新老混凝土界面剂及界面处理总结报告.docx

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1、老混凝土界面剂及界面处理总结报告1 概述1.1 背景当大型混凝土工程进入老化病害期之后、建混凝土工程中的老混凝土界面消灭的各种质量问题时,需补强加固。混凝土构造加固修复工程通常包括构造检测与鉴定评估、加固 设计与施工等多个环节,涉及材料、技术和治理等多方面的因素。常用的加固方法有:粘钢加固、加大截面加固、外包钢加固、预应力加固以及碳纤维(CFRP )加固等,这些方法已被列入国家标准,其中加大截面法是最为传统的一种加固方法 ,具有成熟的设计和丰富的施工阅历, 工程本钱相对较低,适用于水利工程和大体积混凝土构造,以及建筑工程中的梁、板、柱、墙和一般构筑物等多种混凝土构造的加固,但该方法中涉及老混凝

2、土的粘结面的问题。老 混凝土的粘结性能之所以重要的另一个缘由,是水利工程中如溢洪道,交通运输工程方面的机场跑道、桥梁面板以及混凝土路面等大面积混凝土的补强修复,是在老混凝土外表补浇混 凝土,这种方法成功的关键是老混凝土的粘结质量。1.2 争辩现状对于老混凝土粘结状况的争辩较多，大多集中在界面剂的种类、界面处理、界面剂的耐久性、界面部位、测试方法、龄期、混凝土的性能、界面干湿状态等方向。 界面剂的种类：老混凝土界面目前作为工程使用的黏结剂按组分可以分为无机类和有机类。类型无机类有机类内容硅酸盐类、磷酸盐类、其他环氧树脂及改性环氧树脂类、丙烯酸酯树脂类、不饱和聚酯树脂类、聚氨基甲酸酯类、有机硅树脂

3、类、其他 混凝土的外表处理方式：进展旧混凝土粘结补强加固时,老混凝土的外表状况被认为是影响粘结性能的最重要因素。因此,在浇筑混凝土之前,应对老混凝土粘结面进展处理, 使之形成结实完整、干净、轻度粗糙的外表,以得到较好的粘结面。在旧混凝土补强加固实践中,己争辩并应用了一些方法对旧混凝土粘结界面进展粗糙处理,如:人工凿毛法、高压水射法、机械刻痕法、喷砂法、喷气法、气锤凿毛法、化学腐蚀法等。粘结方位：补强加固时,旧混凝土的粘结方位对粘结效果有肯定的影响。争辩结果说明,侧补试件的劈拉强度明显高于上补。在承受老混凝土外表凿毛和界面剂的条件下,斜下补试件的压剪强度明显高于斜上补,劈拉强度也高于上补。 龄期

4、：老混凝土的粘结性能随粘结龄期的不同而有所差异,在粘结初期,粘结强度随粘结龄期的增长而增加,到达肯定时间后,粘结强度又会随着粘结龄期的增长而降低。 混凝土的性能：在老混凝土外表补浇混凝土时,除使用界面剂外,还应使浇的混凝土比老混凝土高一个强度等级,以减小混凝土的收缩,降低收缩应力,保证老混凝土之间的粘结质量。承受低收缩、低徐变、高强度、低孔隙率的混凝土,是获得良好粘结面的关键。另外,在浇筑的混凝土中参加碳纤维、钢纤维和尼龙纤维,或承受预铺骨料混凝土等, 均可不同程度地削减混凝土的收缩。 粘结的耐久性：粘结混凝土的耐久性主要包括抗冻性、高温性能、抗渗性、抗疲乏性能。争辩说明，老混凝土的粘结劈裂抗

5、拉强度随冻融循环次数的增加而降低,特别对先粘结后冻融试件的劈裂拉强度受冻融循环的影响尤为明显。引气剂可明显提高老混凝土粘结面的抗冻融性能,对所试验的试件,在同样的条件下,其抗冻融性能可提高一倍。老混凝土粘结面的渗透性大于、老混凝土本体的渗透性,粘结面是其渗水的主要通道。界面干湿状态：界面干湿状态会影响界面结合强度,枯燥状态对旧混凝土结合最为有利。对于湿饱和界面,在与修补材料结合时简洁在界面处形成水分集中,从而降低了界面结合强 度。当界面枯燥时,界面处集中的水分被界面吸取,减小了界面过渡区的宽度,从而提高了 旧混凝土之间的结合力。测试方法：主要为粘结劈裂抗拉强度试验和直接抗拉强度试验。1.3 存

