界面劑對(duì)第二齡期新老混凝土粘結(jié)劈拉強(qiáng)度影響

胡良明,馬朝猛,徐晨光,曹宏亮

(鄭州大學(xué)水利環(huán)境學(xué)院,河南鄭州450001)

界面劑對(duì)第二齡期新老混凝土粘結(jié)劈拉強(qiáng)度影響

胡良明,馬朝猛,徐晨光,曹宏亮

(鄭州大學(xué)水利環(huán)境學(xué)院,河南鄭州450001)

為分析不同界面劑對(duì)新老混凝土的粘結(jié)效果,選用普通硅酸鹽水泥混凝土、礦渣水泥混凝土和復(fù)合型水泥混凝土作為試驗(yàn)混凝土,選擇水泥凈漿、摻粉煤灰的水泥凈漿和摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿作為試驗(yàn)粘結(jié)劑進(jìn)行了劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：水泥凈漿界面劑粘結(jié)效果總體上隨著水灰比的增加而減弱；摻粉煤灰的水泥凈漿作為界面劑時(shí),粉煤灰的摻量在20%～40%時(shí)粘結(jié)效果最好；摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿的粘結(jié)效果是隨著TG-1固結(jié)劑摻量的增加而增強(qiáng)。

新老混凝土；粘結(jié)劑；第二齡期；水灰比；粘結(jié)強(qiáng)度

在施工期間由于施工組織、施工工藝上的原因或意外情況的發(fā)生,混凝土的連續(xù)澆筑有時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，當(dāng)澆筑中的時(shí)間間隔超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間時(shí),就會(huì)在前后澆筑的混凝土結(jié)合處形成施工縫。施工縫的產(chǎn)生歸根究底就是新混凝土(后澆筑的混凝土)和老混凝土(先澆筑的混凝土)的粘結(jié)的問(wèn)題,但是對(duì)于此類問(wèn)題的研究較少,只有史長(zhǎng)城[1]、馬朝運(yùn)[2]、宋玉普[3]等學(xué)者做了一些研究。本文通過(guò)三種界面劑對(duì)三種混凝土進(jìn)行新老混凝土的粘結(jié)試驗(yàn),分別測(cè)試其混凝土7 d和28 d的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度,分析不同界面劑對(duì)新老混凝土的粘結(jié)效果。

1 材料的選擇

本試驗(yàn)選用三種水泥配制三種混凝土,分別為河南省新鄉(xiāng)市孟電集團(tuán)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。試驗(yàn)細(xì)骨料采用普通河砂,細(xì)度模數(shù)2.87,最大粒徑5 mm,級(jí)配合格,表觀密度2 532 kg/m3。參考SL352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》[4],采用四分法取1 000 g試樣過(guò)篩。粗骨料為普通碎石,粒徑為5～20 mm連續(xù)級(jí)配,表觀密度2 703 kg/m3,堆積密度1 514 kg/m3。三種混凝土的配合比見(jiàn)表1。

本試驗(yàn)選擇水泥凈漿界面劑、摻粉煤灰的水泥凈漿界面劑和摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿界面劑作為界面劑，并且選擇不摻任何界面劑的試件作為對(duì)比。

表1 混凝土配合比設(shè)計(jì) kg/m3

2 新老混凝土粘結(jié)試驗(yàn)

2.1 試件制作

將聚乙烯板切割成150 mm×170 mm大小,用作試模擋板,準(zhǔn)備邊長(zhǎng)75 mm的木塊用來(lái)固定擋板；混凝土拌和完成后,裝入裝有擋板的試模中,在振動(dòng)臺(tái)振搗30 s,抹面靜置；混凝土達(dá)到初凝時(shí)間時(shí),將擋塊和擋板拆掉,用膩?zhàn)拥秾⒔佑|擋板的混凝土面刮掉,然后涂抹界面劑；澆筑另一半混凝土,抹面后在老混凝土面上貼紙做標(biāo)識(shí)。

2.2 試驗(yàn)方法

采用混凝土萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn),混凝土的劈拉強(qiáng)度與其抗壓強(qiáng)度存在比例關(guān)系,混凝土的劈拉強(qiáng)度一般為其抗壓強(qiáng)度的7%～11%[5],使用劈拉的方法測(cè)定新老混凝土粘結(jié)效果。首先在試塊粘結(jié)面處用記號(hào)筆標(biāo)出粘結(jié)面位置,通過(guò)墊條對(duì)試塊施加線性荷載P,在試塊粘結(jié)面記號(hào)處的垂直界面上除極小部分外,產(chǎn)生均勻的拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)粘結(jié)面抗拉強(qiáng)度時(shí),試塊被劈裂,根據(jù)式(1)計(jì)算其劈拉強(qiáng)度[6]

(1)

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

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試件7 d和28 d的劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2～7所示。

