固化速度及界面環境對環氧界面劑性能的影響

林 浩，王文軍

（1.山西省交通科學研究院，新型道路材料國家地方聯合工程實驗室，山西 太原 030006；2.大連凱華新技術工程有限公司，遼寧 大連 116000）

混凝土結構的使用已經有一百多年的歷史，隨著各種構筑物的老化、使用不當等原因不斷產生，其安全性和耐久性問題日益突出。對老混凝土的維修加固，需要在老混凝土表面澆筑新的修補材料[1，2]。水泥砂漿在建筑結構加固補強方面的應用十分廣泛，具有經濟耐久、壓縮強度較高以及適應性較好等優點[3]。 研究表明[4～7]，新老混凝土粘接界面與整體混凝土結構相比，其粘接面粘接強度較差，由于新老混凝土之間是弱界面，這意味著新老混凝土粘接面的粘接強度直接影響到混凝土結構整體性能，是混凝土結構加固修補是否成功的關鍵。許多學者對提高新老混凝土界面粘接性能進行了研究，Pu-Woei Chen等[8]在修補材料中摻入碳纖維絲材料，以減小修補材料的自身收縮，水中和等[9]研究了抗裂防水界面劑對新老混凝土界面性能的改善作用。

影響粘接強度的主要因素是界面結合強度和混凝土的內聚強度，新老混凝土界面的破壞形式分為粘接面的界面破壞、混凝土內聚破壞、界面劑內聚破壞和混合破壞4種形式[10]。本研究考查了3種不同固化速度的環氧界面劑、未加界面劑及老混凝土有無明水等情況對新老混凝土粘接界面抗折性能的影響規律，綜合對比分析了各種不同情況的界面粘接效果及界面破壞形式，為工程加固施工提供理論指導。

1 實驗部分

1.1 主要原料

環氧樹脂（EP，E-51），工業級，藍星化工新材料股份有限公司；快速固化劑（7120）、中速固化劑（8120）、慢速固化劑（8220），北京金島奇士材料科技有限公司；32.5#普通硅酸鹽水泥、河沙，市售。

1.2 儀器與設備

FS-0.4型分散機，秦皇島億利化工有限公司；CMT4304型萬能試驗機，美特斯（中國）有限公司；砂漿攪拌機，河北虹宇儀器設備有限公司。

1.3 試件制備

將E-51與3種固化劑按質量比2∶1的比例混合，攪拌均勻待用。

1.4 性能測試

按照GB 50728—2011《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》標準中附錄S的方法，脫模后立即用萬能試驗機測試[將同批次制備且養護后的12塊（尺寸為40 mm×40 mm×160 mm）水泥砂漿試件折斷，將折斷后的24塊試件分成A、A1、B、B1、C、C1、D和D1等8組，每組各3塊，A、B、C和D組置于干燥環境中，A1、B1、C1和D1組放入水下浸泡一晝夜。然后對A/A1、B/B1、C/C1和D/D1表面分別做空白處理、涂覆快速固化、中速固化和慢速固化EP界面劑，并立即置于模具中澆筑另一半水泥混凝土，在濕度為95%，溫度為23℃的養護箱內養護28 d]。

2 結果與討論

抗彎試件性能測試結果如圖1所示，典型界面破壞形式如圖2所示。

圖1 界面劑處理后的新老混凝土抗彎試件抗彎測試強度Fig.1 Fracture strength of new and old concrete bonding specimen for fracture after treating with interface agent

圖2 抗彎試件典型破壞斷面Fig.2 Typical fracture surface morphology of specimen for fracture

對比分析A、B、C和D試樣可知：老混凝土界面無水時，界面劑明顯改善了新老混凝土的粘接性能，且隨著EP界面劑固化速度減慢，新老混凝土粘接性能增強，A、B界面破壞形式分別為粘接面破壞和界面混合破壞，C和D破壞形式為混凝土內聚破壞。

對比分析A1、B1、C1和D1試樣可知：在老混凝土界面有水的情況下，EP界面劑對新老砂漿界面粘接增強作用較小，新老混凝土粘接強度隨EP界面劑固化速度減慢呈增加的趨勢，A1為界面破壞，B1為EP界面劑的內聚破壞，C1、D1為界面混合破壞。

A、A1對比可知：當老混凝土界面未經EP界面劑處理時，在直接澆筑新混凝土情況下，老混凝土界面是否有水并不影響新老混凝土的抗彎強度。

B和B1、C和C1及D和D1比較可知：老混凝土表面無水時，新老混凝土的抗彎強度較大，說明EP界面劑在有水的界面強度損失較大；另外，B1抗彎強度低于A1，說明B1所用EP界面劑降低了新老混凝土界面的粘接強度，該EP界面劑不適合在有水的界面使用。

3 結語

（1）老混凝土界面無水時，EP界面劑的作用明顯，且隨著EP界面劑固化速度減慢，界面劑的粘接強度增加。

（2）老混凝土表面有水時，EP界面劑的作用效果較差，固化速度較快的界面劑形成了新的弱界面，因此，EP界面劑不適用于有水的環境。

（3）不用EP界面劑時，老混凝土表面有無明水基本不會影響其界面粘接作用。

（4）新老混凝土界面粘接強度與其界面破壞形式有緊密關系，EP界面劑內聚破壞時，界面粘接強度相對最小，可能的原因是環境條件等因素引起EP界面劑固化不充分，形成了新的弱界面；界面劑與混凝土界面破壞時，界面粘接強度較小，原因是界面劑與混凝土的粘接強度較小；界面劑與混凝土混合破壞時，界面粘接性能較大，界面劑的粘接強度與混凝土的內聚強度接近；混凝土內聚破壞時，新老混凝土的粘接強度相對最大，界面劑與混凝土的粘接強度及界面劑的內聚強度大于混凝土的內聚強度，此種EP界面劑是最理想的新老混凝土界面劑。本試驗中混凝土界面潮濕環境和干燥環境使用的界面劑中，最理想的的固化劑均是8220型慢速固化劑。