6、在问题水泥净浆(或砂浆)、膨胀水泥浆(或砂浆)、环氧树脂(或砂浆)、掺减缩剂的水泥浆(或砂浆)、掺活性材料及减缩剂的水泥浆(或砂浆)、偶联剂+掺减缩剂的水泥浆(或砂浆)等,都有各自的优点。但也存在诸多缺乏之处:或者效果不是很好、或者有毒害、或者施工程序较多、或者本钱较高。2 界面剂种类及效果2.1 界面剂的原理从宏观层次分析,砼可视为粗细骨料颗粒分散在水泥浆基体中所组成的两相复合材料.从微观层次分析,砼构造的两相复合材料的分布不是均匀的,两相体本身组成也是不均匀的.硬 化砼中的某些区域是致密的,如骨料;而另外一些区域是高度多孔的.在贴近大颗粒骨料外表,硬化水泥浆体的构造与系统中水泥石或砂浆的构

7、造差异很大.事实上,在荷载作用下砼力学行为的很多方面只能将水泥浆-骨料界面视为砼构造的第三相才能作出合理的解释.第三相,即 界面区相,或称为过渡区相,代表着粗骨料与硬化水泥浆体的过渡区,过渡区围绕大骨料四周 存在一层薄层,通常比砼的其它两相组成要弱,因此,界面区对砼力学行为的影响很大,界面的 构造与界面的力学性能有亲热的关系.老砼的界面同样存在类似于整浇砼中骨料与水泥石 接触的这样一个过渡区,而这恰拾是三相中最弱的界面层,缘由在于:由于老砼的亲水性,修 补时会在老砼外表形成水膜,使结合面处砼的局部水灰比高于体系中的水灰比,导致界面钙矾石和氢氧化钙晶体数量增多,形态变大,降低界面强度.且由于老砼

8、的阻碍,砼中的泌水和 气泡积聚在老砼外表,不仅使得砼局部水灰比更高,而且使得气孔和微裂缝在该区富集,显 著降低界面强度.水泥浆本身具有肯定的粘结性,它主要用于包裹砼中的骨料,使之硬化成 坚硬的水泥石.在砼中的骨料经过充分搅拌、振捣,被水泥浆包裹,而老砼界面处砼中的骨料经过振捣可能挤压在界面处,使骨料与界面突出的石子、水泥石形成“点接触”,骨料积存在老砼外表,堵塞了一局部老砼外表的孔隙和凹凸不平区域,使具有粘结性的水泥浆不能完全渗入孔隙中去,从而形成“缺浆”现象,界面处水泥浆不能充分浸润骨料和水泥石,而砼失去一局部水泥浆,这样使得粘结界面处的砼中消灭空隙,影响了老砼的粘结强度.整浇 砼中骨料体积

9、小、多棱角、骨料外表粗糙,使水泥石可嵌固在骨料外表的凹坑中,机械咬合对宏观粘结强度起主要作用.从微观上看, 它增加了有效的真实接触面积,粘结力也会大大增加, 同时,骨料外表的凸起对界面区构造有增加作用,并能转变界面裂纹扩展方向,使裂纹集中“路径”曲折,也能消耗局部能量.而老砼界面处的骨料和硬化水泥石形成一个“面”,象一块外表比较平坦的“大骨料”,而这块“大骨料”与整浇砼中的骨料相比不但体积大且只有一个 “面”,且这个“面”很平坦无法转变裂纹扩展方向.在老砼界面处骨料相对集中,裂缝、缺陷产生的几率较大,老砼界面承载力量进一步被减弱. 使用界面剂主要是从物质构造层次方面着手,使老砼接触的界面区构造

10、得到加强.界面剂喷涂在老砼外表后,一方面能够很好 地渗入其外表的孔隙,与老砼形成良好的结合,另一方面又与局部浇砼产生化学结合,从而 提高了老砼的界面结合力.综上所述，界面剂的所起的作用主要为：可能性的吸取在老混凝土界面和空隙中 富集的CH 和钙矾石，在老混凝土外表孔隙和界面形成对界面粘结强度有奉献的水化产物。减小老混凝土界面的空隙来增加粘结强度，比方能更好的优化混凝土的流淌性和粘聚性，承受微膨胀水泥来抵消因收缩而产生的空隙。增大老混凝土之间的粗糙度，使得界面严密接触，增大粘结强度。2.2 界面剂的种类和机理一般状况下,界面剂应满足如下要求:弹性模量与混凝土接近,热膨胀系数与混凝土接近; 在修补

