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摘. 要: 目的通过实验研究不同种类的水泥基无机材料界面剂对新旧混凝土劈拉强度的影响, 从而得到对新旧混凝土粘结最有利的界面剂种类. 方法在预先处理过的旧混凝土表面涂刷厚度为1.5~ 2 mm 的界面剂, 然后浇筑新混凝土. 标准养护28 d后, 测试粘结面的劈拉强度, 通过粘结面的劈拉强度来反映不同种类的界面剂对新旧混凝土粘结效果的影响. 结果在新旧混凝土界面上涂刷水胶质量比为0.3 的内掺水泥质量分数10% UEA 膨胀剂的水泥浆界面剂和水胶质量比为0.4 的内掺水泥质量分数5% 硅灰的水泥浆界面剂, 与未涂刷界面剂的相比较, 提高新旧混凝土劈拉强度可高达88.7%. 结论掺加矿物掺合料和UEA 膨胀剂能够明显的改善界面剂提高粘结强度的效果, 在掺量和水胶质量比相同的条件下, 掺入硅灰的效果要优于掺入粉煤灰的效果. 涂刷界面剂保证新旧混凝土的粘结质量, 避免了加固维修工程因粘结强度不足, 导致的工程事故.
关键词: 界面剂; 新旧混凝土; 劈拉强度; 粘结效果
结构加固、修补或新建工程中经常遇到在已硬化的混凝土上浇注新混凝土. 新旧混凝土之间粘结良好与否, 决定着工程的成败[ 1]. 为了保证新旧混凝土之间可靠的粘结, 经常在浇注新混凝土之前, 需要在旧混凝土表面涂刷界面剂. 目前常用的界面剂包括两大类[ 2] : 一类是无机材料界面剂, 另一类是无机材料与有机高分子材料复合的界面剂. 由于无机材料界面剂在施工工艺和价格方面具有一定的优势, 所以无机材料界面剂成为了研究的重点. 常用的水泥浆界面剂在水化过程
中生成的六方板状Ca( OH) 2 晶体会影响新旧混凝土的粘结[ 3] . 为了消除这种不利影响, 笔者拟在水泥中加入不同的矿物掺合料配制成界面剂,研究其对新旧混凝土界面的粘结效果并分析其粘结机理.
1 . 实. 验
1.1 . 实验原材料
水泥为. 乌江.牌42.5 级普通硅酸盐水泥, 贵州水泥厂生产, 检测结果如表1 所示. 粉煤灰为贵阳电厂一级粉煤灰. 硅灰为贵州清镇铁合金厂副产品. 膨胀剂为UEA- 2型, 贵州建材研究院生产. 旧混凝土为100 mm*100 mm *100 mm 的立方体试件, 龄期为1 a, 强度等级为C30 的普通混凝土; 新混凝土采用强度等级为C35 的水泥混凝土, 新混凝土的配比及性能见表2.
1.2 . 界面剂的配制
实验中所研究的界面剂为干粉状. 在使用前,仅需按相应的比例加入水, 然后充分的搅拌均匀,涂刷于旧混凝土表面即可. 其配置工艺简单, 操作方便, 配置过程如图1 所示.
1.3 . 实验方法与步骤
( 1) 将旧混凝土试件的两个非成型面用打磨机除掉表面浮浆层, 露出坚实的基层, 然后将试件平行于处理面劈开.
( 2) 将处理好的老混凝土表面用清水洗净, 直到表面无灰尘, 并用水充分润湿表面. 两个处理面相对放入100mm*100mm* 300 mm 的试模中,如图2 所示.
( 3) 待表面无明水时, 两个处理面上涂刷界面剂, 界面剂的厚度在1.5~ 2 mm, 试模中间浇入强度等级为C35 的新混凝土, 经振动成型.
( 4) 静置48 h 后拆模, 放入标准养护室中, 测试28 d 的界面粘结劈拉强度, 每组以4 块为一组, 取平均值作为该组的代表值. 测试前, 首先将图2 所示的试件在中间位置锯开, 然后按图3 所示方法进行粘结界面的劈拉强度测试.
2 . 实验结果及分析
本实验研究了无机材料界面剂对新旧混凝土粘结界面劈拉强度的影响, 以劈拉强度值来表征其粘结效果[ 4] , 并和未涂刷界面剂的试件做了对比. 实验结果如表3 所示.
