界面剂对第二龄期新老混凝土粘结劈拉强度影响

界面剂对第二龄期新老混凝土粘结劈拉强度影响

胡良明,马朝猛,徐晨光,曹宏亮

(郑州大学水利环境学院,河南郑州450001)

摘 要：为分析不同界面剂对新老混凝土的粘结效果,选用普通硅酸盐水泥混凝土、矿渣水泥混凝土和复合型水泥混凝土作为试验混凝土,选择水泥净浆、掺粉煤灰的水泥净浆和掺TG-1固结剂的水泥净浆作为试验粘结剂进行了劈拉强度试验。试验结果表明：水泥净浆界面剂粘结效果总体上随着水灰比的增加而减弱；掺粉煤灰的水泥净浆作为界面剂时,粉煤灰的掺量在20%～40%时粘结效果最好；掺TG-1固结剂的水泥净浆的粘结效果是随着TG-1固结剂掺量的增加而增强。

关键词：新老混凝土；粘结剂；第二龄期；水灰比；粘结强度

在施工期间由于施工组织、施工工艺上的原因或意外情况的发生,混凝土的连续浇筑有时无法实现，当浇筑中的时间间隔超过混凝土的初凝时间时,就会在前后浇筑的混凝土结合处形成施工缝。施工缝的产生归根究底就是新混凝土(后浇筑的混凝土)和老混凝土(先浇筑的混凝土)的粘结的问题,但是对于此类问题的研究较少,只有史长城[1]、马朝运[2]、宋玉普[3]等学者做了一些研究。本文通过三种界面剂对三种混凝土进行新老混凝土的粘结试验,分别测试其混凝土7 d和28 d的粘结劈拉强度,分析不同界面剂对新老混凝土的粘结效果。

1 材料的选择

本试验选用三种水泥配制三种混凝土,分别为河南省新乡市孟电集团生产的P·O42.5型普通硅酸盐水泥、32.5型矿渣水泥和P·C32.5型复合硅酸盐水泥。试验细骨料采用普通河砂,细度模数2.87,最大粒径5 mm,级配合格,表观密度2 532 kg/m3。参考SL352—2006《水工混凝土试验规程》[4],采用四分法取1 000 g试样过筛。粗骨料为普通碎石,粒径为5～20 mm连续级配,表观密度2 703 kg/m3,堆积密度1 514 kg/m3。三种混凝土的配合比见表1。

本试验选择水泥净浆界面剂、掺粉煤灰的水泥净浆界面剂和掺TG-1固结剂的水泥净浆界面剂作为界面剂，并且选择不掺任何界面剂的试件作为对比。

表1 混凝土配合比设计 kg/m3

混凝土类型水水泥砂石子水灰比普通硅酸盐混凝土20003704664411652054矿渣混凝土1850462559571156804复合型水泥混凝土18504343596812109043

2 新老混凝土粘结试验

2.1 试件制作

将聚乙烯板切割成150 mm×170 mm大小,用作试模挡板,准备边长75 mm的木块用来固定挡板；混凝土拌和完成后,装入装有挡板的试模中,在振动台振捣30 s,抹面静置；混凝土达到初凝时间时,将挡块和挡板拆掉,用腻子刀将接触挡板的混凝土面刮掉,然后涂抹界面剂；浇筑另一半混凝土,抹面后在老混凝土面上贴纸做标识。

2.2 试验方法

采用混凝土万能试验机进行试验,混凝土的劈拉强度与其抗压强度存在比例关系,混凝土的劈拉强度一般为其抗压强度的7%～11%[5],使用劈拉的方法测定新老混凝土粘结效果。首先在试块粘结面处用记号笔标出粘结面位置,通过垫条对试块施加线性荷载P,在试块粘结面记号处的垂直界面上除极小部分外,产生均匀的拉应力,当拉应力超过粘结面抗拉强度时,试块被劈裂,根据式(1)计算其劈拉强度[6]

fst=或fst=

(1)

式中,fst为劈拉拉强度,MPa；P为破坏荷载,N；d为试块边长,mm；A为试件劈裂面积,mm2。

3 试验结果分析

试件7 d和28 d的劈拉强度试验结果如表2～7所示。

表2 水泥净浆界面剂粘结立方体7 d劈拉强度 MPa

界面剂种类不同混凝土种类劈拉强度普通硅酸盐混凝土矿渣水泥混凝土复合型水泥混凝土J⁃基准试块224923462316W⁃无界面剂139813011467A1⁃W/C=03(水泥净浆)166718801517A2⁃W/C=04(水泥净浆)146916671384A3⁃W/C=05(水泥净浆)146414701548A4⁃W/C=054(水泥净浆)126013571537A5⁃W/C=06(水泥净浆)136812201371

表3 水泥净浆界面剂粘结立方体28 d劈拉强度 MPa

界面剂种类不同混凝土种类劈拉强度普通硅酸盐混凝土矿渣水泥混凝土复合型水泥混凝土J⁃基准试块262729903023W⁃无界面剂164717801856A1⁃W/C=03(水泥净浆)218222291912A2⁃W/C=04(水泥净浆)178618591880A3⁃W/C=05(水泥净浆)190314971987A4⁃W/C=054(水泥净浆)145314231645A5⁃W/C=06(水泥净浆)142513461600