11、混凝土存在的状况下能固化,枯燥收缩比砂浆或混凝土小。界面剂厚度与粘结性能有着亲热的关系。一般粘结剂的最大涂刷厚度不应超过3mm,以.0.5mm 一 1.5mm 为宜。水泥净浆类：界面剂水灰比与混凝土一样。粘结性能一般，但较为经济。 掺入膨胀剂的改性水泥净浆：U 型膨胀剂，简写 UEA，它是以硫酸铝、氧化铝、硫酸铝钾等为主要多种膨胀源，其为较常用的膨胀剂。当其与水拌和后,生成大量水化硫铝酸钙,即钙矾石.钙矾石在胶粒间以辐射状生长,微小的钙矾石晶体进入了旧混凝土粘结面上的孔穴,这将供给一种销栓力，宏观上提高了旧混凝土的粘结强度.由于钙矾石的形成,界面剂产生肯定的体积膨胀,两侧的旧混凝土对界面剂的膨

12、胀具有肯定的约束作用,使水泥浆 中更多的水泥颗粒与老混凝土外表相接触；假设膨胀较大,粘结面在限制其膨胀的同时,受到压力作用,这种压力作用将增加集料与水泥浆的机械咬合力,因而增大集料与水泥浆的界面粘 结强度；界面剂产生膨胀可以消退或局部消退混凝土的体积收缩对粘结的不利影响;这些都有利于界面处粘结强度的提高.掺掺合料的改性水泥浆：掺合料一般为粉煤灰和硅灰。粉煤灰的粒径较小，能够填 充界面处混凝土的细小微孔，减小“点接触”造成的缺陷，而且粉煤灰有火山灰活性，在后期可提高界面处的强度。硅灰是一种具有活性的矿物掺合料,与水泥水化生成的 Ca(OH)2 能发生二次反响,生成C-S-H 凝胶.界面剂中的硅灰

13、可与旧混凝土外表的Ca(OH)2 发生反响,提高了旧混凝土之间的化学作用力;由于二次反响的发生削减了界面区中大晶体的数量,同 时生成的C-S-H 凝胶填充于水泥石的空隙中提高了界面区的密实程度;C-S-H 凝胶的形态是毛刺状,向外辐射生长的,可以长入旧混凝土外表的微裂缝中,由于硅灰的二次反响作用,掺 硅灰后较不掺硅粉的可以生成更多的C-S-H 凝胶,提高了旧混凝土之间的粘结强度.掺聚合物胶粉的改性水泥浆：此处的聚合物主要指纤维素醚、可再分散乳胶粉、塑 化剂等有机外加剂，它们主要起到增稠保水作用，都能较好的优化砂浆的性能。聚合物乳胶粉由于含有极性基团如-OH、-COOH 等,在与混凝土等无机材料

14、接触时,这些极性基团便在混凝土界面生成氢键,产生螯合等作用,从而使其具有优良的粘结性能。正是由于聚合物乳胶粉含有-OH、-COOH 等基团,因此将聚合物乳胶粉添加到界面处理剂中,当水泥水化后,聚合物乳胶粉在整个无机材料中形成一个连续的有机高分子膜,与旧基材的接触面比较大,同时, 聚合物所含的极性基团与基材外表的极性基团发生作用而大大提高界面剂性能。纤维素醚可以起到保水剂增稠作用，主要起到以下两种作用:一是防止界面剂在施工过程中失水过快,导致水泥水化不完全,从而影响性能;二是增加界面剂的粘性,使界面剂易于附着在基材外表。在水泥浆中掺入外加剂：如消泡剂、分散剂、防水剂：当掺入聚丙烯纤维、聚合物 胶

15、粉时，参加分散剂能较好的将其分散，有效的增大它们的作用。参加消泡剂可以防止界面剂气泡较多而产生粘结力学性能下降。同时外加剂的掺入可以提高界面剂的流淌性，可以增大界面剂与老混凝土的接触面积，增大粘结力。掺聚丙烯纤维、碳纤维等纤维改性水泥浆：聚丙烯纤维水泥浆可以降低界面剂的收 缩,这样减小因界面剂收缩而产生的应力。掺入聚丙烯纤维后,聚丙烯纤维分散在水泥浆体中, 形成网状构造,阻碍混凝土在破坏时产生的微裂纹的扩展,在肯定程度上保持了旧混凝土 之间的咬合作用,从而提高了界面结合强度。而碳纤维相对来说效果较差，由于碳纤维属于 疏水构造，与混凝土的粘结力较小，起到的作用较弱。以超细硅酸盐水泥代替一般硅酸盐

