有机纤维与聚合物对水泥混凝土层问黏结性能影响研究.pdf

2 0 1 5 年 第 1期 (总 第 3 0 3期 ) N u mb e r 1 i n 2 0 1 5 ( T o t a l N o 3 0 3 ) 混 凝 土 Co n c r e t c 原材料及 辅助物料 M ATE RI AI AND AD NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 1 0 2 3 有机纤维与聚合物对水泥混凝土层间 黏结性能影响研究 徐方。 袁宗征。刘苗。 李睿哲 ， 陈建平 ( 中国地质大学( 武汉) 工程学院 土木工程系，湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 ) 摘要 ： 水泥混凝土中掺加有机纤维或聚合物能够提高其层间黏结性能。 通过层间抗剪强度试验和层间抗拉强度试验方法研究 了掺加有机纤维与聚合物对提高水泥混凝土层间黏结强度的效果 。 对 比研究在不同聚合物改性水泥净浆作为界面剂 的条件下 ， 水泥混凝土抗拉黏结性能受影响的情况 ， 并对界面剂的配合 比； 并通过劈裂抗拉黏结性能试验， 研究了影响界面黏结性能的浇筑 方式和界面黏结剂配合。 结果表明： 将有机纤维与聚合物掺入水泥混凝土中能够显著提高层间黏结强度 ， 其中丁苯 D B一 1 乳液 改性水泥净浆效果最优 ， 尤其 当改性水泥净浆作为界面剂的掺量配合 比为水泥： D B一 1 乳液 = 3 ： 2 时 ， 新老混凝土可得到较好的 层间黏结性能。 关键词 ： 水泥混凝土； 层间黏结强度 ； 有机纤维 ； 聚合物 ； 界面剂 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 9 0 0 4 I n fl u e n c e o f o r g a n i c fi b e r a n d p o l y me r l a t e x o n t h e i n t e r l a y e r b o n d i ng p e r f o r ma n ce o f c e me n t c on c r e t e XUF ang YU A J VZ o n g z h e n g L Mi a o,L IRu i z h eC HE N J i a n p i n g ( F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e m i ty o f G e o s c i e n c e s ， Wu h a n 4 3 0 0 7 4 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Ad d i ng o r ga n i c fib e r and p o l y me r i n t o c e me n t c o nc r e t e i s us e d t o i nc r e a s e t h e i n t e r l a ye r b o n d i ng p e rfo r ma n c e Th e i mp a c t o f o r g a n i c fi be r an d p o l y me r o n t he i n t e r l a y e r bo n d i n g pe rfo r man c e wa s s t udie d by s h e a r s tr e ng t h an d tens i l e s t r e n g th tes t Th e mi x d e s i g n o f the i n t e rfa c e a g e n t wa s o pti mi z e d t h r o u g h the t e n s i l e b e nd i n g tes t s o f di f f e r e n t fibe r and po l yme r d o s a g e Th e i mp a c t o f c a s tin g me t h o d s an d i n t e rfa c e a ge n t mi x wa s s tudied t h r o u g h tes t s Th e t e s t r e s ul t s s h o w tha t a d d i n g or g a n i c fibe r a n d p o l yme r int o c e me n t c o n c rete c o u l d s i g n i fi c a n tl y i n c r e a s e the i n terl a y e r b 0 n d s t r e n g t h T h e i n t e rfa c e a g e n t o f S BR ( s t y r e n eb u t a d i e n e mb b e r )l a t e x mo d i fi e