表2 水泥凈漿界面劑粘結(jié)立方體7 d劈拉強(qiáng)度 MPa

表3 水泥凈漿界面劑粘結(jié)立方體28 d劈拉強(qiáng)度 MPa

表4 摻粉煤灰的水泥凈漿界面劑粘結(jié)立方體7 d劈拉強(qiáng)度 MPa

表5 摻粉煤灰的水泥凈漿界面劑粘結(jié)立方體28 d劈拉強(qiáng)度 MPa

表6 摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿界面劑粘結(jié)立方體7 d劈拉強(qiáng)度 MPa

表7 摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿界面劑粘結(jié)立方體28 d劈拉強(qiáng)度 MPa

由表2和表3試驗(yàn)結(jié)果可知：水泥凈漿界面劑粘結(jié)效果總體上隨著水灰比的增加而減弱。7 d時(shí),當(dāng)用于普通硅酸鹽混凝土的水泥凈漿界面劑的水灰比達(dá)到0.54(混凝土水灰比)時(shí),粘結(jié)效果略劣于不加界面劑,而用于礦渣水泥混凝土和復(fù)合型水泥混凝土的水泥凈漿界面劑水灰比達(dá)到0.54時(shí),其粘結(jié)效果優(yōu)于不加界面劑,水泥凈漿水灰比增加到0.6時(shí),其粘結(jié)效果劣于不加界面劑。28 d時(shí),當(dāng)水泥凈漿水灰比達(dá)到混凝土水灰比時(shí),其粘結(jié)性能劣于不加界面劑。事實(shí)上,使用水灰比為0.5的水泥凈漿對(duì)礦渣水泥混凝土的粘結(jié)效果已經(jīng)劣于不加界面劑的粘結(jié)效果,而對(duì)普通硅酸鹽混凝土和復(fù)合型水泥混凝土的粘結(jié)效果優(yōu)于不加界面劑。

由表4和表5的試驗(yàn)結(jié)果可知：粉煤灰的摻量對(duì)新老混凝土粘結(jié)效果的影響并不明顯。7 d的試驗(yàn)結(jié)果顯示,摻粉煤灰的水泥凈漿作為普通硅酸鹽混凝土的界面劑時(shí),摻量50%的界面劑粘結(jié)效果最好,摻量10%的界面劑略弱于摻量50%,效果最差的為摻量20%；摻粉煤灰的水泥凈漿作為礦渣水泥混凝土的界面劑時(shí),摻量為20%的界面劑粘結(jié)效果最佳,摻量為50%的界面劑粘結(jié)效果最差；摻粉煤灰的水泥凈漿作為復(fù)合型水泥混凝土的界面劑時(shí),摻量為40%的界面劑粘結(jié)效果最佳,摻量為30%的界面劑粘結(jié)效果最差。三種混凝土綜合來(lái)看,粉煤灰的摻量在20%～40%時(shí)粘結(jié)效果較好。28 d的試驗(yàn)結(jié)果顯示,摻粉煤灰的水泥凈漿作為普通硅酸鹽混凝土的界面劑時(shí),摻量10%和30%的界面劑粘結(jié)效果最好；摻粉煤灰的水泥凈漿作為礦渣水泥混凝土的界面劑時(shí),摻量10%和摻量20%的界面劑粘結(jié)效果最佳,摻量為50%的界面劑粘結(jié)效果最差；摻粉煤灰的水泥凈漿作為復(fù)合型水泥混凝土的界面劑時(shí),摻量為30%～40%的界面劑粘結(jié)效果最佳,摻量為10%的界面劑粘結(jié)效果最差。與7 d試驗(yàn)結(jié)果相似,粉煤灰的摻量為20%～40%的粘結(jié)效果較好。

從表6、7試驗(yàn)成果可知：摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿作為三種混凝土粘結(jié)界面劑時(shí),界面劑的粘結(jié)效果總體是隨著TG-1固結(jié)劑摻量的增加而增強(qiáng)。7 d的試驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著TG-1固結(jié)劑摻量的增加,粘結(jié)試塊的劈拉強(qiáng)度逐漸增大。摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿用于普通硅酸鹽混凝土和礦渣水泥混凝土?xí)r,摻量達(dá)到20%時(shí)粘結(jié)效果優(yōu)于不加界面劑；該界面劑用于復(fù)合型水泥混凝土?xí)r,雖然仍大致符合粘結(jié)強(qiáng)度隨TG-1固結(jié)劑摻量的增加而增強(qiáng),但固結(jié)劑的摻量對(duì)粘結(jié)效果沒(méi)有太大影響。28 d的試驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著TG-1固結(jié)劑摻量的增加試件的粘結(jié)強(qiáng)度隨之增大(個(gè)別摻量除外)。當(dāng)TG-1固結(jié)劑的摻量超過(guò)20%時(shí),粘結(jié)試件劈拉強(qiáng)度已超過(guò)不加界面劑的粘結(jié)試件,除礦渣水泥混凝土例外,它需要TG-1固結(jié)劑摻量達(dá)到50%才起到應(yīng)有的粘結(jié)效果。從表2、表4及表6可以看出,三種混凝土基準(zhǔn)試件7 d劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)為礦渣水泥混凝土>復(fù)合型水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土,不使用界面劑的試件劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)為復(fù)合型水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土>礦渣水泥混凝土。由于7 d齡期混凝土剛從養(yǎng)護(hù)室取出,還未進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù),可以看出礦渣水泥混凝土在養(yǎng)護(hù)室中強(qiáng)度提升最快。