表4 掺粉煤灰的水泥净浆界面剂粘结立方体7 d劈拉强度 MPa

界面剂种类不同混凝土种类劈拉强度普通硅酸盐混凝土矿渣水泥混凝土复合型水泥混凝土J⁃基准试块224923462316W⁃无界面剂139813011467B1⁃W/C=054(水泥净浆+10%粉煤灰)142412481380B2⁃W/C=054(水泥净浆+20%粉煤灰)117713861323B3⁃W/C=054(水泥净浆+30%粉煤灰)130311061167B4⁃W/C=054(水泥净浆+40%粉煤灰)129408561552B5⁃W/C=054(水泥净浆+50%粉煤灰)149208261457

表5 掺粉煤灰的水泥净浆界面剂粘结立方体28 d劈拉强度 MPa

界面剂种类不同混凝土种类劈拉强度普通硅酸盐混凝土矿渣水泥混凝土复合型水泥混凝土J⁃基准试块262729903023W⁃无界面剂164717801856B1⁃W/C=054(水泥净浆+10%粉煤灰)206218951577B2⁃W/C=054(水泥净浆+20%粉煤灰)147018971599B3⁃W/C=054(水泥净浆+30%粉煤灰)206317091828B4⁃W/C=054(水泥净浆+40%粉煤灰)157213241964B5⁃W/C=054(水泥净浆+50%粉煤灰)168312261685

表6 掺TG-1固结剂的水泥净浆界面剂粘结立方体7 d劈拉强度 MPa

界面剂种类不同混凝土种类劈拉强度普通硅酸盐混凝土矿渣水泥混凝土复合型水泥混凝土J⁃基准试块224923462316W⁃无界面剂139813011467C1⁃W/C=054(水泥净浆+10%TG⁃1固结剂)123210671205C2⁃W/C=054(水泥净浆+20%TG⁃1固结剂)151213421267C3⁃W/C=054(水泥净浆+30%TG⁃1固结剂)157914291180C4⁃W/C=054(水泥净浆+40%TG⁃1固结剂)186816141387C5⁃W/C=054(水泥净浆+50%TG⁃1固结剂)174217041377

表7 掺TG-1固结剂的水泥净浆界面剂粘结立方体28 d劈拉强度 MPa

界面剂种类不同混凝土种类劈拉强度普通硅酸盐混凝土矿渣水泥混凝土复合型水泥混凝土J⁃基准试块262729903023W⁃无界面剂164717801856C1⁃W/C=054(水泥净浆+10%TG⁃1固结剂)143413591805C2⁃W/C=054(水泥净浆+20%TG⁃1固结剂)167013061404C3⁃W/C=054(水泥净浆+30%TG⁃1固结剂)201915271896C4⁃W/C=054(水泥净浆+40%TG⁃1固结剂)220516452067C5⁃W/C=054(水泥净浆+50%TG⁃1固结剂)225221902136

由表2和表3试验结果可知：水泥净浆界面剂粘结效果总体上随着水灰比的增加而减弱。7 d时,当用于普通硅酸盐混凝土的水泥净浆界面剂的水灰比达到0.54(混凝土水灰比)时,粘结效果略劣于不加界面剂,而用于矿渣水泥混凝土和复合型水泥混凝土的水泥净浆界面剂水灰比达到0.54时,其粘结效果优于不加界面剂,水泥净浆水灰比增加到0.6时,其粘结效果劣于不加界面剂。28 d时,当水泥净浆水灰比达到混凝土水灰比时,其粘结性能劣于不加界面剂。事实上,使用水灰比为0.5的水泥净浆对矿渣水泥混凝土的粘结效果已经劣于不加界面剂的粘结效果,而对普通硅酸盐混凝土和复合型水泥混凝土的粘结效果优于不加界面剂。

由表4和表5的试验结果可知：粉煤灰的掺量对新老混凝土粘结效果的影响并不明显。7 d的试验结果显示,掺粉煤灰的水泥净浆作为普通硅酸盐混凝土的界面剂时,掺量50%的界面剂粘结效果最好,掺量10%的界面剂略弱于掺量50%,效果最差的为掺量20%；掺粉煤灰的水泥净浆作为矿渣水泥混凝土的界面剂时,掺量为20%的界面剂粘结效果最佳,掺量为50%的界面剂粘结效果最差；掺粉煤灰的水泥净浆作为复合型水泥混凝土的界面剂时,掺量为40%的界面剂粘结效果最佳,掺量为30%的界面剂粘结效果最差。三种混凝土综合来看,粉煤灰的掺量在20%～40%时粘结效果较好。28 d的试验结果显示,掺粉煤灰的水泥净浆作为普通硅酸盐混凝土的界面剂时,掺量10%和30%的界面剂粘结效果最好；掺粉煤灰的水泥净浆作为矿渣水泥混凝土的界面剂时,掺量10%和掺量20%的界面剂粘结效果最佳,掺量为50%的界面剂粘结效果最差；掺粉煤灰的水泥净浆作为复合型水泥混凝土的界面剂时,掺量为30%～40%的界面剂粘结效果最佳,掺量为10%的界面剂粘结效果最差。与7 d试验结果相似,粉煤灰的掺量为20%～40%的粘结效果较好。

