界面過(guò)渡區(qū)對(duì)混凝土修補(bǔ)系統(tǒng)的影響

李巖凌， 肖群芳，陳紅巖

（1. 北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京　100041；2. 北京市預(yù)拌砂漿工程技術(shù)研究中心，北京　100041）

界面過(guò)渡區(qū)對(duì)混凝土修補(bǔ)系統(tǒng)的影響

李巖凌1，2， 肖群芳1，2，陳紅巖1

（1. 北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京100041；2. 北京市預(yù)拌砂漿工程技術(shù)研究中心，北京100041）

界面過(guò)渡區(qū)對(duì)于混凝土修補(bǔ)系統(tǒng)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度起到關(guān)鍵作用?；鶎拥臓顟B(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)的影響表現(xiàn)為：基層水飽和狀態(tài)＞基層自然狀態(tài)＞基層干燥狀態(tài)。界面處理完成后，修補(bǔ)砂漿施工時(shí)界面劑的狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)粘結(jié)強(qiáng)度影響較大，液體界面劑和雙組份界面劑在半干情況下進(jìn)行修補(bǔ)砂漿施工時(shí)，修補(bǔ)系統(tǒng)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度更優(yōu)。通過(guò)觀察修補(bǔ)系統(tǒng)微觀SEM可以看出，基層為水飽和狀態(tài)，界面劑為半干條件下，修補(bǔ)系統(tǒng)三種材料之間的兩個(gè)界面連接更為緊密。

混凝土修補(bǔ)；界面過(guò)渡區(qū)；基層狀態(tài)；拉伸粘結(jié)強(qiáng)度；微觀 SEM

0　引言

水泥基材料是當(dāng)代使用量最多的人造結(jié)構(gòu)材料之一，許多重要的、大型的基礎(chǔ)設(shè)施都是由水泥基材料建造的，其中被廣泛應(yīng)用于大型基礎(chǔ)設(shè)施的混凝土是水泥基材料的代表?；炷两ㄖ锖蜆?gòu)件在使用期間產(chǎn)生破損的現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，起砂、開(kāi)裂均為混凝土常見(jiàn)的問(wèn)題?；炷恋钠茐牟粌H影響了材料的力學(xué)性能，而且為腐蝕性介質(zhì)的侵入提供了通道，從而加速了材料的破壞，導(dǎo)致其耐久性降低。

對(duì)產(chǎn)生破壞的混凝土進(jìn)行修補(bǔ)是提高混凝土耐久性的重要手段，聚合物修補(bǔ)砂漿以其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于混凝土修補(bǔ)領(lǐng)域中。使用修補(bǔ)砂漿進(jìn)行混凝土修補(bǔ)時(shí)，通常會(huì)對(duì)舊混凝土進(jìn)行界面處理，界面處理可以提高修補(bǔ)砂漿與舊基層的粘結(jié)性能，提高修補(bǔ)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。從混凝土修補(bǔ)宏觀角度出發(fā)，修補(bǔ)系統(tǒng)組成可分為三部分，（1）舊混凝土基層；（2）修補(bǔ)砂漿；（3）兩者之間的界面過(guò)渡區(qū)，混凝土修補(bǔ)系統(tǒng)的界面過(guò)渡區(qū)包括兩個(gè)界面，舊基層與界面處理劑的界面以及修補(bǔ)砂漿與界面處理劑的界面，前者重點(diǎn)在于舊基層的界面狀態(tài)，后者重點(diǎn)在于界面處理劑的狀態(tài)?，F(xiàn)階段大多研究都是對(duì)修補(bǔ)砂漿本身的物理化學(xué)性能的研究，而忽視了界面過(guò)渡區(qū)的重要性，界面過(guò)渡區(qū)是新舊基體結(jié)合的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，它可以降低整個(gè)修補(bǔ)系統(tǒng)的粘結(jié)性能。本文將對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)界面過(guò)渡區(qū)中的兩個(gè)關(guān)鍵的界面狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)的影響進(jìn)行研究。

