聚合物改性砂漿與混凝土粘結強度的研究

張明杰 趙杰夫

(西南交通大學材料科學與工程學院，四川 成都 610031)

1 概述

混凝土在使用過程中常受到外界腐蝕性介質的侵蝕，使混凝土發生病害并最終喪失工作性能。因此對病害混凝土進行及時的修補是極其必要的，瀝青混凝土、普通混凝土和水泥砂漿被廣泛應用于病害混凝土的修補[1]。但這些材料由于脆性較大、韌性不足，作為修補材料難以與混凝土形成很好的結合。聚合物砂漿克服了以上修復材料的缺點，具有良好的柔韌性和粘結性能，是一種綜合性能較好的修復材料[2,3]。

砂漿與基層混凝土界面是否有良好的粘結強度是修復工作成敗的關鍵，結合面的處理方式、界面劑類型是影響砂漿與基層混凝土粘結力的重要因素[4]。在實際應用中，對于損傷嚴重的混凝土結構在砂漿修補之前需要對缺損較大的部位使用混凝土進行補平處理，因此修補砂漿常常同時與短齡期的混凝土和長齡期混凝土進行結合。國內外學者對砂漿與長齡期混凝土的結合性能已經做了大量研究[5,6]，但對砂漿與短齡期混凝土的結合性能研究較少。針對這個問題，本文在選取幾種不同粗糙度、界面劑的條件下，對砂漿與1 d和28 d齡期的混凝土粘結性能進行了研究。

2 試驗材料及方案設計

2.1 主要試驗原料

試驗水泥使用西南水泥有限公司的P.C32.5水泥和拉法基有限公司生產的P.O42.5水泥；粗骨料選用2.5 mm～15 mm連續級配碎石，細骨料采用細度模數為2.1的河砂；苯丙乳液使用龍湖科技生產的446型砂漿專用乳液，固體含量51%，減水劑采用HSC-2聚羧酸高效減水劑。

2.2 試驗方案設計

試驗采用C30混凝土，其規格為100 mm×100 mm×100 mm，配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比

將制備好的混凝土于1 d，28 d齡期切割成100 mm×100 mm×50 mm，對成型底面進行人工鑿毛，通過灌砂法控制粗糙度，制備灌砂深度為0.475 mm～0.702 mm(C1)，1.031 mm～1.240 mm(C2)，1.573 mm～1.792 mm(C3)的試樣。涂抹界面劑之前保證界面的清潔、無灰塵，界面劑涂抹完成后立即在混凝土表面澆筑聚合物改性砂漿，成型1 d后脫模放入養護室內養護至28 d齡期后測試劈裂強度。聚合物改性砂漿配合比如表2所示。

界面劑選擇與砂漿同水灰比的水泥凈漿、摻UEA水泥膨脹劑的水泥漿(后文稱膨脹水泥漿)和摻T1型結晶材料的水泥漿(后文稱T1水泥漿)，并與不使用界面劑的試樣進行對比。界面劑的配合比和用量如表3所示。

表2 聚合物改性砂漿配合比

表3 界面劑配合比和用量

2.3 試驗結果分析

試驗共制備24組試樣，分別對應不同界面粗糙度、不同界面劑和不同齡期混凝土的試樣，每次測試結果取3塊試件的平均值。試驗數據如表4所示，由此分析不同界面粗糙度、界面劑對聚合物改性砂漿與1 d,28 d齡期混凝土劈裂強度的影響規律。

表4 劈裂強度試驗結果

2.3.1界面粗糙度的影響

從表4可以看出，隨界面灌砂深度的增加，聚合物改性砂漿與混凝土結合試樣的劈裂強度增加。粗糙度為C3和C2的試樣劈裂強度相比C1試樣平均提升了33.6%和15.0%，提升效果明顯。

灌砂深度的增加提高了混凝土的界面粗糙度，砂漿與混凝土之間的有效粘結面積變大，從而使砂漿與混凝土之間產生更大的機械嚙合力和范德華力。因此，對混凝土表面進行鑿毛處理得到較高的灌砂深度是獲得良好的砂漿—混凝土粘結性能的重要保證。

2.3.2界面劑的影響

從表4可以看出，界面劑對最終的劈裂強度有很大影響。使用T1水泥漿的試樣劈裂強度最高，使用膨脹水泥漿的試樣次之；使用水泥凈漿的試樣劈裂強度較小，僅略高于未使用界面劑的試樣。

在修補砂漿的涂覆過程中，由于骨料堆積、砂漿排氣等原因結合面難以形成密實結構，導致結合性能下降。界面劑能夠改善砂漿與混凝土的結合情況從而提高結合性能。砂漿與1 d混凝土結合時，T1水泥漿的提升效果大于其他界面劑，其原因是鑿毛后的混凝土表面存在大量的微裂紋，T1水泥漿中的結晶材料能夠滲透其中與未水化水泥顆粒反應產生結晶，使結合面密實度增加。混凝土齡期為28 d時，T1水泥漿試樣的提升效果低于膨脹水泥漿，一方面是因為28 d混凝土水化程度高，未水化水泥顆粒較少使結晶反應減弱；另一方面是由于28 d混凝土與砂漿的收縮差造成的。膨脹水泥漿可在一定程度上彌補砂漿與混凝土的收縮差，但由于聚合物改性砂漿自身收縮性較小，膨脹水泥漿的增強效果有限，因此得到的劈裂強度僅略高于T1水泥漿。

2.3.3混凝土齡期的影響

從表4可以看出，1 d齡期混凝土與砂漿的粘結性能高于28 d齡期混凝土，其劈裂強度平均提高26.7%。這是因為齡期較短的混凝土內部有大量尚未反應的水泥顆粒，這些水泥顆粒能夠與修補砂漿內的水泥共同發生水化反應，使得砂漿與混凝土之間產生的化學作用力增加；隨混凝土齡期的增長，其內部尚未反應的水泥顆粒大量減少，化學作用力降低。不同齡期下界面劑的作用效果不同，因此針對不同齡期混凝土選擇合適的界面劑顯得尤為重要。

3 結語

通過對聚合物改性砂漿與混凝土劈裂強度的研究，探討了不同界面粗糙度、不同界面劑對砂漿與1 d,28 d齡期混凝土粘結強度的影響，主要結論如下：

1)粗糙度可提升砂漿與混凝土之間的粘結性能，1.573 mm～1.792 mm灌砂深度試樣的劈裂強度相比0.475 mm～0.702 mm灌砂深度的試樣平均提高了33.6%。

2)對于短齡期混凝土，T1水泥漿界面劑可最大程度提升砂漿與混凝土的粘結性能；對于長齡期混凝土，膨脹水泥漿的增強效果最好。

3)砂漿與短齡期混凝土的結合性能好于長齡期混凝土，1 d混凝土與砂漿的劈裂強度相比28 d提高了26.7%。