短齡期新老混凝土粘結(jié)強度等效系數(shù)

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(鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450001)

短齡期新老混凝土粘結(jié)強度等效系數(shù)

胡良明，馬朝猛，徐晨光

(鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450001)

試驗采用3種粘結(jié)劑對3種混凝土進行粘結(jié)，以劈拉強度作為評價指標，將這3種粘結(jié)劑對混凝土的粘結(jié)效果進行對比，旨在找出3種混凝土中最適宜使用粘結(jié)劑的混凝土。另外首次提出了新老混凝土粘結(jié)強度新的評價指標——粘結(jié)強度等效系數(shù)β(某種混凝土粘結(jié)劈拉強度與同種混凝土基準試件劈拉強度的比值)，并以β值作為指標對這3種混凝土進行對比。通過對粘結(jié)強度等效系數(shù)的對比可得：3種界面粘結(jié)劑用于普通硅酸鹽水泥配制的混凝土的粘結(jié)效果均優(yōu)于其它2種水泥配制的混凝土的粘結(jié)效果，普通硅酸鹽水泥配制的混凝土在新老混凝土粘結(jié)試驗中對界面粘結(jié)劑的適用性最強，其28 d的粘結(jié)強度最大值可以達到混凝土基準試件劈拉強度的0.86，粘結(jié)效果最佳。

新老混凝土粘結(jié)；短齡期；粘結(jié)劑；粘結(jié)強度；等效系數(shù)

1 研究背景

無論是因為混凝土的老化病害不得不重新對老混凝土進行修補，還是在施工期間因為某些偶然的因素不得不在老混凝土的基礎(chǔ)之上再澆筑新的混凝土，新老混凝土的粘結(jié)面均是混凝土的薄弱區(qū)域。以上2個問題可以歸結(jié)為一個問題，即新老混凝土的粘結(jié)問題。目前，對于28 d以后新老混凝土的粘結(jié)的研究有很多[1-3]，但是對于28 d以前的新老混凝土粘結(jié)研究還很少。目前有馬朝運等[4-9]、宋玉普等[10]對老混凝土齡期從0.5T(T為混凝土初凝時間)至24 h 施工冷縫的劈拉強度規(guī)律及老混凝土齡期為3 d的施工縫的劈拉強度進行了研究;而史長城等[11]對混凝土從初凝到終凝進行了研究。施工期間新老混凝土的粘結(jié)是一個工程性的問題，將會直接影響到工程的質(zhì)量，因此本次研究具有重要的工程意義。為了考察不同粘結(jié)劑對短齡期新老混凝土粘結(jié)強度的影響，本文首次提出了粘結(jié)強度等效系數(shù)β，并用β值對7 d和28 d新老混凝土的粘結(jié)效果做了定量分析，在此基礎(chǔ)上作了粘結(jié)劑對混凝土適用性的比較分析。

2 材料的選擇

本試驗選用的3種水泥分別為河南省新鄉(xiāng)市孟電集團生產(chǎn)的P·O42.5型普通硅酸鹽水泥、32.5型礦渣水泥和P·C32.5型復(fù)合硅酸鹽水泥，細骨料采用普通河砂，其表觀密度為2 532 kg/m3，細度模數(shù)2.87，最大粒徑5 mm，級配合格。以《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL352—2006)[12]作為參考，對1 000 g試樣采用四分法進行過篩。粗骨料采用普通碎石，粒徑為5～20 mm的連續(xù)級配，表觀密度為2 703 kg/m3，堆積密度為1 514 kg/m3。本試驗采用強度等級為C30的混凝土，鑒于3種水泥種類不同，配合比也不同，為保證試塊強度，以《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ 55—2011)》[13]作為參考。

目前工程中常用的界面粘結(jié)劑主要有水泥凈漿、水泥砂漿、水泥膨漿等水泥漿類界面粘結(jié)劑以及環(huán)氧類界面粘結(jié)劑、聚合物類界面粘結(jié)劑等[14-15]。本次試驗所用的界面粘結(jié)劑除了水泥凈漿、還有水泥凈漿加粉煤灰、水泥凈漿加TG-1固結(jié)劑[16]。

3 新老混凝土粘結(jié)試驗

3.1 試件制作

將聚乙烯板切割成150 mm×170 mm大小，用作試模擋板，然后準備邊長為75 mm的木塊作為固定擋板；待混凝土拌合完成后，裝入裝有擋板的試模中，在振動臺振搗30 s，抹面靜置；混凝土達到初凝時間時，將擋塊和擋板拆掉，用膩子刀將接觸擋板的混凝土面刮掉，然后涂抹界面粘結(jié)劑；澆筑另一半混凝土，抹面后在老混凝土面上貼紙做記號。

