新老混凝土粘结性能的提高途径.pdf

2 6- 建 筑 技 术 A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o a ,v 第 4 l 卷第 1 期 2 0 1 0年 1 月 Vo 1 4 1 No 1 J a n 2 01 0 新老混凝土粘结性能的提高途径 王 标 ，王 凯2 ，王 真s ( 1 同济大学材料学院先进土木工程材料教育部 重点实验室 ， 2 0 0 0 9 2， 上海 ； 2 同济大学土木学院 ， 2 0 0 0 9 2， 上海 ； 3 同济大学经管学院 ， 2 0 0 0 9 2， 上海 ) 摘要 ： 对 影响新老混凝土粘结性能的主要因素 、 新老混凝 土结合面处理方法 、 修补材料的选择和应用进行 了论述 。修补前对 旧混凝土界面处理的方法直接影响粘结性能 ， 提出了最佳的处理方案 。 关键词：新老混凝土粘结 ； 修补材料； 结合面 中图分类号 ： T U 7 5 5 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 2 6 0 2 M ETHoD FoR D PRoVI NG BoNDI NG PRoPERTY BETW EEN NEW AND oLD CONCRETE W ANG Bi a o W ANG Kai W ANG Zh en 3 ( 1 K e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e d C i v i l E n g i n e e r i n g Ma t e ri a l s ， S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e ri n g ，T o n g j i Un i v e r s i t y ， 2 0 0 0 9 2 ，S h a n g h a i ，C h i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l a n d E n gin e e r i n g ， T o n i U n i v e r s i t y ，2 0 0 0 9 2 ，S h a n g h a i ，C h i n a ； 3 S c h ool o f E c o n o mi c s a n d Ma n a g e m e n t ， T o n g j i U n i v e r s i t y ，2 0 0 0 9 2 ， S h ang h a i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h i s p a p e r d i s c u s s e s ma i n f a c t o r s a ffe c t i n g b o n d i n g p r o p e r t y b e t we e n n e w a n d o l d c o n c r e t e m e t h o d f o r t r e a t i n g j o i n t s u rf a c e b e t w e e n n e w a n d o l d c o n c r e t e ，s e l e c t i o n a n d a p p l i c a t i o n o f r e p a i r i n g ma t e r i a l s Tr e a t me n t me t h o d a t i n t e rfa c e b e t we e n n e w a n d o l d c o n c r e t e b e f o r e r e p a i rin g h a s d i r e c t i mp a c t o n b o n d i n g p r o p e rty ，S O o p t i ma l t r e a t me n t me t h o d i s p r o p o s e d h e r e i n Ke y wo r d s ：b o n d i n g b e t w e e n n e w a n d o l d c o n c r e t e ；r e p a i r i n g m a t e r i a l ；j o i n t s u rf a c e 目前， 我国的建筑业已经开始从大规模新建时期跨 入新建与维修改造并重时期。 在人为和自然环境的作用 下，每年都有大量的建筑物或构筑物发生损坏和劣化。 处于此种情况的房屋 、 桥梁 、 公路等， 由于经济和社会因 素的原因， 往往不便于拆除重建 ， 而是在经济合理 的条 件下， 进行加固与维修， 据计算其造价仅为新建的3 0 左 右 ， 这既提高了原有构造物的使用价值 ， 又节省了大量 工程建设资金。