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界面剂对新老混凝土粘结的剪切性能的影响
王少波 郭进军 张雷顺
(郑州大学 郑州 450002)
李小枝
(焦作市房管局建筑设计室 焦作 454000)
摘 要: 在混凝土结构的修补和加固工程中,新老混凝土的粘结性能是最为关键的问题。而新老混凝土粘结面的抗剪切性能在两部分混凝土共同受力中起着极为重要的作用。采用3 年龄期的老混凝土,通过比较,浇制了一批Z 形新老混凝土粘结试件和整体混凝土伴随试件。通过剪切试验研究,得出了不同界面剂对新老混凝土粘结剪切性能的影响规律,并进行了双因素方差分析。
关键词: 新老混凝土粘结 粘结面 剪切强度 界面剂
新老混凝土的粘结是结构物修补与加固工程中经常遇到的问题。新老混凝土粘结性能的好坏直接反映着修补加固的成功与否。而目前我国许多既有建筑物,包括水工结构、工民建结构、道桥结构等已相继进入到老化使用期,都需补强加固,因此开展对新老混凝土粘结性能的研究,具有重要的社会意义与显著的经济效益。
在新老混凝土粘结方面,人们研究的大都是界面的抗拉强度,对结合面的抗剪强度却研究较少。在新老混凝土共同使用的过程中,由于新老混凝土材料的不同,各自在不同环境下,其干缩变形与温度变形等并不协调。因而会在结合面处产生拉应力与剪应力,这对于本来就较为薄弱的结合面是非常不利的。另外粘结构件在工作过程中,许多情况是处在接近纯剪受力状态的,因而,研究粘结面的抗剪强度是非常有实际工程意义的。为了缓解由于材料本身造成的结合面薄弱,提高界面的粘结力,最佳方法便是采用合适的界面剂,并对老混凝土表面进行适当的处理。本文选择无界面剂、不同水灰比的水泥净浆和不同水灰比的掺10 %U 型膨胀剂的水泥净浆进行了新老混凝土粘结的对比试验,得出了界面剂对新老混凝土粘结的影响规律,为实际工程中应用提供参考。
1 试验概况
111 原材料及配合比
(1) 老混凝土的组成材料及强度
老混凝土选用1996 年5 月打制的一批钢筋混凝土板。该批混凝土板打制时使用425 号普通硅酸盐水泥,砂子为普通中粗河砂,粗骨料碎石的粒径为5～20mm ,水灰比为0.6。现经回弹测试,老混凝土立方体抗压强度为25MPa。老混凝土板用切割机切制成100mm ×100mm ×75mm的块体,粘结面为100mm ×100mm的正方形。
(2) 新混凝土的组成材料及配合比
根据规范[1 ]第21214 条规定,混凝土加固时所用强度等级,设计时宜比原结构、构件的设计混凝土强度提高一级,且不应低于C20。所以新混凝土设计强度等级选用了C30 ,且为普通硅酸盐水泥混凝土。新混凝土的配合比见表1。
112 粘结面的处理
老混凝土表面用钢丝磨去表层大约2mm ,然后用清水冲洗干净。
113 界面剂的选用
(1) 不涂任何界面剂
(2) 水泥净浆,其中水灰比W/ C 依次取0.3、0.4、0.5 ;
(3) 掺10 %U 型膨胀剂的水泥净浆,水灰比W/ C 依次取0.3、0.4、0.5。
114 试件形状的选择
Hofbeck J .A. 等人[2 ]在钢筋混凝土构件的剪力传递研究中,采用了如图1 所示的Z形试件以避免造成较大的弯曲应力;青岛建筑工程学院[3 ]采用另外一种Z 形试件研究了高强混凝土的压剪受力性能,其试件形式如图2 ;天津大学的管大庆等人[4 ] 采用双剪法对新老混凝土粘结界面的抗剪强度和抗渗性能进行了研究,但双剪法会在粘结面上造成较大的弯曲应力。大连理工大学[5 ] 也采用类似于图2 的试件进行了新老混凝土粘结的拉剪性能研究。
我们在综合考虑了加载的简单可行性,截面上应力分布的均匀因素,避免出现应力集中的情况后,参考前人的抗剪试验资料,选择了形状类似于图2 的Z形试件, (见图3) 作为新老混凝土粘结试件和整体混凝土伴随试件的抗剪试件形式。
115 粘结抗剪试件的制作
