新老混凝土粘结浅析

【论文关键词】新老混凝土 粘结分析 处理方法
   
    【论文摘要】本文对影响新老混凝土粘结面断裂性能的主要因素进行了简要分析，提出了新老混凝土表面处理方法及粘结材料的特性和作用。
   
    在公路建设迅速发展的今天，无论是新建工程，还是对已建工程的维修加固中都会遇到新老混凝土的粘结问题。常见的，桥面系的铺筑或桥面的全面加固，桥梁基桩凿桩头接墩柱，水泥砼路面断板的修补等等土木工程，均涉及到新老混凝土能否结合为整体共同工作的问题。新老混凝土粘结面已成为结构的最薄弱面，其上的微裂缝发展及失稳已成为结构安全性和耐久性的控制参数。
   
    1新老混凝土粘结面断裂试验及影响粘结的因素
    该试验采取带切口的三点弯曲梁试件。试验中主要考虑了试件尺寸、混凝土材料等级、粘结面粗糙度、界面剂、粗骨料粒径和粘结龄期等因素对新老混凝土粘结性能的影响。从试件破坏面可看出，新老混凝土粘结试件的断裂破坏均发生在新老混凝土粘结面上，破坏面迹线与老混凝土界面粗糙度迹线一致。由试件断裂破坏特征可知，新老混凝土的粘结破坏机理实质上是粘结界面的微裂缝在各种作用下的不稳定扩展而引起的。对影响粘结面断裂的每种因素均进行了3～4次重复试验，结果可看出，对新老混凝土粘结断裂韧度影响的最显著的因素为：粗糙度、界面剂。
    大量的工程实践和理论分析结果表明，影响新老砼粘结的因素还很多，归纳起来有：被加固砼界面的处理方法（旧砼凿除技术、凿除深度、界面微裂缝情况及粗糙程度），加固用的新砼的收缩、水泥品种、水泥用量、水灰比、砂石粒径、骨料级配及含泥量、针片状含量、龄期、预先湿润、砼施工质量、养护方法及气候状况如湿度、温度情况等等，各影响因素之间互相影响，从而使问题变得错综复杂。总之，界面处理情况、新混凝土的特性、界面剂的使用等是影响新老混凝土粘结的最主要因素。
   
    2老混凝土表面处理方法
    老混凝土表面的处理方法将直接影响新老混凝土粘结的好坏。实践证明，混凝土的粘结对结构物的使用寿命大有影响。新老混凝土粘结问题一直解决得不太好，一是问题确实有其复杂性，二是对其还未有足够的技术投入，特别是结构与材料的衔接与合作。
    对于表面处理，如果经凿除冲洗抹浆的表面清洁、无油污或其它松散外皮，则一般都能得到较好的粘结面，粘结强度也较高；反之，较差的粘结面，粘结强度也较低。老混凝土表面的处理方法很多：冲洗抹浆法、喷射砼修补法、双面直剪法、时间间隔测试法等等。
    冲洗抹浆法即对老混凝土表面预先冲洗湿润，然后用高一级标号的水泥砂浆抹面，再浇注同标号混凝土，这种处理一般认为粘结效果不理想，原因是混凝土表面存在的水膜影响新老混凝土之间的良好粘结。事实上可理解为高一级标号的水泥砂浆充当了粘结剂的作用，此“粘结剂”在界面残留积水的情况下会严重影响粘结力，因此，界面的干湿状态对粘结强度影响较大。
    喷射混凝土修补法主要针对薄壁结构的修补或补强，与老混凝土表面处理关系密切，此法适用范围广，容易施工。拱桥主拱圈的底面锚喷砼加大截面即为常见的喷射混凝土维修加固的例子。
    双面直剪法主要针对大跨度梁体、杆件等构筑物加大截面加固等；通过对小梁的双面直剪测试了抗剪粘结强度和界面抗渗性能，认为表面粗糙的界面强度高于表面凿毛情况，而中等程度的粗糙情况要好于凿毛的情况。
    时间间隔测试法主要指建筑物不同结构部位因施工工序或施工时间的先后产生时间差；试验结果有两种情况：新老混凝土浇筑间隔在三天之外，水泥未充分硬化，凿毛处理时界面的骨料受到冲击和扰动，在这里形成新的薄弱层，骨料与水泥之间的粘结强度较低。新老混凝土浇筑间隔在三天之内，老混凝土中的水泥还未失去活性，并与新混凝土发生化学反应，新老混凝土之间粘结力较高。
   
    3 修补材料
    作为砼的修补材料，不外乎环氧树脂类、聚合物改性砂浆（砼）、水泥和其它填料（火山灰、硅灰、粉煤灰等）混合改性材料等。修补用新混凝土与老混凝土的粘结性能是决定界面粘结强度的最主要因素，这是材料本身特性决定的。此外，新混凝土收缩产生的微裂缝也是粘结强度降低的主要原因，而其它如冻融循环的影响作用要小得多，如在新混凝土中加入一定量的膨胀剂，可显著提高粘结质量。桥梁工程中对预应力系统用膨胀混凝土压浆即为常见的处理方式。修补用混凝土的抗渗性最好与旧砼相近，特别在潮湿的环境下，如地下箱形基础、桩基顶面或大坝工程中，粘结界面处水分的积聚将导致粘结力的损失甚至加大冻融循环破坏的危险性。大量试验表明，弹性模量、热膨胀系数、强度、徐变系数等修补材料的物理力学性能与旧砼接近有利于新老混凝土的粘结。传统的处理新老混凝土的粘结方法，即如上述方法，直接在老混凝土上浇筑新砼，实践证明效果不好。很多工程在使用了一段时间后出现粘结退化的情况，这就促使我们寻求改善界面粘结情况，方法之一就是采用混凝土界面处理剂（本文简称界面剂）。界面剂作为一种高性能合成材料，具有粘结两种不同性质的固体材料，适用于新老混凝土连接防脱层，油污、起砂基层处理，有防空鼓、防水隔潮防腐等作用，价格低廉，性能优良，在国内已有较多的研究和应用。
    另外，聚合物改性水泥砂浆对老混凝土及钢筋有良好的粘结力，其抗拉强度高于普通砂浆，抗拉弹性模量低。聚合物作为另一种界面剂，加入混凝土中可使混凝土结构致密，毛细孔减少，使聚合物砼干缩量小，密实度高，抗渗性能好。上述性能的聚合物砼适合于防止钢筋腐蚀的优良保护材料和防渗材料，常用于房屋建筑和桥梁等工程的外露结构混凝土病害防治（如冻融剥蚀等）和破损部分及裂缝的修补。
   
    4结束语
    综上所述，老混凝土表面的处理方式，不同界面剂的选用，修补材料的种类及特性，新老混凝土的收缩差异等因素对结合面粘结的影响仍然是探讨新老混凝土粘结的重要方面，而作为检验新老混凝土粘结性能的试验也必须加强，尤其在桥梁维修加固实践中对新老混凝土粘结方面的检测不应仅仅局限在全桥动、静载实验，而应该立足于粘结的普遍问题早日在我国基础建设和西部大开发中不断完善。
   
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