界面劑對第二齡期新老混凝土粘結劈拉強度影響

胡良明,馬朝猛,徐晨光,曹宏亮

(鄭州大學水利環境學院,河南鄭州450001)

界面劑對第二齡期新老混凝土粘結劈拉強度影響

胡良明,馬朝猛,徐晨光,曹宏亮

(鄭州大學水利環境學院,河南鄭州450001)

為分析不同界面劑對新老混凝土的粘結效果,選用普通硅酸鹽水泥混凝土、礦渣水泥混凝土和復合型水泥混凝土作為試驗混凝土,選擇水泥凈漿、摻粉煤灰的水泥凈漿和摻TG-1固結劑的水泥凈漿作為試驗粘結劑進行了劈拉強度試驗。試驗結果表明：水泥凈漿界面劑粘結效果總體上隨著水灰比的增加而減弱；摻粉煤灰的水泥凈漿作為界面劑時,粉煤灰的摻量在20%～40%時粘結效果最好；摻TG-1固結劑的水泥凈漿的粘結效果是隨著TG-1固結劑摻量的增加而增強。

新老混凝土；粘結劑；第二齡期；水灰比；粘結強度

在施工期間由于施工組織、施工工藝上的原因或意外情況的發生,混凝土的連續澆筑有時無法實現，當澆筑中的時間間隔超過混凝土的初凝時間時,就會在前后澆筑的混凝土結合處形成施工縫。施工縫的產生歸根究底就是新混凝土(后澆筑的混凝土)和老混凝土(先澆筑的混凝土)的粘結的問題,但是對于此類問題的研究較少,只有史長城[1]、馬朝運[2]、宋玉普[3]等學者做了一些研究。本文通過三種界面劑對三種混凝土進行新老混凝土的粘結試驗,分別測試其混凝土7 d和28 d的粘結劈拉強度,分析不同界面劑對新老混凝土的粘結效果。

1 材料的選擇

本試驗選用三種水泥配制三種混凝土,分別為河南省新鄉市孟電集團生產的P·O42.5型普通硅酸鹽水泥、32.5型礦渣水泥和P·C32.5型復合硅酸鹽水泥。試驗細骨料采用普通河砂,細度模數2.87,最大粒徑5 mm,級配合格,表觀密度2 532 kg/m3。參考SL352—2006《水工混凝土試驗規程》[4],采用四分法取1 000 g試樣過篩。粗骨料為普通碎石,粒徑為5～20 mm連續級配,表觀密度2 703 kg/m3,堆積密度1 514 kg/m3。三種混凝土的配合比見表1。

本試驗選擇水泥凈漿界面劑、摻粉煤灰的水泥凈漿界面劑和摻TG-1固結劑的水泥凈漿界面劑作為界面劑，并且選擇不摻任何界面劑的試件作為對比。

表1 混凝土配合比設計 kg/m3

2 新老混凝土粘結試驗

2.1 試件制作

將聚乙烯板切割成150 mm×170 mm大小,用作試模擋板,準備邊長75 mm的木塊用來固定擋板；混凝土拌和完成后,裝入裝有擋板的試模中,在振動臺振搗30 s,抹面靜置；混凝土達到初凝時間時,將擋塊和擋板拆掉,用膩子刀將接觸擋板的混凝土面刮掉,然后涂抹界面劑；澆筑另一半混凝土,抹面后在老混凝土面上貼紙做標識。

2.2 試驗方法

采用混凝土萬能試驗機進行試驗,混凝土的劈拉強度與其抗壓強度存在比例關系,混凝土的劈拉強度一般為其抗壓強度的7%～11%[5],使用劈拉的方法測定新老混凝土粘結效果。首先在試塊粘結面處用記號筆標出粘結面位置,通過墊條對試塊施加線性荷載P,在試塊粘結面記號處的垂直界面上除極小部分外,產生均勻的拉應力,當拉應力超過粘結面抗拉強度時,試塊被劈裂,根據式(1)計算其劈拉強度[6]

(1)