把割制成的100mm ×100mm ×75mm 老混凝土试块在水中浸泡6h ,而后加湿麻袋覆盖,置于阴凉处。第二天早上清洗干净后,放于干燥通风处,使其表面没有明水。模板采用300mm×400mm ×100mm 的木模,内壁与底部涂刷机油。将老混凝土块的处理面置于中轴线位置,沿厚度100mm方向置于木模中,如图3 ,然后将拌好的新混凝土浇入图中相应位置。试件成型后,24h 脱模,置于室外阴凉处用湿麻袋覆盖,在25 ℃左右的气温下养护半个月,然后自然养护。
116 试件具体情况
新老混凝土粘结Z形试件共打制7 组21 块,为了便于和新老混凝土粘结的Z形试件对比,新混凝土整体伴随Z 形试件也打制了3 组9 块,共30 块Z形试件。具体情况及标记见表2。本试验是在校建材实验室的30t 万能压力机上进行的。
2 试验结果及分析
表2 列出了Z 形试件的剪切试验结果。根据表2 的试验数据,作出图4 ,以便于更为直观地表达不同种类界面剂对粘结抗剪强度的影响。
从图中可看到,两种界面剂的使用均提高了粘结抗剪强度。水泥净浆作为界面剂时的抗剪强度比不涂的最大提高了近57 % ,平均提高了3812 % ,同时,水泥净浆的水灰比越小,粘结抗剪强度越大;掺10 %U 型膨胀剂的水泥净浆作界面剂的抗剪强度比水泥净浆平均提高了1814 %。因此,利用合适界面剂有助于提高粘结面的抗剪强度,这具有重要的实际工程应用意义。
从新老混凝土粘结Z形试件剪切破坏情况中可以看出,新老混凝土粘结的剪切试件均从粘结面破坏,破坏面较为平直。新混凝土的水泥浆体包裹在老混凝土的突出骨料上,由于剪应力的作用,二者被剪开,可以看到破坏面上老混凝土一侧突出的骨料,新混凝土一侧水泥浆凹坑。在剪应力较大的截面上,水泥浆体也有被剪断的。新混凝土水泥浆体挤压在老混凝土已硬化的水泥浆中,由于剪切应力的作用,二者被剪脱。粘结剪切试件骨料剪断的很少,整体剪切试件剪断的骨料多于粘结剪切试件,说明新老混凝土粘结面是一个薄弱面。
3 界面剂对粘结强度的影响的方差分析
采用双因素方差分析法[6 ] 分析界面剂对新老混凝土粘结剪切强度影响的显著性。第一种因素是水泥净浆的水灰比,根据水灰比的不同分为三个水平( r = 3) ;第二种因素是根据水泥净浆中是否有膨胀剂分为两个水平( s = 2) ,见表3。
膨胀剂的水灰比的交互作用对新老混凝土粘结面抗剪强度的影响极不显著。
4 结 论
(1) 本文中新老混凝土粘结Z 形试件的选形是合理可行的,受力较为均匀,避免了较大的弯曲应力和应力集中。
(2) 新老混凝土粘结Z形试件在剪切破坏时均发生在粘结面,显然,粘结面是个薄弱环节。
(3) 界面剂的使用可以较为显著的提高界面的抗剪强度。水泥净浆界面剂比不涂界面剂的粘结抗剪强度平均提高了38.2 % ,掺有10 %U 型膨胀剂的水泥净浆比水泥净浆平均提高了1814 % ,且随着水灰比的降低,粘结抗剪强度就越大。显然,对抗剪强度要求较高的粘结面,最好使用界面剂。
(4) 方差分析表明,水泥净浆与掺有10 %U 型膨胀剂的水泥净浆对粘结面抗剪强度的提高作用非常显著。
参考文献
1 CECS25 :90 混凝土结构加固技术规范
2 Hofbeck J A et al . Shear Transfer in Reinforced. ACI Journal , 1969 (2)
3 李家康,王魏. 高强混凝土在压剪复合受力性能的实验研究. 土木
工程学报,1997 (3)
4 管大庆,陈章洪,石韫珠. 界面处理对新老混凝土粘结性能的影
响. 混凝土,1994 (5) :16～22
5 赵志方,赵国藩,黄承逵. 新老混凝土粘结的拉剪性能研究. 建筑
结构学报,1999 (20) :26～31
6 汪荣鑫. 数理统计. 西安:西安交通大学出版社,1996
下载：http://tlpfw.com/a/ganfenshajiang/jiemianji/2011/1018/5.html