试验结果表明, 不涂界面剂的试件28 d 劈拉强度为0.71 MPa, 涂刷界面剂后劈拉强度有不同程度地提高. 这说明界面剂可以提高新旧混凝土界面的粘结强度. 在所研究的几种界面剂中, 水胶质量比为0.4 的内掺水泥质量分数5%, 硅灰的水泥浆界面剂和水胶质量比为0.3 的内掺水泥质量分数10% , UEA 膨胀剂的水泥浆界面剂效果最佳, 与未涂刷界面剂的相比较, 提高新旧混凝土劈拉强度可高达88.7%. 随着水胶质量比的降低, 水泥净浆界面剂提高粘结强度的效果有明显的提高, 当水胶质量比为0.3 时, 界面的粘结强度是未涂刷界面剂强度的1.32 倍. 当水胶质量比为0.3 时, 内掺水泥质量分数10% , U EA 膨胀剂的水泥浆界面剂比水泥净浆界面剂的效果有所提高; 当水胶质量比为0.4 和0.5 时, 内掺水泥质量分数10%, U EA 膨胀剂的水泥浆界面剂的效果却比不上水泥净浆界面剂的效果. 由试验可以得出当水胶质量比相同, 硅灰和粉煤灰掺量都为水泥质量分数的5% 时, 内掺硅灰的界面剂的效果比内掺粉煤灰的效果要好, 这是因为硅灰和粉煤灰都是具有活性的矿物掺和料, 但是硅灰的活性和细度比粉煤灰要大得多. 当二者掺量都为10%时, 两种界面剂的效果相当, 且比掺量为5%时的效果有所下降, 这是因为矿物掺和料的掺量存在一个最佳值, 超过这一值时, 多余的掺合料不能充分地反应, 只相当于惰性填料. 界面剂中的活性成分减少从而影响了新旧混凝土的粘结效果. 当粉煤灰掺量达到水泥质量分数的15% 时, 新旧混凝土的粘结强度比未涂刷界面剂的强度还低, 也正说明了这一点. 为了检验界面剂的效果, 在贵阳林城大厦柱子的增大截面加固工程中, 应用了水胶质量比为0.3, 内掺水泥质量分数10%U EA 膨胀剂的水泥浆界面剂, 新混凝土的强度等级设计为C45. 对现场新混凝土的28 d 强度和新旧混凝土的粘结强度进行了检测, 检测结果如表4 所示. 新旧混凝土粘结强度的测试是在施工完成28 d 后,直接在柱子上钻芯, 测试粘结面的劈拉强度.
检测结果表明, 新混凝土强度的平均值为54.5 MPa, 达到了设计的要求; 新旧混凝土的粘结强度达到了2.1 MPa, 达到了旧混凝土劈拉强度的60% 左右( 旧混凝土的整体劈拉强度为3.4MPa) . 柱子主要是承受压应力, 在界面处由于荷载和环境因素引起的拉应力很小, 粘结强度达到此值足以抵抗这些作用, 从而保证了新旧混凝土牢固的结合为一体, 共同承受荷载的作用, 避免了因新旧混凝土粘结不牢, 而造成的结构新旧两部分分离的工程事故.
3 . 机理分析
3.1 . 水泥膨浆类界面剂提高界面粘结强度机理水泥膨浆类界面剂是在水泥浆中掺有一定质量的UEA 膨胀剂的水泥浆类界面剂. 当其与水拌和后, 生成大量水化硫铝酸钙, 即钙矾石[ 5- 7] .钙矾石在胶粒间以辐射状生长, 细微的钙矾石晶体进入了旧混凝土粘结面上的孔穴, 这将提供一种销栓力[ 7] 宏观上提高了新旧混凝土的粘结强度. 由于钙矾石的形成, 界面剂产生一定的体积膨胀, 两侧的新旧混凝土对界面剂的膨胀具有一定的约束作用, 使水泥浆中更多的水泥颗粒与老混凝土表面相接触[ 8] ; 若膨胀较大, 粘结面在限制其膨胀的同时, 受到压力作用, 这种压力作用将增加集料与水泥浆的机械咬合力, 因而增大集料与水泥浆的界面粘结强度; 界面剂产生膨胀可以消除或部分消除新混凝土的体积收缩对粘结的不利影响; 这些都有利于界面处粘结强度的提高.
3.2 . 内掺硅灰的界面剂提高界面粘结强度的机理
硅灰是一种具有活性的矿物掺合料, 与水泥水化生成的Ca( OH) 2 能发生二次反应, 生成CS-H 凝胶[ 9] . 界面剂中的硅灰可与旧混凝土表面的Ca( OH) 2 发生反应, 提高了新旧混凝土之间的化学作用力; 由于二次反应的发生减少了界面区中大晶体的数量, 同时生成的C- S- H 凝胶填充于水泥石[ 10- 11] 的空隙中提高了界面区的密实程度; C- S- H 凝胶的形态是毛刺状, 向外辐射生长的, 可以长入旧混凝土表面的微裂缝中, 由于硅灰的二次反应作用, 掺入硅灰后较不掺硅粉的
可以生成更多的C- S- H 凝胶, 提高了新旧混凝土之间的粘结强度.
4 . 结. 论
( 1) 随着水胶质量比增加, 水泥净浆界面剂提高界面劈拉强度的效果减弱, 在本试验中, 水胶质量比为0.3 的水泥净浆界面剂的粘结效果最好.
( 2) 在新旧混凝土界面上涂刷水胶质量比为0.3 的内掺水泥质量分数10% U EA 膨胀剂的水泥浆界面剂和水胶质量比为0.4 的内掺水泥质量分数5% 硅灰的水泥浆界面剂, 与未涂刷界面剂的相比较, 提高新旧混凝土劈拉强度可高达88.7%.
( 3) 掺加矿物掺合料能够明显的改善界面剂提高粘结强度的效果, 当矿物掺合料取代水泥的质量分数为5%, 水胶质量比相同的条件下, 内掺硅灰比内掺粉煤灰的水泥浆界面剂对提高粘结强度的效果更明显.
( 4) 实际工程表明, 水胶质量比为0.3 的内掺水泥质量分数10% UEA 膨胀剂的水泥浆界面剂, 能够保证新旧混凝土的粘结强度, 确保工程的质量.
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