从表6、7试验成果可知：掺TG-1固结剂的水泥净浆作为三种混凝土粘结界面剂时,界面剂的粘结效果总体是随着TG-1固结剂掺量的增加而增强。7 d的试验结果显示,随着TG-1固结剂掺量的增加,粘结试块的劈拉强度逐渐增大。掺TG-1固结剂的水泥净浆用于普通硅酸盐混凝土和矿渣水泥混凝土时,掺量达到20%时粘结效果优于不加界面剂；该界面剂用于复合型水泥混凝土时,虽然仍大致符合粘结强度随TG-1固结剂掺量的增加而增强,但固结剂的掺量对粘结效果没有太大影响。28 d的试验结果显示,随着TG-1固结剂掺量的增加试件的粘结强度随之增大(个别掺量除外)。当TG-1固结剂的掺量超过20%时,粘结试件劈拉强度已超过不加界面剂的粘结试件,除矿渣水泥混凝土例外,它需要TG-1固结剂掺量达到50%才起到应有的粘结效果。从表2、表4及表6可以看出,三种混凝土基准试件7 d劈拉强度表现为矿渣水泥混凝土>复合型水泥混凝土>普通硅酸盐混凝土,不使用界面剂的试件劈拉强度表现为复合型水泥混凝土>普通硅酸盐混凝土>矿渣水泥混凝土。由于7 d龄期混凝土刚从养护室取出,还未进行自然养护,可以看出矿渣水泥混凝土在养护室中强度提升最快。

从表3、表5及表7可以看出,三种混凝土基准试件28d劈拉强度表现为复合型水泥混凝土>矿渣水泥混凝土>普通硅酸盐混凝土,不使用界面剂的试件劈拉强度表现为复合型水泥混凝土>矿渣水泥混凝土>普通硅酸盐混凝土。因此28d龄期三种混凝土经过自然养护,强度趋于稳定增长,复合型水泥混凝土强度最高。

4 主要结论

(1)水泥净浆界面剂粘结效果是随着水灰比的增加而减弱；掺粉煤灰的水泥净浆作为界面剂时其掺量对新老混凝土粘结效果的影响不明显；掺TG-1固结剂的水泥净浆作为界面剂时其粘结效果是随着TG-1固结剂掺量的增加而增强。

(2)水泥净浆作为界面剂时,当水泥净浆的水灰比小于0.5时,水泥净浆界面剂的粘结效果大于不使用界面剂时的粘结效果；掺TG-1固结剂的水泥净浆作为界面剂时,粘结效果对于三种混凝土来说都较好；掺粉煤灰的水泥净浆作为界面剂时,粉煤灰的掺量为20%～40%时粘结效果最好。

(3)三种混凝土基准试件7 d劈拉强度表现为矿渣水泥混凝土>复合型水泥混凝土>普通硅酸盐混凝土；三种混凝土不使用界面剂时的劈拉强度表现为复合型水泥混凝土>普通硅酸盐混凝土>矿渣水泥混凝土。28 d时,三种混凝土基准试件的劈拉强度表现为复合型水泥混凝土>矿渣水泥混凝土>普通硅酸盐混凝土；三种混凝土不使用界面剂时的劈拉强度排序与基准试件的劈拉强度排序相同。

参考文献：

[1]史长城, 王大辉, 袁群, 等. 短龄期老混凝土与新混凝土粘结的劈拉强度研究[J] . 混凝土与水泥制品, 2015(5)： 15- 18．

[2]马朝运, 袁群, 李宗坤, 等. 混凝土冷缝劈裂抗拉强度试验研究[J] . 人民黄河, 2008, 30(6)： 79- 82．

[3]宋玉普, 魏春明. 混凝土施工缝接缝面劈拉强度试验研究[J] . 混凝土, 2006(6)： 22- 25．

[4]SL 352—2006水工混凝土试验规程[S]．

[5]马峰. 新混凝土与碳化混凝土粘结的力学性能试验研究[D]. 郑州: 华北水利水电大学, 2011．

[6]王建伟. 高温后新老混凝土粘结劈拉强度试验研究[D]. 郑州: 郑州大学, 2002．

(责任编辑 焦雪梅)

Effect of Interface Agent on Splitting Tensile Strength of Old and New Concrete in Second Age

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

Abstract：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．

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

收稿日期：2016- 09- 08

作者简介：胡良明(1963—),男,河南信阳人,教授,主要从事水工结构以及水工建筑物方向的研究．

中图分类号：TU528.01

文献标识码：：A

文章编号：：0559- 9342(2017)06- 0053- 03