式中,fst為劈拉拉強度,MPa；P為破壞荷載,N；d為試塊邊長,mm；A為試件劈裂面積,mm2。

3 試驗結果分析

試件7 d和28 d的劈拉強度試驗結果如表2～7所示。

表2 水泥凈漿界面劑粘結立方體7 d劈拉強度 MPa

表3 水泥凈漿界面劑粘結立方體28 d劈拉強度 MPa

表4 摻粉煤灰的水泥凈漿界面劑粘結立方體7 d劈拉強度 MPa

表5 摻粉煤灰的水泥凈漿界面劑粘結立方體28 d劈拉強度 MPa

表6 摻TG-1固結劑的水泥凈漿界面劑粘結立方體7 d劈拉強度 MPa

表7 摻TG-1固結劑的水泥凈漿界面劑粘結立方體28 d劈拉強度 MPa

由表2和表3試驗結果可知：水泥凈漿界面劑粘結效果總體上隨著水灰比的增加而減弱。7 d時,當用于普通硅酸鹽混凝土的水泥凈漿界面劑的水灰比達到0.54(混凝土水灰比)時,粘結效果略劣于不加界面劑,而用于礦渣水泥混凝土和復合型水泥混凝土的水泥凈漿界面劑水灰比達到0.54時,其粘結效果優于不加界面劑,水泥凈漿水灰比增加到0.6時,其粘結效果劣于不加界面劑。28 d時,當水泥凈漿水灰比達到混凝土水灰比時,其粘結性能劣于不加界面劑。事實上,使用水灰比為0.5的水泥凈漿對礦渣水泥混凝土的粘結效果已經劣于不加界面劑的粘結效果,而對普通硅酸鹽混凝土和復合型水泥混凝土的粘結效果優于不加界面劑。

由表4和表5的試驗結果可知：粉煤灰的摻量對新老混凝土粘結效果的影響并不明顯。7 d的試驗結果顯示,摻粉煤灰的水泥凈漿作為普通硅酸鹽混凝土的界面劑時,摻量50%的界面劑粘結效果最好,摻量10%的界面劑略弱于摻量50%,效果最差的為摻量20%；摻粉煤灰的水泥凈漿作為礦渣水泥混凝土的界面劑時,摻量為20%的界面劑粘結效果最佳,摻量為50%的界面劑粘結效果最差；摻粉煤灰的水泥凈漿作為復合型水泥混凝土的界面劑時,摻量為40%的界面劑粘結效果最佳,摻量為30%的界面劑粘結效果最差。三種混凝土綜合來看,粉煤灰的摻量在20%～40%時粘結效果較好。28 d的試驗結果顯示,摻粉煤灰的水泥凈漿作為普通硅酸鹽混凝土的界面劑時,摻量10%和30%的界面劑粘結效果最好；摻粉煤灰的水泥凈漿作為礦渣水泥混凝土的界面劑時,摻量10%和摻量20%的界面劑粘結效果最佳,摻量為50%的界面劑粘結效果最差；摻粉煤灰的水泥凈漿作為復合型水泥混凝土的界面劑時,摻量為30%～40%的界面劑粘結效果最佳,摻量為10%的界面劑粘結效果最差。與7 d試驗結果相似,粉煤灰的摻量為20%～40%的粘結效果較好。

從表6、7試驗成果可知：摻TG-1固結劑的水泥凈漿作為三種混凝土粘結界面劑時,界面劑的粘結效果總體是隨著TG-1固結劑摻量的增加而增強。7 d的試驗結果顯示,隨著TG-1固結劑摻量的增加,粘結試塊的劈拉強度逐漸增大。摻TG-1固結劑的水泥凈漿用于普通硅酸鹽混凝土和礦渣水泥混凝土時,摻量達到20%時粘結效果優于不加界面劑；該界面劑用于復合型水泥混凝土時,雖然仍大致符合粘結強度隨TG-1固結劑摻量的增加而增強,但固結劑的摻量對粘結效果沒有太大影響。28 d的試驗結果顯示,隨著TG-1固結劑摻量的增加試件的粘結強度隨之增大(個別摻量除外)。當TG-1固結劑的摻量超過20%時,粘結試件劈拉強度已超過不加界面劑的粘結試件,除礦渣水泥混凝土例外,它需要TG-1固結劑摻量達到50%才起到應有的粘結效果。從表2、表4及表6可以看出,三種混凝土基準試件7 d劈拉強度表現為礦渣水泥混凝土>復合型水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土,不使用界面劑的試件劈拉強度表現為復合型水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土>礦渣水泥混凝土。由于7 d齡期混凝土剛從養護室取出,還未進行自然養護,可以看出礦渣水泥混凝土在養護室中強度提升最快。

