ； 第二主要是为了在施工过程 中能够形成粗糙 的 界面 ， 易于粘结和施工。骨料砂 的 目数选择应该得 当， 砂太细了不能增加界面粗糙度的 目的， 而太粗了 又会给施 工带来 不便。大量试验 证 明， 由 4 07 0 目， 7 O 1 2 0目的水洗砂混合而成的骨料砂比较合 适。 通过表 3的数据并且考虑施工性能的影响， 灰 砂比在 1 ： 1左右是效果最好的。此时聚合物与水泥 基材料各自的性能都得到了极好的发挥。 l 0 O O O B d 骤 密 3 68 3 结论 山 通过大量实验 ， 讨论 了不同聚合物 P V A+C MC 和胶粉 +C MC、 不同灰砂 比对混凝土界面处理剂剪 切强度的影响 ， 最终得到 了不同聚合物不同的最优 掺量和最佳灰砂 比。总起来 比较 ， ( 3 ) 号试样 即每 1 k g 界面处理剂 中有 1 2 g聚合物 P V A+ C MC， 约 1 ： 1 灰砂 比的试样 ， 是剪切性能最 良好的， 剪切强度最高 而且完全能够达到 J C T 9 0 72 0 0 2 ( 混凝土界面处 理剂 的规定指标要求。同时市场上原材料来源广 泛， 试样经济性好， 易于施工， 可以作为混凝土界面 处理剂直接工业化生产配 比的有力参考。 参考文献 ： 1 周海涛适用 于结构加 固改造 的单组 分混凝土界 面剂的研制 J 特种结构 ， 2 0 0 9， 8 ( 3 ) ： 1 1 31 1 4 2 李庚英 ， 熊光晶 ， 谢慧才 ， 等 一种能改善新老混凝土粘结性能 2 01 2 的界面剂 J 四川建筑科学研究 ， 2 0 0 0， 2 6 ( 4 ) ： 4 _ 4 4 6 3 张鑫， 王恒， 夏风敏， 等 考虑跨高比的柱托换节点抗剪性能的 试验研究 J 山东建筑大学学报 ， 2 0 1 0 ， 2 5 ( 5 ) ： 4 9 0 4 9 4 4 张鑫， 李玉平， 夏风敏考虑配箍率的柱托换节点抗剪性能试 验研究 J 山东建筑大学学报 ， 2 0 1 l ， 2 6 ( 1 ) ： 81 2 5 良桃 ， 全胡高性能水泥复合砂浆与混凝土粘结的剪切性能 试验研究 J 四川建筑科学研究， 2 0 0 8 ， 3 4 ( 3 ) ： 6 4 6 7 6 方萍 ， 黄政 宇 ， 尚守平 ， 等水 泥基界面剂粘结 抗剪强度研 究 J 湖南大学学报( 自然科学版 ) ， 2 0 0 9， 3 6 ( 5 )： 71 O 7 西晓林， 房满满， 文梓芸， 等聚乙烯醇在高性能水泥基料中的 作用机理分析 J 材料科学与工程学报， 2 0 0 8 。 2 6 ( 2 ) ： 2 6 4 2 6 7 8 钟世云， 史美伦， 唐国宝， 等 聚合物改性水泥砂浆界面过渡区 的交流阻抗谱研究 J 硅酸盐学报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 2 ) ： 1 4 4 1 4 8 9 B u e n f e l d N R a n d Z h ang J z ，A c I m p e d anc e S t u d y o f S e a l e r and C o a t i n g - T r e a t e d M o r t a r S p e c i m e n s J A d v anc e s i n C e me n t R e s e a r c h ， 1 9 9 8，l O( 4 )： 1 6 9 1 7 8 1 O Z h a n g J Z ，Mc L o u g h l i n I Ma n d B u e n f e l d N RMo d e l l i n g o f C h l o r i d e D i ff u s i o n i n t o S u rf a c e T r e a t e d C o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e C o m p o s i t e s ，1 9 9 8， 2 0 ( 4 ) ： 2 5 32 6 1 ( 上接 第 3 6 3页) 1 出 脚 1 0 叠8 蓦6 鼍4 量 2 0 邑0 羔 时间 s F u n d a me n t a l ( 5 0 Hz ) = 2 7 9 5 ， T HD= 5 7 0 l _ 一 - 。 O 2 0 0 40 0 6 0 0 8 0 0 l 0 0 0 F r e q u e n c y ( Hz ) ( c ) A相 电流谐波分析 图 1 O 仿真结果图 参考文献 ： 1 G u s s e me K D ， S y p e D B o s s c h e AP ，e t a 1 I n p u t C u r r e n t D i s t o r t i o n o f B o o s t P F C C o n v e rt e r s O p e r a t e d i n D C M J I E E E T r ans a c t i o n s o n P o w e r E l e c t r o n i c s ， 2 0 0 7 ， 5 4( 2 ) ： 8 5 88 6 5 2 潘飞蹊， 涂祺凯， 梁昆凯， 等 一种 B o o s t 型 P F C电路在 D C M下 的恒频控制方案 J 电子器件 ， 2 0 1 1 ， 3 4 ( 4 ) ： 4 5 3 4 5 8 3 齐保良， 牟善军 一种改善逆变器输出波形的方法 J 山东建 筑大学学报 ， 2 0 1 1 ， 2 6 ( 4 ) ： 3 4 8 3 5 2 4 吴柏林， 赵静 单周期控制的高功率因数整流器 J 自动化技 术及应用 ， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 1 2 ) ： 6 2 6 7 5 李 小喜 ， 宋建成 ， 曲兵妮 ， 等 单位功率 因数 P WM整流器 的设 时间 s ( d ) 功率 因数 计 J 工矿 自 动化， 201 1 ， 3 5 ( 8 ) ： 6 7 7 O 6 陈贤明， 吕宏水， 刘国华 ， 等 单周期控制三相P F C整流器的研 究 J 电气传动 自动化 ， 2 0 1 0 ， 3 2 ( 3 ) ： 3 1 3 6 7 贾高松 在线 U P S中有源功率因数校正电路的研究 D 西 安 ： 西安科技大学 ， 2 0 0 9 8 齐保 良， 李朋 小型风力发电系统在线 自调整模糊控制 的应用 J 山东建筑大学学报， 2 0 1 1 ， 2 5 ( 4 ) ： 3 9 1 3 9 3 9 王兆安 ， 黄 俊 电力 电 子技术 M 北京 ： 机 械工 业 出版社 ， 2 o o 7 1 O毛兴武 ， 祝大卫 功率 因数校正 原理与 控制 I c及其应 用设计 M 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 0 8 1 1 浦锡锋， 王宏华 基于M A T L A B的单周期控制 P F C B o o s t 变换电 路建模与仿真 J 电气技术与自动化， 2 0 0 7 ， 3 6 ( 4 ) ： 1 4 5 1 4 7