1　試驗(yàn)材料及方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1基層

基層為滿足 JG/T 547－2005《陶瓷墻地磚膠粘劑》標(biāo)準(zhǔn)的混凝土板。

1.1.2修補(bǔ)砂漿

本文中涉及的修補(bǔ)砂漿包括普通修補(bǔ)砂漿和快速修補(bǔ)砂漿，其力學(xué)性能滿足表 1 要求。

表1　修補(bǔ)砂漿力學(xué)性能

1.1.3界面處理劑

（1）液體界面劑

固含量為 46% 的丙烯酸原液，加水按照 1:1 稀釋。

（2）雙組份界面劑

雙組份界面劑由干粉料和液料組成，干粉料主要成分為普通硅酸鹽水泥、細(xì)砂、保水劑，液料固含量 23% 的丙烯酸乳液，干粉料與液料按照 1∶0.8 的比例攪拌均勻。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1基層狀態(tài)

自然狀態(tài)，基層在室溫（溫度(20±5)℃，濕度(55±10)%）條件下養(yǎng)護(hù) 48h。

干燥狀態(tài)，基層在干燥（溫度 (50±5)℃）條件下養(yǎng)護(hù)48h，室溫放置 2h。

水飽和狀態(tài)，基層浸水養(yǎng)護(hù) 48h，室溫放置 2h。

1.2.2成型方法

（1）無(wú)界面處理

在不同狀態(tài)基層上，直接成型修補(bǔ)砂漿。

（2）界面劑半干狀態(tài)

在不同狀態(tài)基層涂刷液體界面劑或雙組份界面劑，應(yīng)均勻涂刷，不得漏刷。待液體界面劑施工后 20min，雙組份界面劑施工后 3h，進(jìn)行修補(bǔ)砂漿成型。

（3）界面劑全干狀態(tài)

在不同狀態(tài)基層涂刷液體界面劑或雙組份界面劑，應(yīng)均勻涂刷，不得漏刷。待液體界面劑施工后 3h，雙組份界面劑施工后 24h，進(jìn)行修補(bǔ)砂漿成型。

1.2.3拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

成型試件為 50mm×50mm，厚度 50mm，成型后標(biāo)準(zhǔn)條件（溫度 (23±2)℃，濕度 (50±5)%）養(yǎng)護(hù)至 28d，參照J(rèn)GJ/T 70－2009 《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》第 10 節(jié)進(jìn)行拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試。

2　結(jié)果與討論

2.1基層狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響

修補(bǔ)砂漿施工時(shí)，首先需要將舊基層清掃干凈，剔除松動(dòng)部位混凝土，除去雜物、油漬等，形成無(wú)浮灰的裸露界面，然后需要涂刷界面劑。界面劑施工時(shí)，基層分為兩種情況，一是不做處理，即不對(duì)舊基層進(jìn)行任何處理即涂刷界面劑，此時(shí)舊基層的狀態(tài)隨大氣溫度及濕度的變化而不同，其中最極端的狀態(tài)是溫度高、濕度低，基層處于干燥狀態(tài)；二是淋水處理，即對(duì)混凝土基層進(jìn)行淋水處理后涂刷界面劑。針對(duì)界面干濕狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)粘結(jié)強(qiáng)度的影響規(guī)律和機(jī)理，在國(guó)內(nèi)外都缺乏系統(tǒng)的研究。國(guó)外有學(xué)者研究了界面處于濕飽和狀態(tài)和干燥狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)粘結(jié)強(qiáng)度的影響，但幾位研究者的結(jié)論都不太相同，并且對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有給出很充分的解釋。 Ernmons 認(rèn)為界面的濕度狀態(tài)對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度有很大的影響，界面干燥會(huì)從補(bǔ)強(qiáng)材料中吸收水分，而界面過(guò)濕會(huì)堵塞孔隙阻止修補(bǔ)材料的吸收，因此認(rèn)為濕飽和狀態(tài)最有利于界面結(jié)合；Austin 的研究結(jié)果表明，界面過(guò)干和過(guò)濕都會(huì)導(dǎo)致界面結(jié)合強(qiáng)度降低；Saucier 和 Pigeon 認(rèn)為在低水灰比的情況下界面濕狀態(tài)對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度沒(méi)有影響，而高水灰比時(shí)可以提高粘結(jié)強(qiáng)度；Cleand 和 Long 研究表明，自然干燥狀態(tài)和飽和干狀態(tài)的粘結(jié)強(qiáng)度較高，而飽和濕狀態(tài)粘結(jié)強(qiáng)度較低。