從表3、表5及表7可以看出,三種混凝土基準試件28d劈拉強度表現為復合型水泥混凝土>礦渣水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土,不使用界面劑的試件劈拉強度表現為復合型水泥混凝土>礦渣水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土。因此28d齡期三種混凝土經過自然養護,強度趨于穩定增長,復合型水泥混凝土強度最高。

4 主要結論

(1)水泥凈漿界面劑粘結效果是隨著水灰比的增加而減弱；摻粉煤灰的水泥凈漿作為界面劑時其摻量對新老混凝土粘結效果的影響不明顯；摻TG-1固結劑的水泥凈漿作為界面劑時其粘結效果是隨著TG-1固結劑摻量的增加而增強。

(2)水泥凈漿作為界面劑時,當水泥凈漿的水灰比小于0.5時,水泥凈漿界面劑的粘結效果大于不使用界面劑時的粘結效果；摻TG-1固結劑的水泥凈漿作為界面劑時,粘結效果對于三種混凝土來說都較好；摻粉煤灰的水泥凈漿作為界面劑時,粉煤灰的摻量為20%～40%時粘結效果最好。

(3)三種混凝土基準試件7 d劈拉強度表現為礦渣水泥混凝土>復合型水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土；三種混凝土不使用界面劑時的劈拉強度表現為復合型水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土>礦渣水泥混凝土。28 d時,三種混凝土基準試件的劈拉強度表現為復合型水泥混凝土>礦渣水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土；三種混凝土不使用界面劑時的劈拉強度排序與基準試件的劈拉強度排序相同。

[1]史長城, 王大輝, 袁群, 等. 短齡期老混凝土與新混凝土粘結的劈拉強度研究[J] . 混凝土與水泥制品, 2015(5)： 15- 18．

[2]馬朝運, 袁群, 李宗坤, 等. 混凝土冷縫劈裂抗拉強度試驗研究[J] . 人民黃河, 2008, 30(6)： 79- 82．

[3]宋玉普, 魏春明. 混凝土施工縫接縫面劈拉強度試驗研究[J] . 混凝土, 2006(6)： 22- 25．

[4]SL 352—2006水工混凝土試驗規程[S]．

[5]馬峰. 新混凝土與碳化混凝土粘結的力學性能試驗研究[D]. 鄭州: 華北水利水電大學, 2011．

[6]王建偉. 高溫后新老混凝土粘結劈拉強度試驗研究[D]. 鄭州: 鄭州大學, 2002．

(責任編輯焦雪梅)

EffectofInterfaceAgentonSplittingTensileStrengthofOldandNewConcreteinSecondAge

HU Liangming, MA Chaomeng, XU Chenguang, CAO Hongliang
(School of Water Conservancy and Environment, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, Henan, China)

In order to analyze the bonding effect of different interface agents on new and old concrete, ordinary portland concrete, slag cement concrete and composite cement concrete are selected as experiment concrete, and cement paste, cement with fly ash and cement paste with TG-1 consolidation agent are selected as binders to carry out the splitting tensile strength tests. The results of the experiment show the bonding effect of cement paste will decline with the increase of water-cement ratio, the dosage of fly ash at 20%-40% has best bonding effect when the cement paste with fly ash is used as binder, and the bonding effect of cement paste with TG-1 consolidation agent will increase with the dosage increase of TG-1 consolidation agent．

new and old concrete; binder; second age; water-cement ratio; bonding strength

2016- 09- 08

胡良明(1963—),男,河南信陽人,教授,主要從事水工結構以及水工建筑物方向的研究．

TU528.01

：A

：0559- 9342(2017)06- 0053- 03