界面剂类型及不同修补材料对混凝土黏结性能的影响.pdf

2 0 1 5年 第 1 2期 (总 第 3 1 4期 ) N u mb e r 1 2 i n 2 0 1 5 ( T o t a l No 3 1 4 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACT I CAL TECHN0L0GY 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 1 2 0 3 6 界面剂 类型及不 同修补材料对混凝土黏结性 能 的影响 万惠文 ， 段亚军 ，王永吉 ， 魏凯 ( 武汉理工大学 硅酸盐建筑材料国家重点实验室， 湖北 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要： 本试验通过测试新老混凝土界面的拉拔强度和新老混凝土界面显微硬度 ， 研究 了混凝土界面剂类型以及不同组成的修 补材料对混凝土黏结性能的影响。 研究表 明： 在砂浆界面剂、 净浆界面剂、 Y Z J 一 4界面剂中， Y Z J 一 4界面剂的效果最好 ； 修补材 料 中偏高岭土掺量为胶材的5 ， 钢纤维体积掺量为 1 ， 并使用 Y Z J 一 4 界面剂时， 界面黏结最 紧密， 拉拔强度高 ， 2 8 d拉拔强度 能达到2 3 5 MP a 。 关键词 ： 界面剂 ； 偏高岭土 ； 钢纤维 ； 拉拔强度 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 2 0 1 3 8 0 3 E ff e c t o f t h e t y p e s o f t h e p r i me r s a n d d i ff e r e n t r e p a i r ma t e r i a l s on t h e a d h e s i v e p r op e r t y o f c on c r e t e s WAN Hu i w e n， DU AN Y a j u n，WANG Yo n g i i ， WE I Km ( S t a t e Ke y La b o r a t o r y o f S i l i c a t e Ma t e ri a l s f o r Ar c h i t e c t u r e s ， Wu h a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 7 0 ， Ch i n a ) Abs t r a c t： n p r e s e n t e d t he i n fl u e n c e o f t h e t yp e s o f t h e p r i me r s a n d d i f f e r e n t r e p a i r ma t e ria l s o n the a d h e s i ve p r o pe r t y b e t we e n n e w an d o l d c o n c r e t e s b y t e s t i n g the p u l lo f f s t r e n g t h a n d mi c r oh a r d n e s s o f the v i c i n i t y o f t h e i n t e rfa c e s Th e r e s u l t s s h ow t h e e f f e c t o f t h e YZJ一4 p r i me r i s the b e s t i n the mo r t a r p rime r p a s t e p rime r a n d t h e YZJ一4 p rime r W h e n the YZJ一4 p rime r a nd t he r e pa i r ma t e r i a l s i n whi c h t he me t a k a o l i n a c c o u nt f