本試驗(yàn)旨在模擬混凝土修補(bǔ)過(guò)程中舊基層的典型狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)體系拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響，三種基層狀態(tài)分別為定義為自然狀態(tài)、干燥狀態(tài)、水飽和狀態(tài)。對(duì)比三種基層狀態(tài)在無(wú)界面處理和液體界面處理兩種方式下，對(duì)普通修補(bǔ)砂漿修補(bǔ)系統(tǒng)與快速修補(bǔ)砂漿修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖 1 所示。

圖1　基層狀態(tài)對(duì)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響

由圖 1 試驗(yàn)結(jié)果可以看出，普通修補(bǔ)砂漿系統(tǒng)和快速修補(bǔ)砂漿系統(tǒng)在三種基層狀態(tài)兩種界面條件下，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的變化趨勢(shì)是一致的?；鶎訛樗柡蜖顟B(tài)下，修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度最高，在無(wú)界面處理時(shí)，水飽和狀態(tài)下系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度較自然狀態(tài)相比高出約 15%，較干燥狀態(tài)相比高出約120%；在界面進(jìn)行液體界面處理時(shí)，水飽和狀態(tài)下系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度較自然狀態(tài)相比高出約 28%，較干燥狀態(tài)相比高出約 85%。

修補(bǔ)砂漿在工程應(yīng)用時(shí)，舊混凝土基層狀態(tài)可分為：高溫條件下基層嚴(yán)重干燥、濕潤(rùn)狀態(tài)、自然狀態(tài)，本文中三種基層狀態(tài)正是對(duì)實(shí)際工程施工基層狀態(tài)的模擬。從試驗(yàn)結(jié)果也可以得出，基層干燥時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)砂漿施工是最不可取的，此時(shí)即使進(jìn)行界面處理，系統(tǒng)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度仍然很低?；鶎舆M(jìn)行淋水處理后，較自然狀態(tài)相比系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度有一定幅度的提升，尤其是界面進(jìn)行液體界面劑處理后，提升幅度更大。也就是說(shuō)，修補(bǔ)工程在進(jìn)行液體界面劑處理時(shí)，界面更適宜于飽和水處理。

2.2界面劑狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)體系拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

修補(bǔ)砂漿在實(shí)際施工應(yīng)用時(shí)，通常會(huì)進(jìn)行界面處理，將界面劑涂刷于舊混凝土基層上，界面處理可增加修補(bǔ)砂漿與混凝土基層的結(jié)合能力，提高粘結(jié)強(qiáng)度，減少空鼓開(kāi)裂現(xiàn)象。界面劑一般分為有機(jī)液體界面劑、無(wú)機(jī)干粉界面劑、雙組份界面劑等類型。界面處理完成后，修補(bǔ)砂漿何時(shí)進(jìn)行施工，現(xiàn)階段還沒(méi)有資料對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行解答，修補(bǔ)砂漿的施工時(shí)機(jī)一般隨著工程實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)決定，而修補(bǔ)砂漿施工時(shí)界面處理劑的狀態(tài)也不盡相同，修補(bǔ)砂漿的施工時(shí)間是否會(huì)對(duì)界面處理的作用有影響，還無(wú)人證實(shí)。本節(jié)中以普通修補(bǔ)砂漿和快速修補(bǔ)砂漿作為研究對(duì)象，選擇液體界面劑和雙組份界面劑，基層為干燥狀態(tài)、自然狀態(tài)、水飽和狀態(tài)下對(duì)比修補(bǔ)砂漿施工時(shí)界面劑的狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響。其中試驗(yàn)中的“半”為半干狀態(tài)，此時(shí)液體界面劑和雙組分界面劑一半已結(jié)皮或成膜的狀態(tài)，“全”為全干狀態(tài)，此時(shí)液體界面劑和雙組份界面劑完全干燥或成膜的裝狀態(tài)。試驗(yàn)結(jié)果如表2及圖2、3所示。