從表3、表5及表7可以看出,三種混凝土基準(zhǔn)試件28d劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)為復(fù)合型水泥混凝土>礦渣水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土,不使用界面劑的試件劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)為復(fù)合型水泥混凝土>礦渣水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土。因此28d齡期三種混凝土經(jīng)過(guò)自然養(yǎng)護(hù),強(qiáng)度趨于穩(wěn)定增長(zhǎng),復(fù)合型水泥混凝土強(qiáng)度最高。

4 主要結(jié)論

(1)水泥凈漿界面劑粘結(jié)效果是隨著水灰比的增加而減弱；摻粉煤灰的水泥凈漿作為界面劑時(shí)其摻量對(duì)新老混凝土粘結(jié)效果的影響不明顯；摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿作為界面劑時(shí)其粘結(jié)效果是隨著TG-1固結(jié)劑摻量的增加而增強(qiáng)。

(2)水泥凈漿作為界面劑時(shí),當(dāng)水泥凈漿的水灰比小于0.5時(shí),水泥凈漿界面劑的粘結(jié)效果大于不使用界面劑時(shí)的粘結(jié)效果；摻TG-1固結(jié)劑的水泥凈漿作為界面劑時(shí),粘結(jié)效果對(duì)于三種混凝土來(lái)說(shuō)都較好；摻粉煤灰的水泥凈漿作為界面劑時(shí),粉煤灰的摻量為20%～40%時(shí)粘結(jié)效果最好。

(3)三種混凝土基準(zhǔn)試件7 d劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)為礦渣水泥混凝土>復(fù)合型水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土；三種混凝土不使用界面劑時(shí)的劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)為復(fù)合型水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土>礦渣水泥混凝土。28 d時(shí),三種混凝土基準(zhǔn)試件的劈拉強(qiáng)度表現(xiàn)為復(fù)合型水泥混凝土>礦渣水泥混凝土>普通硅酸鹽混凝土；三種混凝土不使用界面劑時(shí)的劈拉強(qiáng)度排序與基準(zhǔn)試件的劈拉強(qiáng)度排序相同。

[1]史長(zhǎng)城, 王大輝, 袁群, 等. 短齡期老混凝土與新混凝土粘結(jié)的劈拉強(qiáng)度研究[J] . 混凝土與水泥制品, 2015(5)： 15- 18．

[2]馬朝運(yùn), 袁群, 李宗坤, 等. 混凝土冷縫劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J] . 人民黃河, 2008, 30(6)： 79- 82．

[3]宋玉普, 魏春明. 混凝土施工縫接縫面劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J] . 混凝土, 2006(6)： 22- 25．

[4]SL 352—2006水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程[S]．

[5]馬峰. 新混凝土與碳化混凝土粘結(jié)的力學(xué)性能試驗(yàn)研究[D]. 鄭州: 華北水利水電大學(xué), 2011．

[6]王建偉. 高溫后新老混凝土粘結(jié)劈拉強(qiáng)度試驗(yàn)研究[D]. 鄭州: 鄭州大學(xué), 2002．

(責(zé)任編輯焦雪梅)

EffectofInterfaceAgentonSplittingTensileStrengthofOldandNewConcreteinSecondAge

HU Liangming, MA Chaomeng, XU Chenguang, CAO Hongliang
(School of Water Conservancy and Environment, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, Henan, China)

In order to analyze the bonding effect of different interface agents on new and old concrete, ordinary portland concrete, slag cement concrete and composite cement concrete are selected as experiment concrete, and cement paste, cement with fly ash and cement paste with TG-1 consolidation agent are selected as binders to carry out the splitting tensile strength tests. The results of the experiment show the bonding effect of cement paste will decline with the increase of water-cement ratio, the dosage of fly ash at 20%-40% has best bonding effect when the cement paste with fly ash is used as binder, and the bonding effect of cement paste with TG-1 consolidation agent will increase with the dosage increase of TG-1 consolidation agent．

new and old concrete; binder; second age; water-cement ratio; bonding strength

2016- 09- 08

胡良明(1963—),男,河南信陽(yáng)人,教授,主要從事水工結(jié)構(gòu)以及水工建筑物方向的研究．

TU528.01

：A

：0559- 9342(2017)06- 0053- 03