d c e me n t p a s te h a s b e t t e r t e n s i l e bo n d i n g p r o p e r t i e s W h e n the r a tio o f c e me n t t o DB l l a tex i s 3： 2 i t wi l l e f f e c t i v e l y i n c r e a s e the int e r l a y e r b o n ding p e rfo r ma n c e o f c e me n t c o n c r e te Ke y wor ds： c e me n t c o n c r e te； i n ter l a y e r b o n d ing s tre n g t h； o r g a n i c fib e r； po l y me r ； i nt e rfa c e a g e nt 0 引言 从水 泥混凝 土 的使用 现状来 看 ， 很 多早期水 泥混凝 土路面已接近或者 超过计 划年 限 ， 交通 量 的发展导 致水 泥路面所 承受 的载 荷持 续增 长 ， 路 面破 坏 严重 ， 大 大 的 降低了公路 的运 输功能 和车辆 的行驶安 全。 许 多道路 面I 临 着艰 巨的大 修改建 任务 ， 其 中水 泥混凝 土罩 面层 的 加铺成为路 面大 修改 建 的最 重要 方式 。 如 图 1所 示 ， 当 罩面层与下面层 之间有 较强黏 结 时 ， 二者形 成一 个整 体 共同承受荷载， 当中性轴出现下移时， 罩面层底部 的拉 应力减小 ， 这样可 以使罩 面层厚 度减 小 的同时将 上面层 所承受的荷载有效转移至下面层， 这样就能够合理利用 下面层所具有 的的结构 强度 ； 如果层 间接 触转变 为滑 动 或者半 滑 动 状 态 ， 将 会 在 罩 面层 的底 部 引起 显 著 的拉 应力 ， 同时 由于荷 载与水 的损 害等共 同作 用下从 而 引整 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 7 1 7 基金 项 目 ： 国家 自然科学基 金( 5 1 3 0 8 5 1 8 ) 90 体路面结构 的破 坏。 因此对水 泥混凝 土下面层 与水泥 混 凝土罩面层层 间黏结 性能 的研 究尤 为重要 。 近年来 国 内 外许多学者对水泥混凝土上面层 与下 面层之间 的黏结 性 能进行 了更 深入 的研 究。 大量试 验 研究 表 明 ， 影 响水 泥 混凝土上面 层下 面层 层 间黏 结性 能 的 因素为 老混 凝 土 表面粗糙度 、 界面剂 、 旧水泥混凝土路面 的强度、 混凝土龄 期等 。 在本研究 中， 主要研究从分别两个方面来改善新 旧混 凝土层间的界面黏结 ， 首先分析 了有机纤维与聚合物对水 泥混凝土罩面层增强改性以提高层间界面黏结能力的可 行性， 然后通过拉拔黏结试验以及劈裂抗拉试验来探讨关 于聚合物水泥胶浆界面剂如何影响界面黏结性能的问题 ， 本研究对于新旧混凝土层间黏结性能的提高有显著作用， 能够在实际使用过程中起到良好的参考作用和现实指导 意 义 7 l 4 天数 d 图2 新老混凝土层间黏结劈拉强度 强度 的影响。 通过分析试验结果 ， 认为使用 以丁苯 乳液改 性水泥砂浆作为界面剂在提高新老混凝土层间剪切强度 方面明显 比用丙苯乳液来改性水泥砂浆时要高得多 。 在此基础上 ， 课题组 曾通过试验对 比研究不 同聚合物 种类与掺量对水泥净浆抗拉黏结性能的影响， 试验对界面 黏结剂配合 比进行设计优选。 试验结果如下 ： 2 1 界 面黏 结剂的优 选 通过抗拉试验来研究改性水泥净浆对试件相关黏结 性能的影响。 从图3 所示可以看出凡是经过聚合物改性后 的水泥净浆作为界面剂 ， 不论是何 种聚合物 ， 最后均 比水 泥净浆空白样作为界面剂 时试验得 的新老混凝土层 间抗 拉黏结强度高 ， 并且还与养 护龄期 的长短有很大关 系 ， 即 养护时间越长， 这种差距越显而易见； 聚合物类别不同， 其 改性 的水泥净浆作为界 面剂 时对新老混凝土层 间黏结强 度的影响程度亦不同 ， 可知当聚合物使用 D B- 1 乳液作为 改性物质时 ， 此时新 老混凝 土层间黏结性能效果最好 。 其 抗拉黏结强度在 7 、 2 8 d分别达到 1 8 3 、 2 4 1 MP a ， 比不掺 加任何聚合物的空白样提高了约 1 4 4 、 9 6 ， 同时考虑到 匹配性的因素， 综合以上因素使用 D B一 1 乳液来改性水泥 净浆作为界面剂最适合 。 室 嚼 姆 檩 K B Y： 空 白样 B xS ：丙 烯酸酯 V AE ：醋酸乙烯一 乙烯 D B ： 丁二烯 一 苯 乙烯 S A E ： 苯 乙烯一 丙烯 酸酯 图 3聚合 物对 抗拉黏 结 强度 的影 响 试验进一步研究了 D B一 1 乳液是如何影 响层 间抗拉 黏结性能 ， 通过 图 4可 以得 出结 论 即聚合 物改性水 泥净 浆作为界面剂使新老混凝土 7 、 2 8 d的层 间抗拉强度随 D B一 1 乳液掺量增添而逐步提高， 其中层间抗拉黏结强度 在水泥和 D B一 1 乳液掺量的配合比为3 ： 2时达到最大， 此 时它们强度分别达到 1 7 9 4 、 2 4 1 3 V I P a ， 但当进一步在以 上配合比基础上继续添加 D B一1 乳液掺量时， 当进一 92 步增大聚合物掺量时， 会使得新老混凝土层间抗拉黏结 强度出现减小情 况。 