3.2 試驗方法

本試驗采用劈拉的方法來測量界面粘結(jié)劑的粘結(jié)效果，儀器采用混凝土萬能試驗機。首先在試塊粘結(jié)面處用記號筆標出粘結(jié)面位置，然后通過墊條對試塊施加線性荷載P，在試塊粘結(jié)面記號處的垂直界面上(小部分除外)產(chǎn)生均勻的拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過粘結(jié)面抗拉強度時，試塊被劈裂。根據(jù)彈性力學(xué)的方法計算其劈拉強度為

fst=(2P)/(πd2)或fst=(2P)/(πA) 。

(1)

式中：fst為劈拉強度(MPa)；P為破壞荷載(N)；d為試塊邊長(mm)；A為試件劈裂面積(mm2)。

3.3 試驗結(jié)果分析

由于3種混凝土的拌合物的水泥種類不同，各種粘結(jié)試件的劈拉強度也不同；為便于對不同種類混凝土的界面粘結(jié)劑的粘結(jié)效果做比較，本次試驗首次引入粘結(jié)強度等效系數(shù)β。β為某種粘結(jié)試件的劈拉強度與同種混凝土基準試件劈拉強度的比值。根據(jù)選擇的材料，按照3.2節(jié)的試驗方法進行試驗，不同界面粘結(jié)劑粘結(jié)強度等效系數(shù)如表1所示。

表1 新老混凝土粘結(jié)試件7 d和28 d粘結(jié)強度等效系數(shù)βTable 1 Equivalent coefficient β of bonding strength ofnew and old concrete at the 7th and the 28th days

注：W/C=0.30表示水灰比為0.30的水泥凈漿，其他類同 由表1可知，7 d齡期時，當(dāng)這3種粘結(jié)劑用于普通硅酸鹽水泥所配制的混凝土?xí)r，β值隨著水泥凈漿粘結(jié)劑的增加而呈現(xiàn)一種遞減的趨勢；β值隨著水泥凈漿+粉煤灰的增加變化不大，β值隨著水泥凈漿+TG-1固結(jié)劑的增大而呈現(xiàn)一種遞增的趨勢，當(dāng)TG-1固結(jié)劑的摻量為40%時，試件的劈拉強度可達到基準試件劈拉強度的0.83;當(dāng)這3種粘結(jié)劑用于礦渣水泥所配制的混凝土?xí)r，β值隨著水泥凈漿粘結(jié)劑的增加而呈現(xiàn)一種遞減的趨勢，當(dāng)水灰比為0.3的水泥凈漿用于礦渣水泥所配制的混凝土?xí)r粘結(jié)效果最好，能夠達到基準試件劈拉強度的0.80；β值隨著水泥凈漿+粉煤灰粘結(jié)劑粉煤灰的濃度的變化粘結(jié)效果變化不大。表1還顯示出:當(dāng)3種粘結(jié)劑分別用于復(fù)合型水泥所配制的混凝土?xí)r，β值變化并不明顯，粘結(jié)效果變化也不明顯；表1中顯示出β值隨著水泥凈漿+TG-1固結(jié)劑中TG-1的增大呈現(xiàn)遞增的趨勢。

由表1可知，28 d齡期時，當(dāng)這3種粘結(jié)劑用于普通硅酸鹽所配制的混凝土?xí)r，β值隨著水泥凈漿粘結(jié)劑的增加而呈現(xiàn)一種遞減的趨勢；尤其當(dāng)水灰比為0.3的水泥凈漿用于普通硅酸鹽水泥所配制的混凝土?xí)r，試件的劈拉強度可以達到基準試件劈拉強度的0.83；β值隨著水泥凈漿+粉煤灰粘結(jié)劑中粉煤灰的增加變化規(guī)律并不明顯，而僅在粉煤灰的摻量為10%和30%時，試件劈拉強度可達到基準試件劈拉強度的0.78和0.79；β值隨著水泥凈漿+TG-1固結(jié)劑中TG-1摻量的增加有明顯的遞增趨勢，尤其當(dāng)TG-1固結(jié)劑的摻量為50%時，普通硅酸鹽水泥配制的混凝土的試件的劈拉強度可以達到基準試件劈拉強度的0.86。由表1可還顯示出:當(dāng)這3種粘結(jié)劑用于礦渣水泥所配制的混凝土?xí)r，沒有明顯的規(guī)律性，且粘結(jié)效果不是很好，僅當(dāng)水灰比為0.3的水泥凈漿和水泥凈漿+50%固結(jié)劑時，試件劈拉強度可達到基準試件劈拉強度的0.7以上；當(dāng)這3種粘結(jié)劑用于復(fù)合硅酸鹽所配制的混凝土?xí)r，沒有明顯的規(guī)律性，且粘結(jié)效果也不是很好，僅當(dāng)水泥凈漿+50%固結(jié)劑時，試件劈拉強度可達到基準試件劈拉強度的0.71。

