環(huán)氧界面劑對(duì)新老混凝土黏結(jié)性能影響的試驗(yàn)研究

鄭英國(guó)

(滄州水利勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，河北 滄州 061000)

在水利工程建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)遇到新老混凝土界面的黏結(jié)問題。受到多種因素的影響，黏結(jié)面往往可以視為一層薄弱面，以至于在施工完畢之后并不能將其視為一個(gè)整體，在受力后容易造成黏結(jié)面部位的結(jié)構(gòu)性破壞，進(jìn)而誘發(fā)諸多安全隱患[1]。所以，在傳統(tǒng)的混凝土修補(bǔ)加固工程中，往往是采取鑿毛等增加接觸面積的方法提高接觸面的強(qiáng)度[2]。近年來，海內(nèi)外研究學(xué)者將新老混凝土黏結(jié)面的影響因素作為重要的研究對(duì)象，從微觀和宏觀等不同層面進(jìn)行了廣泛而深入的研究，并取得了一系列有實(shí)用價(jià)值的研究成果[3]。其中，最具應(yīng)用價(jià)值和效果的當(dāng)屬界面黏結(jié)劑(簡(jiǎn)稱“界面劑”)。當(dāng)前，在水利工程中應(yīng)用比較廣泛的界面劑主要有三大類型，分別是無機(jī)界面劑、有機(jī)界面劑和復(fù)合界面劑[4]。其中有機(jī)界面劑和復(fù)合界面劑具有黏結(jié)性好的優(yōu)勢(shì)，但是成本高且會(huì)釋放出較多的有害物質(zhì)。無機(jī)界面劑的成本較低，但是彈模和變形較大，容易在使用過程中引起應(yīng)力集中。基于此，本文研究提出了一種在環(huán)氧樹脂基礎(chǔ)上添加固化劑、稀釋劑和水泥的新型界面劑，并對(duì)其黏結(jié)性能進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本文研究主要選擇新老黏結(jié)混凝土試塊的劈拉和斜剪強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)新型環(huán)氧界面劑的黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比研究，獲得不同工況下的黏結(jié)效果。

1.2 試驗(yàn)影響因素

對(duì)于老混凝土，本次試驗(yàn)選擇了1d、3d、7d、14d和28d齡期，新混凝土的齡期選擇為28d；試驗(yàn)中的老混凝土選擇C20、C25、C35和C40四種不同的強(qiáng)度等級(jí)。按照《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(DL/T 5330—2005)[5]中的相關(guān)要求，新混凝土的強(qiáng)度要比原混凝土的強(qiáng)度提高一級(jí)；本次試驗(yàn)中的界面劑情況為無界面劑(用W1表示)，傳統(tǒng)水泥凈漿界面劑(用S1表示)，以及本文提出的新型環(huán)氧界面劑。為了試驗(yàn)新型界面劑不同配比的影響，研究中結(jié)合相關(guān)研究成果，提出了如表1所示的4種不同配比方式，通過試驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)選。為了保證抗?jié)B性，在涂抹界面劑之后需要再涂抹一層水灰比為0.4的水泥凈漿[6]。試驗(yàn)中水泥凈漿界面劑采用P·O42.5普通硅酸鹽水泥制成，水灰比仍選擇0.4；試驗(yàn)中的澆筑方式為水平澆筑。

表1 新型環(huán)氧界面劑配比設(shè)計(jì)表

1.3 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和試件制作

按照新老混凝土的不同齡期進(jìn)行試件的制作，試件的尺寸為150mm×150mm×150mm。在試件的制作過程中，首先按照各個(gè)試驗(yàn)方案的配合比進(jìn)行取料，避免由于取料不均勻影響試驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)。一般來說，水泥、水和骨料的誤差應(yīng)該掌握在0.3%以內(nèi)。此外，在試驗(yàn)過程中需要按照所需材料總量的1.5倍進(jìn)行取料，防止拌和過程中的不均勻。在混凝土拌和過程中，應(yīng)該保持場(chǎng)所溫度在15～25℃之間，同時(shí)拌和盡量在室內(nèi)進(jìn)行，以防止外界環(huán)境對(duì)混凝土的影響[7]。在試件制作時(shí)，首先在模具內(nèi)壁涂刷一層脫模劑，然后倒入拌制好的混凝土，然后進(jìn)行搗振，完畢后抹平表面，待混凝土初凝之后放入養(yǎng)護(hù)室在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并在28h后拆模，然后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)設(shè)定的齡期。取出達(dá)到設(shè)定齡期的試件，對(duì)黏結(jié)面進(jìn)行鑿毛處理，然后涂刷厚度為3mm左右的界面劑，并在界面上方澆筑新混凝土，然后按照上文要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

測(cè)定混凝土的力學(xué)性能必須按照相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，同時(shí)需要按照相關(guān)的規(guī)定嚴(yán)格操作，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性[8]。對(duì)本次試驗(yàn)而言，其所有的試驗(yàn)步驟均按照《水工混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(DL/T 5330—2005)的相關(guān)要求進(jìn)行，其中的劈拉試驗(yàn)和斜剪試驗(yàn)均采用WAW-3000C萬能伺服試驗(yàn)機(jī)。該機(jī)支持微機(jī)控制技術(shù)，具有較高的自動(dòng)化水平，可以直接對(duì)試樣進(jìn)行劈拉試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 界面劑配比優(yōu)選結(jié)果與分析