表2　界面劑狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)體系拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響　MPa

圖2　界面劑類型對(duì)普通起砂修補(bǔ)砂漿粘結(jié)性能的影響

圖3　界面劑類型對(duì)快速修補(bǔ)砂漿粘結(jié)性能的影響

從圖 2 可以看出基層在自然狀態(tài)、水飽和狀態(tài)、干燥狀態(tài)下，液體界面劑和雙組份界面劑半干時(shí)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均優(yōu)于全干狀態(tài)，雙組份界面劑半干狀態(tài)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度優(yōu)于液體界面劑半干狀態(tài)，液體界面劑全干狀態(tài)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度優(yōu)于雙組份界面劑全干狀態(tài)?；鶎訛楦稍餇顟B(tài)時(shí)，界面劑的類型及狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響不大。

從結(jié)果圖 3 可以看出：基層在三種狀態(tài)下，液體界面劑和雙組份界面劑在半干狀態(tài)下的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均優(yōu)于全干狀態(tài)，且液體界面劑拉伸粘結(jié)強(qiáng)度優(yōu)于雙組份界面劑。同普通修補(bǔ)砂漿系統(tǒng)類似，快速修補(bǔ)砂漿系統(tǒng)基層為干燥狀態(tài)時(shí)，界面劑的類型及狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響不大。

基層在干燥狀態(tài)下，雙組份界面劑不論半干還是全干拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均不理想。對(duì)于雙組份界面劑來(lái)說(shuō)，涂刷厚度一般為 1～2mm，在基層過(guò)度失水的狀態(tài)下，雙組份界面劑涂刷完后，基層很快吸收雙組份界面劑中的水份，使雙組份界面劑處于失水狀態(tài)，致使其不能完全水化，導(dǎo)致雙組份界面劑自身強(qiáng)度及穩(wěn)定性不佳，從而影響整個(gè)修補(bǔ)體系的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。

2.3界面微觀狀態(tài)分析

本文 2.1 節(jié)、2.2 節(jié)，從宏觀出發(fā)，研究了基層狀態(tài)以及修補(bǔ)砂漿施工時(shí)界面劑狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響，本節(jié)以普通修補(bǔ)砂漿為例，基層為自然狀態(tài)和水飽和狀態(tài)的修補(bǔ)體系界面過(guò)渡區(qū)的微觀形貌進(jìn)行觀察，因基層為干燥狀態(tài)時(shí)，修補(bǔ)體系拉伸粘結(jié)強(qiáng)度不佳，所以本節(jié)未進(jìn)行觀察。SEM 微觀圖像如圖 4 所示。

圖4　不同類型界面過(guò)渡區(qū) SEM

從圖 4 可以看出，基層為自然狀態(tài)和飽和狀態(tài)下，未進(jìn)行界面處理的基層與修補(bǔ)砂漿界面均明顯有一條縫隙，縫隙寬度約為 50～100μm。此縫隙對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)宏觀方面的影響是不言而喻的，未進(jìn)行界面處理的修補(bǔ)系統(tǒng)在進(jìn)行拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試時(shí)，多數(shù)破壞發(fā)生在修補(bǔ)砂漿與基層的界面。

