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钢筋混凝土结构在使用过程中, 经常会由于各种原因造成一定的病害损坏, 从而影响结构的安全性与耐久性. 常用加大截面法[ 1] 做加固处理. 在实际工程中, 老混凝土的外部一般都已碳化, 碳化导致
钢筋锈蚀, 混凝土开裂. 因此在浇注新混凝土之前,需要将碳化层彻底清除. 清除碳化混凝土的工作非常费时、费工, 严重影响了修补工程的施工进度. 如果直接在碳化混凝土上浇注修补混凝土, 将大大简化施工程序, 提高施工效率. 界面剂有助于新老混凝土的界面粘结[ 2] , 这就需要寻找一种既有好的粘结性能又有好的抗碳化性能的界面剂. 界面剂一般是在水泥净浆中添加外加剂和超细粉料制成[ 3- 4] .
1 试验设计
1. 1 界面剂原材料的确定
界面剂使用水泥为郑州天瑞水泥有限公司生产的强度等级为42. 5的普通硅酸盐水泥. 水泥的物理化学性质见表1. 减水剂为郑州建科混凝土外加剂有限公司的JKH – 1型高效减水剂( FDN)、减水率
18% ~ 25% . 膨胀剂为郑州建科混凝土外加剂有限公司的UEA – H 普通型膨胀剂. 减缩剂为江苏博特新材料有限公司生产的JM – SRA混凝土减缩剂. 硅灰为登封威化硅业有限公司生产, 活性S iO2 含量95% , 比表面积19. 4m2 /g. 粉煤灰( F ly)为南阳鸭河口热电厂一级粉煤灰. 细度为( 0. 045 mm 筛)6. 8% , 需水量比93. 6% .
1. 2 界面剂配合比的确定
根据相关研究成果及产品说明, 确定各种外加剂及掺合料的掺量(以胶凝材料的质量为基准)如下: 减水剂1%, 减缩剂2%, 膨胀剂10% (内掺), 粉煤灰10%, 20% (内掺), 硅灰5% , 10% (内掺) , 混合掺合料15% (粉煤灰10% + 硅灰5%, 内掺) , 界面剂以最简单的水泥净浆为基础, 掺加外加剂和掺合料. 同时, 以不刷界面剂的工况作为对比工况. 根据以上分析, 共配制12 种新型界面剂, 编号1 为不涂任何界面剂的情况, 具体的配合比见表2.
1. 3 界面剂抗碳化的测试机制
老混凝土配合比为: m水泥:m水:m砂:m石子= 325 :205:740:1 110, 28 d强度为23. 9MPa. 将龄期约为3 个月的老混凝土试件( 100 mm * 100 mm *100mm )的成型面和对应的底面用石蜡密封, 然后
将其余4个侧面用钢丝刷刷毛, 清洗干净再分别涂4种不同的界面剂(厚度为2~ 3 mm ), 标准养护7 d后, 放入碳化箱在标准条件[ 5] 下碳化, 在碳化的第5, 11, 16, 22 d(相当于自然条件下碳化约10, 20, 30,40 a)从侧面劈开测每个面的碳化深度, 为了排除角区碳化叠加的影响, 测试碳化深度时仅取每个面中间50mm范围的深度作为有效深度.
2 试验结果分析
试验所得的各种界面剂工况各龄期碳化深度以相对值表示, 相对值即是以不涂界面剂试件(编号1 ) 5, 11, 16, 22 d的碳化深度为基准, 所有涂界面剂试件各龄期的碳化深度除以1的相应龄期的碳化深度. 各种工况龄期碳化深度的相对值见表3. 由表3知, 各种界面剂均有防碳化能力, 除个别工况外相对值均小于1, 大多数界面剂各龄期相对值相差不大, 碳化深度随时间的发展规律与不涂界面剂试件类似, 即混凝土碳化深度与碳化龄期的平方根成正比[ 6] . 由于各种界面剂抗碳化性能差别较大, 下面进行具体分析.
2. 1 1- 系列的界面剂的抗碳化性能
1- 1 至1- 6表示水泥浆中掺加减水剂、减缩剂和掺合料的界面剂. 由图1知, 掺加粉煤灰的界面剂的抗碳化性能好于掺加硅灰的界面剂; 粉煤灰掺量为10% 的效果好于掺量为20% 的情况; 硅灰掺量
为5%的效果略好于掺量为10% 的情况; 混掺效果的抗碳化性能最差.
粉煤灰有一定的水硬胶凝性能, 在蒸汽养护条件下, 与氢氧化钙或其他碱土金属氢氧化物发生化学反应, 生成具有水硬胶凝性能的化合物, 可以增加界面剂的强度和耐久性, 从而其抗碳化性能就显著
提高. 由于硅灰的比表面积比粉煤灰大很多, 活性更强, 使用时如果控制不好, 没有充分搅拌或者涂刷不均匀, 很难发挥它的良好性能.
2. 2 2-系列的界面剂的抗碳化性能
图2为1 、2- 1至2-6表示水泥浆中掺加减水剂、膨胀剂和掺合料的界面剂的抗碳化性能试验结果. 由图2可以看出, 掺加粉煤灰的界面剂的抗碳化性能好于掺加硅灰的界面剂; 粉煤灰掺量为10%的效果好于掺量为20% 的情况; 硅灰掺量为10%的效果略好于掺量为5% 的情况; 混掺效果的抗碳化性能最差. 该系列的试验结果表明, 硅灰的掺量还有待修正, 应该介于5%到10%之间.
2. 3 掺加减缩剂与膨胀剂的界面剂的抗碳化性能
图3为掺加减缩剂与膨胀剂的界面剂的抗碳化性能试验结果. 从图3可以看出, 使用减缩剂的界面剂的抗碳化性能明显好于掺加膨胀剂的情况. 减缩剂由聚醚和聚醇类有机物或它们的衍生物组成, 是一种表面活性剂, 其可降低水表面张力和凹液面的接触角, 使毛细管张力减小, 从而降低砂浆或混凝土的收缩. 减缩剂不像膨胀剂那样靠形成钙矾石和氢氧化钙大晶体来补偿收缩, 将其用于界面剂, 既可减少修补界面层收缩差又不会增加大晶体, 故可将其用于新老混凝土的修补加固.
3 结 语
所研究的界面剂均有不同程度的抗碳化效果,总体来说, 掺加减水剂、减缩剂和粉煤灰的界面剂抗碳化效果较好; 硅灰的使用还有待进一步研究.传统的新老混凝土粘结面强调的是满足强度要求, 而不清除碳化层的新老混凝土粘结面侧重于耐久性能. 新型界面剂是否可以满足要求, 需要做大量深入细致的研究.