研究中保持其他因素不變(老混凝土的齡期為28d，強(qiáng)度等級(jí)為C40)，對(duì)不同界面劑配比下的試件的劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果如表2所列。由試驗(yàn)結(jié)果可知，無界面劑的試件劈裂抗拉強(qiáng)度值最低，僅為標(biāo)準(zhǔn)試件的27.15%；傳統(tǒng)的水泥凈漿試件次之，相對(duì)強(qiáng)度系數(shù)為39.31%；新型環(huán)氧界面劑的效果最好，文中設(shè)計(jì)的四種不同配比的新型環(huán)氧界面劑試件的相對(duì)強(qiáng)度系數(shù)均值為56.10%；相比傳統(tǒng)的水泥凈漿界面劑提升近17個(gè)百分點(diǎn)，這說明本文提出的新型環(huán)氧界面劑具有良好的新老混凝土黏結(jié)效果，可以在相關(guān)工程采用。另一方面，從不同配比的新型環(huán)氧界面劑試件的試驗(yàn)結(jié)果來看，雖然存在一定的差異性，但是差異并不明顯，說明其配比對(duì)界面的黏結(jié)效果影響不大。因此，從工程成本考慮，在實(shí)際工程中推薦選擇J4配比。

表2 不同界面劑配合比試驗(yàn)結(jié)果

2.2 老混凝土齡期影響的試驗(yàn)結(jié)果與分析

研究中保持老混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C40，J4界面劑不變，對(duì)1d、3d、7d、14d、28d等五個(gè)齡期老混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出如圖1所示的劈拉強(qiáng)度值和齡期之間的變化規(guī)律曲線。由圖1可知， 在界面劑配比和混凝土強(qiáng)度不變的情況下，試件的劈裂抗拉強(qiáng)度值和老混凝土齡期之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，也就是老混凝土的齡期越長(zhǎng)，試件的劈裂抗拉強(qiáng)度值越低。同時(shí)，隨著齡期的逐漸增加，劈裂抗拉值的變化幅度越來越小并逐漸趨于穩(wěn)定。在水利工程施工實(shí)踐中，新老混凝土的黏結(jié)面往往是大體積混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，無論是施工縫還是分層澆筑，都會(huì)造成新老混凝土結(jié)構(gòu)面的黏結(jié)問題。其主要區(qū)別在于老混凝土的齡期不同，長(zhǎng)的可能會(huì)達(dá)到幾個(gè)月，而除險(xiǎn)加固工程中甚至能長(zhǎng)達(dá)數(shù)年甚至數(shù)十年。從本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知，老混凝土的齡期越長(zhǎng)，界面劑的黏結(jié)效果越差，強(qiáng)度越低。因此，在混凝土施工澆筑工期的設(shè)置過程中，盡量考慮到混凝土齡期對(duì)澆筑效果的影響，提高大壩混凝土的安全性和穩(wěn)定性。

圖1 劈拉強(qiáng)度值隨老混凝土齡期的變化曲線

2.3 老混凝土強(qiáng)度等級(jí)的影響

研究中保持老混凝土齡期28d，界面劑配比為J4不變，對(duì)C20、C25、C35和C40四種不同的混凝土強(qiáng)度等級(jí)下的試件抗拉劈裂強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)。為了考慮混凝土本身強(qiáng)度差異對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，將沒有黏結(jié)面的標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊的試驗(yàn)結(jié)果作為對(duì)照。根據(jù)最終的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制出如圖2所示的試驗(yàn)結(jié)果。由試驗(yàn)結(jié)果可知，在其他條件相同時(shí)，試件的劈裂抗拉強(qiáng)度會(huì)隨著混凝土等級(jí)的提高而增大，與同等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)試塊之間具有相似的變化特征，由此可見，老混凝土的強(qiáng)度等級(jí)對(duì)劈裂抗拉強(qiáng)度影響并不顯著。當(dāng)然，混凝土的強(qiáng)度越高，最終的試驗(yàn)效果越好，因此在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量使用強(qiáng)度較高的混凝土。

圖2 老混凝土強(qiáng)度等級(jí)影響的試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié) 論

新老混凝土的接觸面的有效黏結(jié)是水工建筑設(shè)計(jì)施工領(lǐng)域的重要課題，同時(shí)也是影響水工建筑物安全穩(wěn)定的重要因素。本研究提出了一種新型環(huán)氧界面劑，并通過室內(nèi)試驗(yàn)的方法研究了其有效性以及對(duì)新老混凝土黏結(jié)性能的影響，得出主要結(jié)論如下：

a.采用新型環(huán)氧界面劑時(shí)，新老混凝土黏結(jié)強(qiáng)度有大幅提高，具有良好的黏結(jié)效果，可以在相關(guān)工程中采用。

b.新型環(huán)氧界面劑的配比對(duì)新老混凝土的黏結(jié)效果影響極為有限，在工程設(shè)計(jì)中可以選擇成本較低的配比。

c.老混凝土的齡期越長(zhǎng)，新型環(huán)氧界面劑的黏結(jié)效果越差，在混凝土施工澆筑工期的設(shè)置過程中，需要考慮到混凝土齡期對(duì)澆筑效果的影響。

d.混凝土的強(qiáng)度越高，新型環(huán)氧界面劑的黏結(jié)效果越好，因此在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量使用強(qiáng)度較高的混凝土。