o r 5 o f the c e me n t i t i o us ma t e ria l a n d the vo l u me c o nt e n t o f the s t e e l fib e r i s 1 a r e us e d， the i n t e r f a c i a l bo n d i s the s t r o n g e s t a n d t h e p ul l o f f s t r e n g t h wo u l d b e u p t o 2 3 5 MPa a t 2 8 d K e y wo r d s： p ri me r s ； me t a k a o l i n； s t e e l fi b e r ； p u l l o ff s t r e n g t h 混凝土大规模使用 已经有一个多世纪了 ， 由于各种物 理 、 化学作用造成很 多混凝土 的弱化 ， 其耐久性能存 在着 很大的问题。 一般对 老混凝 土的维修加 固， 通 常需 要在老 混凝土上浇筑新的修补材料。 在老混凝 土表面浇筑新混凝 土 ， 会出现新老混凝 土界面薄弱 区， 这会削弱整体 混凝土 的抗剪 、 抗拉能力 ， 也就是 说新老混凝土黏结 面的质量将 直接决定混凝土结构修补的成功与否 。 关 于新老混凝土黏 结性能 的研究 已受到很多学者 的关注 ， 研究 主要 围绕关于 新老混凝土黏结的宏观力学性能和微观机理分析方面 ， 其 中 D D L C h u n g 提出用碳纤维掺入在修补材料 中， 减小 修补材料收缩 ， 从 而提高黏结强度 ； 也有学者 经试 验表 明， 掺入能减小修补材料收缩和改善修补材料工作性能的 抗裂防水剂 ， 能明显改善新老混凝土的黏结性能。 在实际应用工程中 ， 新老混凝土界面黏结 主要有新混 凝土 一老混凝 土 、 砂浆 一老混凝 土、 净浆 一老混凝 土等类 型 ， 本试验研究 的是新 混凝 土 一老混凝土 的黏结 类型 ， 并 系统研究 了界面类型 、 不 同组成修补材料 ( 新混凝土) 对混 凝土黏结性能的影响规律 ， 并用显微硬度仪对结果进行分 析验证 ， 进一步探讨分析其黏结机理。 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 3 1 4 1 38 1 原材料及试验方法 1 1 原材料 水泥采用华新水泥有限公司生产的堡垒牌 P 0 4 2 5 级水泥 和湖北孝感安达特种水泥厂所生产的 4 2 5级快硬 硫铝酸盐水泥； 偏高岭土是采用广东茂名高岭土煅烧而 成 ； 粗骨料选 用 4 7 5 1 3 2 I i l i 1 1 的连续级配碎 石； 细骨料 采用细度模数为 2 8的河砂 ； 减水剂为 中交二航局新材料 有限公 司生产 的聚羧酸高效减水剂( 液态 ， 固含量为 2 2 ， 减水率为 2 8 ) ； 钢纤维采用武汉汉森钢纤维有 限公 司生 产的端 钩 型 钢纤 维 ， 直 径 0 2 2 m m， 长 度 2 53 0 m r n ； Y Z J 一 4界面剂为长江加 固有限公 司生产 。 1 2试 验 方 法 1 2 1 新 老混凝土黏结强度测试方法 试验 中选取龄期 2 8 d以上 的 C 3 0老混凝土 ( 配合 比 见表 1 ) 试块 ， 混 凝 土试 块 尺 寸为 1 5 0 m i l l 1 5 0 r n l n x 1 5 0 m m。 首先把老混凝土试块用切割机切成两半 ， 再用 冲 击电钻对混凝土断面进行人工凿毛 ， 同时通过控制在老混 凝土表面的钻孔 的深度 和数 量来保持老混凝 土表面粗糙 度相同， 本试验控制一个试块均匀钻孔 1 6个 ， 表面钻孔深 度 5 mm左右。 人工凿毛后试块如 图 l 所示 ， 将断面处 理 干净 ， 并 用 水 润湿 老 混 凝 土表 面 ， 涂 一层 界 面 剂 ， 厚度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表3 不同修补材料( 新混凝土) 的配合比 注： A 3 、 A 4 、 A 5 、 A 6 、 A 7 组 中普通硅酸盐水泥： 硫铝酸盐水泥 = 8 5 ： 1 5 ， A 4 、 A 5 、 A 6 、 A 7中偏高岭土均为胶材质量的5 。 