目前 ， 建筑结构加固已经成为建筑行业 中的一个重要分支。结构加固、 修补或新建工程中经常 涉及新旧混凝土能否结合为整体共同工作， 其界面粘结 强度一般都低于整体浇筑混凝土的强度， 耐久性差。 这些 部位成为结构构件受力的薄弱环节。 此外还有大量的混 凝土 结构物 、 构筑物 因混凝土碳化 、 钢 筋锈蚀 、 冻融 循环 而造成混凝 t剥蚀破坏的修补 问题， 这类不以承受荷载 为主的面层修补， 除了满足抗渗 、 抗碳化 、 抗冻性 、 耐腐 蚀性 等耐久性 的要 求以外， 还要 求与基层混 凝土具 有 良 好的粘结力 这才能达到修补 目的I 1 I 。 新老混凝土之间的良好粘结是混凝土修补成功关 键所在 ，粘结界面受力复杂，影响粘结性的因素很多。 主要影响因素为： 结合面处理方法 ； 修补材料的选择和 收稿 日期 ： 2 0 0 9 1 0 0 8 基 金项 目：两 部地 区 用于 桥梁 加 固 的高 粘结 抗 扰动 混凝 土 的研 ( 2 0 0 7 3 1 8 8 2 2 2 9 ) 作者 简介 ：王标( 1 9 8 4 一 ) ，男 ，安 徽凤 阳人 ，硕 士研 究生 ， e ma i l 1 9 8 4 wan g b i a o 1 6 3 c o m 应用 ； 粘结剂的选择和使用； 老混凝土基层的质量； 新补 混凝土的养护条件 ； 修补结构所处使用环境回 。 1 新老混凝 土结合面处理方法研 究 修补混凝土的一般步骤是： ( 1 ) 表面处理 ； ( 2 ) 浇粘 结层或涂粘结剂 ； ( 3 ) 浇筑新混凝土 ； ( 4 ) 养护 。老混凝 土表面处理是混凝土修补的第一步， 也是关键的一步 ， 表面处理的粗糙度是影响粘结性的主要因素。表面处 理是指清除掉老混凝土结合面上所有损坏的、松动的 和附着的骨料 、 砂浆及杂质杂物 ， 并使坚固的部分骨料 露出表面 构成粗糙面以提高粘结性。 ( 1 )高压水射法。为得到干净理想的结合面， 高压 水射法是最好的方法。 该方法具有许多优点 ： 工作进行 迅 速， 有成 效 ， 没有振 动 、 噪声 和灰 尘 ； 使 用该 法 处理 老 混凝土表面 。 不挠动周围保留的混凝土 ， 同时混凝土表 面被清洁干净 、湿润 ，这是获得 良好粘结的最有利条 件 。更重要的是 ， 高压水射法适用于任何情况 ， 在有钢 筋的情况下 ， 不会损伤钢筋且能为钢筋除锈。 ( 2 )喷砂( 丸) 法。 对新老混凝土的粘结面采用喷砂 ( 丸) 法 ， 用喷 射机 向老混凝 土 的待处理面 喷射 不 同直 径 的钢球( 直径为1 2 ， 1 4 ， 1 7 ， 2 0 m m) 或不同粒径的小碎 石( 粒径为1 0 ， l - 2 ， 1 4 ， 1 7 m m) ， 通过喷射机控制其喷射 速度和喷射密度， 可以得到能以平均深度定量描述的新 老混凝土粘结面的处理度 ， 这样便于控制最为满意的表 2 0 1 0年 1 月 王标 ， 等 ： 新老混凝土粘结性能的提高途径 2 7 面处理度， 污染和噪声也相对较小。 采用喷砂法处理老混凝土表面时， 平均深度为 4 5 m mN , 粘结效果最为理想。喷砂法得到的平均深度在 很大程度上取决于喷射密度 ， 因此 ， 控制喷射密度可控 制处理面的平均深度 ， 使其达到要求。 ( 3 )人工凿毛法。 该方法使表面粗糙的同时 ， 在表 面下会同时伴有裂缝出现 ，挠动周围混凝土使粘结强 度降低 。 而且带来噪声和粉尘等污染 。 ( 4 )钢刷刷净法。 钢刷刷净法实际上只是做表面清 理 ， 而 不是表面 处理 ， 用该法清理 的表面粘结性 能差 。 ( 5 )人工粗糙法。将水泥 、 聚合物 、 水按照一定比 例混合搅拌成浆体 ，然后将其涂覆表面干净无油污 的 老混凝土 表面4 5 m m用刷子在浆体硬化前将其粗 糙 ， 标 准养 护 几天后 即可 浇筑新 的混 凝土 。 2表面粗糙程度 的量测方法 ( 1 )平均深度法。 将4 片塑料板环绕着混凝土处理 面，使塑料板的最高平面和处理面的凸部的最高点齐 平， 浇筑标准砂超过处理面 且和塑料板顶面抹平。 处理 面的平均深度可用下面公式计算： 平均深度= 标准砂的 总重， ( 试件横截面积 标准砂密度) 。 ( 2 )以骨料暴露的百分比来度量表面粗糙度。采 用表面粗骨料暴露的百分比来度量表面粗糙度 ， 分为3 个等级 ， 即 ： A 级粗糙度约有 1 0 的骨料( 粗) 可见 ； B 级 粗糙度约有3 0 4 0 的骨料( 粗) 可见 ； C 级粗糙度约有 6 0 8 0 的骨料( 粗) 可见。 对此只能靠经验观察而定 ， 试验结果表明： A 级粘结性差， B 级粘结性好 ，且证明了 高压水射法处理 混凝土 表面是一种好方法 ； C 级界面 抗剪强度b l： B 级略有增大 ， 故B 级粗糙度较合适， B 级粗 糙度试件的粘结破坏强度较高。 ( 3 )数字图像模拟法 。 由氦氖激光器发出激光束 ， 经 柱 状 透 镜扩 束并 准 直 后 成 为 束 很 薄 的 片 状 光 束 ( 宽度为0 2 mm) 投射到物体上 ， 载有物体的平 台在步 进电机带动下沿给定方向以一定速度平移 ，完成片光 投 影在 物 面上 的二维 扫描 ，在 另 一方 向 上用面 阵C C D 接受该片光图像 。在试件平移过程中控制图像采集卡 的采集间隔， 使平移速度与图像采集速度匹配 ， 以完成 图像的适时采集。 由于物面的高低不同， 每条投影线在 C C D 光敏面上的像为一 曲线 ，计算该 曲线 上各像素点 偏离标准像( 参考平面) 的位置 ， 按激光三角测距原理 可得出物面的深度变化。 3 修 补材料 的选择和应用 为了使混凝土结构在修补后能够耐久 ，修补用材 料的范围是很有限的，最大量应用的材料是与原结构 中相同的混凝土和砂浆 ，其水泥和骨料的品种则力求 与原有混凝土所用的相同，如结构是因化学侵蚀而损 坏 ， 则可能要改用其他品种的水泥和保护涂层 ， 以便在 钢筋周围重新形成耐久的保护性环境。修补后结构的 耐久性取决于新老混凝土粘结的耐久性和修补材料的 耐久性 。 因此 ， 根据不同情况选择不同的合适的修补材 料非常重要 3 ,4 1 。 ( 1 )选择收缩小的材料作为修补材料。 混凝土修补 常因新老混凝土间的粘结失效而导致破坏， 虽然在开始 时新老混凝土间有较好的粘结性 ， 但由于新混凝土的收 缩在新老混凝土粘结面上产生应变 ， 该应变大的足以能 破坏新老混凝土之间的粘结 ， 加入碳纤维后使新混凝土 的干缩减小 。试验证明：当碳纤维与乳液一起使用时， 效果最好。 这是因为混凝土与混凝土界面粘结质量不仅 与干缩有关 ， 而且还与新混凝土的粘结能力有关 ， 乳液 的加入使新混凝土的粘结能力增强 ， 而碳纤维的加入又 使干缩减弱 ， 因此得到较高的界面粘力。 ( 2 )粘结剂的种类及研究状况。 结构修补的失效 ， 大多数情况下都是由于新老混凝土之间局部或全部未 粘结好。而两者之间所产生的粘结力则直接与老混凝 土是否经过妥善处理有关。 近年来， 对粘结剂的研发很 重视新老混凝土的粘结力，其不仅与粘结剂的物理性 质有关 。 而且与老混凝土表面处理方法 、 粘结剂的施工 方法和优质粘结剂的选择有关 。 4结 语 新老混凝土界面粘结强度影响因素主要有 ：新老 混凝 土界面 处理 方法及 状 态 ， 界 面剂 的种 类 、 加 固混 凝 土本体粘结强度和新老混凝土变形差等。粘结机理主 要有化学吸附 、 机械胶接和吸附作用3 种。 参考文献 1 】 王振领 新老混凝土粘结理论 与试验及在桥梁加固工程中的应用研 究 D 成都 ： 两南交通大学 ， 2 0 0 6 2 】 刘数华 新老混凝土的修补方法及粘结机理研究 J 施工技术 ， 2 0 0 6， 3 5 ( 8 ) ： 3 2 3 4 赵志方， 赵国藩， 黄承逵， 等 新老混凝土 的粘结机理和 测试方 法研 究 综述 J 河北理 工学院报 1 9 9 8 ( 1 ) I 4 两部地区用于桥梁加 固的高粘结抗扰动混凝土的研制工作大纲 交 通部科技项 目 【 5 MHF i e b r i e h I n f l u e n c e o f t h e s u r f a c e r o u g h n e s s o n t h e a d h e r - e n e e b e t w e e n c o n c r e t e a n d g u n i t e mo r t a r o v e r l a y s ( c a s e h i s t o r y ) A d h e r e n c e o f Yo u n g O i l Ol d c o n c r e t e 。 Ed i t e d b y F o l k e r H W ， 1 9 9 6 6 1 E mm o n s P H，Va y s b u r d AM，Mc d o n a l d J E A r a t i o n a l a p p r o a c h t o d u r a b l e c o n c r e t e r e p a i r s J C o n e r I n t ， 1 9 9 3 ， 1 5 ( 9 ) 7 】 Z a v l i a r i s K D ， K o l l i a s S , S p e a r e P R S A n e x p e r i me n t al s t u d y o f a d h e s i v e l y B o n d e d a n c h o r a g e s i n c o n c r e t e J Maga z i n e o f C o n c r e t e Re s e a r c h ， 1 9 9 6