而 当界面剂 不掺加 水泥 时即仅使用 D B一1 乳液 ， 使得混凝土抗拉 黏结 强度在 7 、 2 8 d时还 达 不到 1 、 1 5 MP a ， 说明 D B一 1乳液的添加有 一定 的限制范 围 ， 添加过多或过少都不能达 到理 想结 果 ， 试验证 明当且 仅 当配合比为水泥： D B一1 乳液 = 3 ： 2时效果最佳 。 水泥： 聚合物乳液 图 4 丁苯 D B一 1乳液掺量对抗拉黏结强度的影响 表 1 不同条件下的黏结劈拉强度 注： P 0为 R C C黏结劈裂抗拉强度 ， P 1 为空白样， P 2 P 6每组界 面剂保持流动度在 1 8 0 - 2 2 0 i n n l 之间。 2 2界 面黏 结剂配合 比 通过试验对 R C C ( 既有碾压混凝土) 与 P C C( 聚合物 改性混凝土 ) 复合试件 的黏结劈裂抗 拉性能进行研究 ， 进 一 步探讨 了浇筑方式 以及界面剂配合 比是如何影响 R C C P C C复合试件界 面黏结性能 的。 为研究 浇筑方 式对黏结 性能的影 响， 在黏结试件浇筑过程 中， 试验使 用 了两种 浇 筑方式即水平浇筑和侧向浇筑 ， 分别在 1 5 0 m l n 1 5 0 l n t n 1 5 0 n l n的试模中浇入新 P C C。 不同浇筑方式及 界面剂配 合 比的黏结劈拉强度如表 1 所示 ， 试验 结果显示 ， 试件 成 型浇筑方式 的不同 ， 其 黏结劈拉 强度亦会有显著差别 。 在 水平浇筑的情况下， 自上而下浇筑新 P C C， R C C在下， 新 P C C在重力作用下骨料下沉 ， 在振捣作用下气 泡上升 ， 从 而新 P C C与 R C C表面能够得到更好的结合； 侧向浇筑情 况下 ， 新 P C C由于黏结面竖直的缘故会产生粗骨料下沉、 水分上浮的泌水及由此产生的沉降收缩现象， 导致新老混 凝土的黏结性能在竖直方向上不能够均匀分布， 降低了新 5 O 5 O 5 O 5 0 3 3 2 2 l 1 0 O 日 d ， 啜 躲 苣 隧好梅辑 老混凝土的层间劈裂抗拉强度 。 通过观察表 1 不 同条件 下 的新 老混凝土 的层间劈裂 抗拉强度的试验结果 ， 可知新老混凝 土层 间黏结劈裂抗拉 强度在使用 P 4配合 比时 比使用其他配合 比时相对较 高， 其2 8 d 黏结劈裂抗拉强度在黏结面为水平和竖直方 式时分别达到 2 9 6 、 2 7 2 MP a ， 高于表 1中的空 白样 以及 其他配合 比试样的强度 ， 表 中 R C C试件 的 2 8 d黏结劈拉 强度为 3 1 8 gP a ， 比较 可知 它们 相差并 不 大 ， 表 明若 界 面剂选择得当， 新老混凝土层间黏结性能能够取得较好 效果 。 3 结论 ( 1 ) 新混凝 土方面 ， 通过研究掺 入有 机纤维或聚合 物 的水泥混凝土路面层间黏结性能评价指标层间抗剪强度 和层间抗拉强度， 可知两指标均得到明显提高， 即有机纤 维或聚合物的掺人的确对水泥混凝土路面层间黏结性能 影响显著 。 ( 2 ) 通过拉拔黏结性能试验 ， 可知 当选用 丁苯 D B一1 乳液改性水泥胶浆作为新老混凝土 的界面剂时 ， 其拉拔黏 结强度在 7 d时达到 1 8 3 MP a ， 比水泥胶浆空白样提高了 1 4 4 ， 在 2 8 d时达到 2 4 1 MP a ， 比水泥胶浆空 白样分别提 高了9 6 ， 并且得出 m( 水泥) 和 m( D B一1 乳液) 的优选 配合 比为 3 ： 2 。 ( 3 ) 通过劈裂抗拉黏结强度试验 ， 可知新老混凝 土的 黏结性能在以水平方式浇筑时比侧向方式浇筑时较好 ， 约 高于 3 0 ， 故选用水平浇筑方式。 当 m( 水泥) 和 m( D B一1 乳液) 的配合比为 3 ： 2 ， 且其龄期为 2 8 d时 ， 新 老混凝 土层 间劈裂抗拉黏结强度为 2 9 6 MP a ， 明显 比其他的混凝土试 样强度高。 参考文献： 1 徐晓雷 设置调平层的聚合物改性水泥混凝土路面层间黏结 试验研究及计算分析 D 重庆 ： 重庆交通大学， 2 0 1 2 2 赵志方， 周厚贵， 袁群 新老混凝土黏结机理研究与工程应 用 M 北京 ： 中国水利水电出版社 2 o o 3 3 韩菊红 新老混凝土黏结断裂性能研究及工程应用 D 大连： 大连理工大学 ， 2 0 0 2 I- 4 张秀芳， 等 采用荷载一裂缝张开口位移曲线确定混凝土三点 弯曲梁的断裂能I- J 水利学报,2 0 0 8 ( 6 ) ： 7 1 4 7 1 9 5 WA L L J S ， S H R I V E N G F a c t o r s a f f e c t i n g b o n d b e t w e