綜上所述，水泥凈漿界面粘結(jié)劑適用于普通硅酸鹽水泥所配制的混凝土和礦渣水泥所配制的混凝土的新老粘結(jié)，尤其當(dāng)用于普通硅酸鹽混凝土新老粘結(jié)時效果較好，而用于復(fù)合型水泥所配制的混凝土?xí)r效果不佳；摻粉煤灰的水泥凈漿用于普通硅酸鹽水泥所配制的混凝土?xí)r，粘結(jié)效果優(yōu)于該界面粘結(jié)劑用于礦渣水泥所配制的混凝土和復(fù)合型水泥所配制的混凝土；摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿界面粘結(jié)劑用于3種混凝土?xí)r粘結(jié)效果都較好，尤其是用于普通硅酸鹽所配制的混凝土粘結(jié)效果是好的，其β的最大值達到0.86。

4 結(jié) 論

(1) 7 d和28 d齡期的試驗結(jié)果表明:水泥凈漿界面粘結(jié)劑的粘結(jié)效果隨著其水灰比增加而β值逐漸變小，粘結(jié)效果變差；水泥凈漿界面粘結(jié)劑比較適用于普通硅酸鹽混凝土，當(dāng)水灰比為0.3的水泥凈漿做其界面粘結(jié)劑時，其劈拉強度比不加界面粘結(jié)劑時至少提高了12個百分點；水泥凈漿用作復(fù)合型水泥混凝土的界面粘結(jié)劑時，效果不佳，與不使用界面粘結(jié)劑差別不大。

(2) 28 d齡期的試驗結(jié)果表明:當(dāng)摻粉煤灰的水泥凈漿用作界面粘結(jié)劑時，效果最好的是用于普通硅酸鹽混凝土，粉煤灰摻量為30%時，其劈拉強度達到基準試件劈拉強度的0.79，比不加界面粘結(jié)劑的試件的劈拉強度高了16個百分點；摻粉煤灰的水泥凈漿用作礦渣水泥混凝土和復(fù)合型水泥混凝土的界面粘結(jié)劑效果均不佳。

(3) 7 d和28 d齡期的試驗結(jié)果表明，當(dāng)摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿用作普通硅酸鹽所配制的混凝土的界面粘結(jié)劑時，隨著TG-1固結(jié)劑摻量的增加β值逐漸變大，粘結(jié)效果逐漸變強，尤其當(dāng)水泥凈漿+40%TG-1固結(jié)劑時，試件的劈拉強度均達到基準試件劈拉強度的0.8以上，比不加界面粘結(jié)劑的粘結(jié)效果至少高20個百分點。

(4) 3種界面粘結(jié)劑用于普通硅酸鹽混凝土的粘結(jié)效果均優(yōu)于其它3種混凝土的粘結(jié)效果， 由此可見， 普通硅酸鹽混凝土在新老混凝土粘結(jié)試驗中對界面粘結(jié)劑的適用性是最強的， 其28 d齡期的粘結(jié)強度最大值可以達到混凝土基準試件強度的0.86， 粘結(jié)效果最好。

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(編輯：姜小蘭)

Equivalent Coefficient of Short Age Strength of BondingBetween New and Old Concrete

HU Liang-ming, MA Chao-meng, XU Chen-guang
(School of Water Conservancy and Environment, Zhengzhou University, Henan 450001, China)

In the purpose of selecting a concrete most suitable for bonding, three kinds of concrete (ordinary Portland cement, slag cement, and composite Portland cement) were bonded by three binders respectively, and the bonding effect were compared with split tensile strength as the evaluation indicator. Furthermore, the equivalent coefficientβof bonding strength, which is an index of evaluation the strength of bonding between new and old concrete, is proposed for the first time. It is the ratio of splitting tensile strength of a bonded concrete to splitting tensile strength of standard specimen of the concrete. Comparison ofβamong the three concretes revealed that the bonding effect of three binders on ordinary Portland cement is better than that of the other two, with the 28 d bonding strength reaching 86% of the tensile strength of standard specimen, which suggest that ordinary Portland cement is the most suitable for bonding among the three concretes.

bonding between new and old concrete; short age; binder; bonding strength; equivalent coefficient

2016-10-26；

：2016-12-19

胡良明(1963-)，男，河南光山人，教授，博士，主要從事水工結(jié)構(gòu)抗震分析與優(yōu)化設(shè)計等方面的研究，(電話)13838065253(電子信箱)liangmingh@zzu.edu.cn。

10.11988/ckyyb.20161115

2017,34(9):142-144

TU528.01

：A

：1001-5485(2017)09-0142-03