1 6 1 4 1 2 1 0 辕 0 4 0 2 3O O 25O _。 2 0 0 褥 1 5 0 嫖 1 00 5 0 O A3 A4 A5 A6 A7 6不同修补材料的2 8 d 拉拔强度 日 寸 i 日 j ， d 图 7不 同修 补材 料的 接触式 收缩 率 按表 3的配合 比配制新混凝土 ， 补强后 2 8 d的新老混 凝土黏结拉拔强度结果如图 6 所示 。 试验过程 中试件破坏 均在新老混凝土黏结 面， 从 图 6结果显示 A 4组 比 A 3组 2 8 d黏结拉拔强度 明显提高 ， 这说 明修补材料 中掺偏高岭 土能有效提高界面结合强度。 原因可能是 ， 一方面 ， 偏 高岭 土中的活性物质与水 泥水 化物的碱性物质反应生成具 有 微膨胀性能的钙矾石 A F t ， 可以在一定程度上补偿混凝 土 的收缩 ， 而且偏高岭 土的加 入能使 混凝土结构致密 ， 能有 效的改善混凝土 的体积 稳定性 ， 从 图 7中 A 3 、 A 4组 的 收缩率可 以证实偏 高岭 土能减小 混凝 土的 收缩 ， 研究 表 明 ： 减小新老混凝 土的相对变形 ， 可 以提高新老混凝 土 界面结合强度。 新老混凝土结 合时， 老混凝土体 积已经趋 - l 40 于稳定 ， 当修补材料的收缩率比较大时 ， 会产生相对应变 ， 老混凝土会阻止修补材料的收缩 ， 因此会在界 面处产生拉 应力 ， 当拉应力足够大时， 界面处会产生裂缝 ， 会降低新老 混凝土黏结强度 ， 所以降低修补材料收缩率是改善新老 混凝土结合强度的方式之一 。 另一方面 ， 新老 昆 凝土在成 型振捣时 ， 会有水泥浆体吸附在老混凝 土孔 隙 中， 水泥浆 体 中的偏高岭土具有很强 的二次水化活性 ， 可能会 与老混 凝 土表面富集的 C H反应生 成对新老混凝 土黏结强度 有 贡献 的 C S H凝胶 ， 改善新老混凝土黏结性能 。 这也是掺 偏高岭土的 A 4组 比不掺偏高岭土的 A 3组的黏结 强度高 的原 因。 另外从 图 6中 ， 也可以看出掺钢纤维的 A 5 、 A 6 、 A 7组 黏结强度 比不掺钢纤 维的 A 4 组 的黏结拉拔强 度高 ， 原因 可能是 ， 一方面从图 7中可以看出钢纤维加入到修补材料 中， 分散在混凝土中形成网状结构 ， 不仅 能分散应力 ， 而且 能约束修补材料 的收缩 ， 减小 新老混凝土应变差 ， 改善新 老混凝土黏结性能。 另一方面 ， 经过振捣会老 混凝 土孔隙 中会填充有纤维混凝 土， 会增 加新老混凝土机械 咬合 力 ， 从而提高界面强度。 从 图 6中还可 以看 出 ， 当钢纤 维体积 掺量为 1 5 的 A 7组的黏结强度 比钢纤维掺量 为 1 时的 黏结强度略小 ， 原 因可能是 ， 钢纤 维掺量的加入会 降低混 凝土的工作性能 ， 新混凝 土中的骨料经过振捣后 ， 会 有部 分被挤压到老混凝土表面 ， 与老混凝 土形成 “ 点接触” ， 形 成局部缺浆的现 象 ， 减 小新老混凝土黏结强度 ， 而当钢 纤维掺量小于 l 时 ， 混凝土 的和易性会 好于钢纤维 掺量 1 5 ， 水泥浆体会更容易渗透到老混凝土表面， 与老混凝 土形成“ 点接触” 的可能性就会小 ， 这也是钢 纤维掺 量为 1 5 的 A 7组 的黏结强度小于钢纤维掺量较小 的 A 6组 的 原因。 从分析 中可 以得 出 ， 钢纤维 的最佳 掺量为 1 ， 2 8 d 黏结拉拔强度达到 2 3 5 MP a 。 用显微硬度仪测量不 同修 补材料 的新老混凝 土界面 显微硬度值如 图8 所示 ， 钢纤维体 积掺量为1 ， 偏高岭 土 画 楚 暄 皿 A3 A4 A5 A6 A7 图 8不 同修 补材 料 的显微 硬度值 下转第 1 4 4页 5 O 5 O 5 O日 图 B d 暑、 毯想 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m