基層為自然狀態(tài)時(shí)，液體界面劑半干狀態(tài)下，修補(bǔ)砂漿顆粒和液體界面劑較多融合，但能明顯看到基層與液體界面劑的界面；液體界面劑在全干狀態(tài)下，基層為自然狀態(tài)時(shí)，液體界面劑成膜，但液體界面劑與基層的界面更為明顯?；鶎语柡蜖顟B(tài)時(shí)，液體界面劑半干狀態(tài)下，將基層與修補(bǔ)砂漿連接到一起，兩個(gè)界面通過(guò)形狀似絮狀的分支融合到液體界面劑中；液體界面劑全干狀態(tài)下，液體界面劑成膜較好，與基層緊密相連，修補(bǔ)砂漿、液體界面劑、基層之間兩個(gè)界面均可清晰看到。

對(duì)比雙組份界面劑在半干狀態(tài)下的 SEM 圖像，基層為自然狀態(tài)時(shí)，雙組份界面劑半干狀態(tài)下，與基層相連的雙組份界面劑氣孔多，結(jié)構(gòu)疏松?；鶎訛樗柡蜖顟B(tài)時(shí)，雙組份界面劑結(jié)構(gòu)比自然狀態(tài)致密，且雙組份界面劑與基層連接緊密，與修補(bǔ)砂漿幾乎看不到相連界面。雙組份界面劑全干狀態(tài)，飽和狀態(tài)較自然狀態(tài)相比，界面結(jié)構(gòu)致密，連接更緊密。

3　結(jié)論

（1）混凝土修補(bǔ)系統(tǒng)中，界面劑施工時(shí)，舊基層的狀態(tài)對(duì)修補(bǔ)系統(tǒng)整體拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響較大，水飽和狀態(tài)修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度最高，干燥狀態(tài)修補(bǔ)系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度最低。較自然狀態(tài)相比，水飽和狀態(tài)下基層界面進(jìn)行液體界面劑處理后，系統(tǒng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度提升幅度更大?；炷列扪a(bǔ)工程在進(jìn)行界面劑處理時(shí)，基層更適宜于飽和水處理。

（2）修補(bǔ)砂漿施工時(shí)，界面處理劑為半干狀態(tài)時(shí)，修補(bǔ)系統(tǒng)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度優(yōu)于界面處理劑為全干狀態(tài)時(shí)。

（3）通過(guò) SEM 微觀圖像可以明顯可出，基層為水飽和狀態(tài)，界面劑為半干狀態(tài)時(shí)，修補(bǔ)體系界面過(guò)渡區(qū)三種材料之間的兩個(gè)界面連接更為緊密。

［通訊地址］北京市石景山區(qū)金頂北路 69 號(hào)北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司（100041）

The effect of interface transition zone on the concrete repair system

Li Yanling1,2, Xiao Qunfang1,2, Chen Hongyan1
(1. Beijing Building Materials Science Research Institute Co., Ltd., Beijing100041; 2.Beijing ready mixed mortar Engineering Technology Research Center, Beijing100041)

The interfacial transition zone for tensile bond strength concrete repair system plays a key role. The State of concrete impact to the tensile bond of repair system, the influence law for tensile bond of repair system is water saturation state＞ natural state＞ dry state. After the interface treatment, the tensile bond of repair system is higher when the liquid and two-component interface agent is semi-arid than when the liquid and two-component interface agent is totally-arid. By SEM observation microscopic of repair system can be seen as a water saturation state, semi-dry conditions for the interface agent, two interface of repair systems connection between the three materials more closely.

concrete repair; interfacial transition zone; the State of concrete; tensile bond strength; microscopic SEM

李巖凌（1981－），女，山東東營(yíng)人，碩士，工程師。主要研究方向：干粉砂漿產(chǎn)品及應(yīng)用技術(shù)。