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摘要:当承受剪力和拉力时, 粘结面是新老砼粘结结构受力的薄弱环节, 使用合适的界面剂可以提高其粘结强度.本文采用新老砼粘结抗剪和粘结抗折试件, 对几种界面剂的粘结强度进行了试验研究, 得出使用不同界面剂时新老砼抗剪粘结强度和抗折粘结强度, 分析了不同界面剂对新老砼粘结强度的影响, 为实际工程中的应用提供参考.
关 键 词: 新老砼; 界面剂; 抗剪强度; 抗折强度
新老砼的粘结问题广泛存在于结构加固、修补和新建工程中, 而新老砼能否良好地结合为整体而共同工作主要取决于新老砼的界面粘结性能. 目前,为了增强这类薄弱结合面, 工程中常使用界面剂来提高新老砼界面的粘结力, 但不同的界面剂的性能又受施工环境和工作条件的制约.
新老砼在界面上发生的破坏主要是由于平行于界面的剪应力过大而产生的沿界面滑动剪切破坏和垂直于界面的拉应力过大产生的界面张开破坏, 或者由于上述两种因素都有的破坏形式. 本试验研究是相关科研课题工作的一部分, 其结果将用于试点工程. 本文在查阅文献和定性试验的基础上, 主要通过试验来研究几种界面剂对新老砼粘结面的抗剪强度和抗折强度的影响, 为界面剂在砼桥面铺装层与桥面板的界面处理、桥梁加固等工程实际中的应用提供参考.
1 砼结合面的粘结机理分析
从宏观层次分析, 砼可视为粗细骨料颗粒分散在水泥浆基体中所组成的两相复合材料. 从微观层次分析, 砼结构的两相复合材料的分布不是均匀的,两相体本身组成也是不均匀的. 硬化砼中的某些区域是致密的, 如骨料; 而另外一些区域是高度多孔的. 在贴近大颗粒骨料表面, 硬化水泥浆体的结构与系统中水泥石或砂浆的结构差别很大. 事实上, 在荷载作用下砼力学行为的许多方面只能将水泥浆- 骨料界面视为砼结构的第三相才能作出合理的解释.第三相, 即界面区相, 或称为过渡区相, 代表着粗骨料与硬化水泥浆体的过渡区, 过渡区围绕大骨料周围存在一层薄层, 通常比砼的其它两相组成要弱, 因此, 界面区对砼力学行为的影响很大, 界面的结构与界面的力学性能有密切的关系.
新老砼的界面同样存在类似于整浇砼中骨料与水泥石接触的这样一个过渡区, 而这恰拾是三相中最弱的界面层, 原因在于: 由于老砼的亲水性, 修补时会在老砼表面形成水膜, 使结合面处新砼的局部水灰比高于体系中的水灰比, 导致界面钙矾石和氢氧化钙晶体数量增多, 形态变大, 降低界面强度.且由于老砼的阻碍, 新砼中的泌水和气泡积聚在老砼表面, 不仅使得新砼局部水灰比更高, 而且使得气孔和微裂缝在该区富集, 显著降低界面强度. 水泥浆本身具有一定的粘结性, 它主要用于包裹砼中的骨料, 使之硬化成坚硬的水泥石. 在新砼中的骨料经过充分搅拌、振捣, 被水泥浆包裹, 而新老砼界面处新砼中的骨料经过振捣可能挤压在界面处, 使骨料与界面突出的石子、水泥石形成 点接触 , 骨料堆积在老砼表面, 阻塞了一部分老砼表面的孔隙和凹凸不平区域, 使具有粘结性的水泥浆不能完全渗入孔隙中去, 从而形成 缺浆 现象, 界面处水泥浆不能充分浸润骨料和水泥石, 而新砼失去一部分水泥浆, 这样使得粘结界面处的新砼中出现空隙, 影响了新老砼的粘结强度. 整浇砼中骨料体积小、多棱角、骨料表面粗糙, 使水泥石可嵌固在骨料表面的凹坑中,机械咬合对宏观粘结强度起主要作用. 从微观上看,它增加了有效的真实接触面积, 粘结力也会大大增加, 同时, 骨料表面的凸起对界面区结构有增强作用, 并能改变界面裂纹扩展方向, 使裂纹扩散 路径 曲折, 也能消耗部分能量. 而新老砼界面处的骨料和硬化水泥石形成一个 面 , 象一块表面比较平坦的 大骨料 , 而这块 大骨料 与整浇砼中的骨料相比不但体积大且只有个 面 , 且这个 面 很平坦无法改变裂纹扩展方向. 在新老砼界面处骨料相对集中, 裂缝、缺陷产生的几率较大, 新老砼界面承载能力进一步被削弱.使用界面剂主要是从物质结构层次方面着手,使新老砼接触的界面区结构得到加强. 界面剂喷涂在老砼表面后, 一方面能够很好地渗入其表面的孔隙, 与老砼形成良好的结合, 另一方面又与部分新浇砼产生化学结合, 从而提高了新老砼的界面结合力.研究不同界面剂的界面增强效果是我们试验的目的.
2 试验概况
2 1 试验材料及配合比
老砼选用2004 年4 月浇筑的一批砼试块, 其设计强度等级为C30, 水泥采用重庆水泥厂生产的拉法基P 032 5. 老砼试块用切割机切制成100mm 100mm 50mm 和100mm 100mm 200mm 两种块体, 粘结面均为100mm 100mm 的正方形.新砼配合比的确定: 根据相关规范[ 4, 6] 之规定,新砼强度等级设计时宜比老砼设计强度提高一级,
且不应低于C20, 所以新砼设计强度等级选用了C40, 为普通硅酸盐水泥砼. 其配合比( 见表1) . 水泥: 重庆水泥厂生产的拉法基P 042 5; 砂: 机制砂+ 长江砂( 各占50%) ; 碎石: 5~ 10: 10~ 25= 40% :60% ( 粒径尺寸单位为mm) ; 外加剂: 达华DH- NNO( 减水剂) ; 水: 自来水.
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