e n n e w a n d o l d c o n c r e t e J A C I Ma t e r i a l J o u r n a l ， 1 9 8 8 ， 8 5 ( 2 ) ： 1 1 7 1 2 5 6 C H E N P u w o e i ， F U X u l i ， C H U N G D D L I m p r o v i n g t h e b o n d i n g b e t we e n o l d a n d n e w c o n c r e t e b y a d d i n g c a r b o nfi b e r st ot h en e w c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 3 ) ： 4 9 1 4 9 6 7 谢慧才， 申豫斌 碳纤维混凝土对新老混凝土黏结性能的改 善 J 土木工程学报， 2 0 0 3 ( 1 0 ) ： 1 5 1 8 8 3高丹盈， 程红强纤维混凝土与既有混凝土黏结性能的研究 M 科学出版社， 2 0 0 8 9 F o w l e r D w P o l y m e r s i n c o n c r e ： a v i s i o n f o r t h e 2 1 s t c e n t u r y 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 9 ， 2 1 ( 5 ) ： 4 5 9 4 5 2 I O A L Z A H R A N M M， e t a 1 Me c h ani c a l p r o p e r ti e s and d u r a b i l i t y c h a r a c t e r i s ti c s o f p o l y m e r and c e m e n t b a s e d r e p a i r m a t e r i a l s J C e me n t &C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 4 5 ) ： 5 2 7 5 3 7 1 1 李芳， 王培铭 不同水灰比下聚合物改性水泥砂浆的力学性 能 J 化学建材， 2 0 0 2 ( 6 ) ： 3 3 3 5 1 2 Z H O N G S h i y u n ， C H E N Z h i y u a n P r o p e r t i e s o f l a t e x b l e n d s a n d i t s mo d i fi e d c e m e n t m o r t a r s J C e me n t and C o n c r e t e R e s e ar c h ， 2 0 0 2 ， 3 2 ( 1 0 ) ： 1 5 1 5 1 5 2 4 1 3 李庚英， 熊光晶， 谢慧才， 等 一种能改善新老混凝土黏结性能 的界面剂 J 四川建筑科学研究， 2 0 0 0 ， 2 6 ( 4 ) ： 4 4 4 6 1 4 申豫斌 新老混凝土黏结界面收缩裂缝和疲劳特性的试验研 究r D 汕头 ： 汕头大学 2 0 0 1 1 5 管大庆， 陈章洪， 石韫珠 界面处理对新老混凝土黏结性能的 影n E J 混凝土， 1 9 9 4 ( 5 ) ： 1 6 2 2 作者简介： 徐方( 1 9 8 2一) ， 男 ， 副教授， 研 究方向 ： 新型高性能土 木工程结构与材料 。 联系地址： 湖北省武汉市洪山区鲁磨路 3 8 8号 中国地质大学工 程学院土木工程系( 4 3 0 0 7 4 ) 联系电话 ： 1 3 8 7 1 2 2 5 6 4 0 湖南湘潭一家混凝土公司直排污水 不停排或每天罚 2万 1 月 9日， 经 当地环保局执法人员前往该公司调查 ， 发现这家公司的废水沉淀池存在废水外排 的情况 ， 废水通过厂区 外 的犁头排水沟排入湘江 。 执法人员对外排废水采样送检 ， 经检测 ， 送检 的水样 p H值为 1 2 2 1 ， 呈碱性 ， 悬浮物也超标 0 8 倍， 这家企业非法向水体排放碱液。 执法人员要求企业采取有效措施停止排放。 1 月 1 4日下午， 执法人员再次来到现场， 发现这家企业的废水依然未经处理直接经排水沟排入湘江。 执法人员开出 责令改正违法行为决定书 ， 责令企业 1 0 d内采取措施 ， 消除污染 ， 同时发出 行政处罚事先( 听证) 告知书 。 根据新 环保法 ， 如果该混凝土公司不按要求停止排污， 环保部门将启动按E t 计罚， 每天处罚 2万元。 如果公司未在 限期内采取措施 ， 消除污染 ， 环保部门将指定有治理能力单位代为治理， 费用由该混凝土公司承担。 最近， 湘潭市环保局通过该局网站和湘潭的新闻媒体向全市企事业单位发出公开信， 特别提醒排污者， 新 环保法 对环境违法行为将实施新 的更加严厉 的惩处 措施 ， 包括按 日计罚 、 查封扣押 、 限制生产 、 停产整治 、 对未批先建 的直接处 罚 、 行政拘留等。 93