16、水泥：超细硅酸盐水泥相比于一般水泥来讲，具 有较大的比外表积，能够更完全的水化，故而强度高于一般水泥，这样作界面剂时便可以提高界面剂的强度。在水泥净浆中掺入聚合物乳液： 可有效的改善水泥净浆的性能，聚合物乳液所形成的聚合物薄膜将起到较大的作用，增大老混凝土之间的粘结力。有机类胶：环氧树脂，缺点一是脆性较大，韧性较差;二是耐热温度相对较低，使用温度一般不超出 150C, 故而需要进展改性处理。重庆大学朱红梅指出，纯环氧树脂粘结界面机械性能不良，通过在树脂中添加偶联剂KH-550 来活化碳酸钙来提高其性能。随着碳酸钙添加量的增加,复合材料的冲击强度渐渐提高,当碳酸钙与环氧树脂质量比为5100 时消

17、灭了最大值。通过对文献的总结，认为当承受水泥净浆,掺膨胀剂的水泥浆以及承受丁苯乳液的水泥混凝土来粘结老混凝土时,都能取得较好的粘结效果,其界面剪切强度都能到达整体混凝土剪切强度的 75%以上。同时掺入肯定量的聚合物胶粉，纤维均可提高粘结界面的性能。3 界面处理方法在老混凝土的粘结中，除了选用较好的界面剂外，界面的处理对于老混凝土之间的粘结也起到至关重要的作用。由于整体来说，老混凝土之间的粘结力主要来自机械咬合的作用，而界面的处理对此影响较大，在处理老混凝土粘结问题时不容无视。 人工凿毛法该方法是实际工程中常用的一种界面粗糙度处理方法,是用铁锤和凿子借助人力对旧混凝土粘结面敲打,使其外表形成随机

18、的凹凸不平状,增加粘结面的粗糙程度。此方法的优点是施工技术简洁,不需大型昂贵的机械设备,工程造价低。其缺点是不便于大面积机械化施工 , 且会在老混凝土粘结面产生扰动,形成附加微细裂缝。 高压水射法此方法是用高压水枪对旧混凝土粘结面进展冲毛粗糙处理。利用高压水枪的压力(100 一 25OMPa),把握其喷水速度、喷射距离和喷除速度,借助巨大的冲射力除去老混凝土粘结面的水泥石,使其表层的粗集料外露而形成凹凸不平的粘结面。该方法的优点是机械化施工水 平高,施工速度快,对老混凝土的扰动小,处理凹凸均匀性好。但该方法所用的高压喷水设备昂贵,工程费用大。 喷丸(砂)法喷丸(砂)法用喷射机向老混凝土的待处理

19、面喷射不同直径的钢球 ,通过喷射机把握其喷射速度和喷射密度,可以得到能以平均深度定量描述的旧混凝土粘结面的粗糙度,这样便于得到最为满足的外表粗糙度。 酸浸蚀法酸浸蚀法是以肯定浓度的盐酸与老混凝土中的水泥石反响,来改善已经经过宏观粗糙处理的老混凝土界面的微细观粗糙度,该方法可以增加旧混凝土接触面积,改善界面层微细观构造,从而显著提高粘结界面的机械咬合力和范德华力,大幅度提高粘结强度和耐久性。以上外表处理方式中,工程中最常用的是人工凿毛法,效果最抱负的是高压水射法。粘结界面的粗糙度往往能够反映粘结界面的处理程度，灌砂法简便易行，对于凹凸度均匀的粘 结面，推举承受灌砂法作为粘结面粗糙度的测试方法。n

20、 有文献指出，先在老混凝土外表刷一层环氧树脂+砂，再涂以界面剂能较好的增大粘结面的性能。4 界面剂耐久性4.1 高温影响200高温后的老混凝土粘结劈裂抗拉强度较常温下降低 26%左右,700时下降约95%。4.2 抗冻性老混凝土的粘结劈裂抗拉强度随冻融循环次数的增加而下降,特别是先粘结后冻融试件,其粘结面的劈裂抗拉强度受冻融循环的影响尤为明显,表现为粘结面的劈裂抗拉强度随冻融循环次数的增加呈现陡降趋势。老混凝土粘结面的剪切强度随冻融循环次数的增加而降低,对先冻后粘结试件表现为冻融循环初期时的缓降和肯定冻融循环次数后的陡降;而先粘结后冻融试件则一开头就表现为粘结面剪切强度随冻融循环次数呈急剧下降趋势。5.总结通过看文献总结如下：界面处理方式、界面剂、混凝土类型等多因素对老混凝土结合面有较大的影响:处理方式: 人工凿毛法,高压水射法以及环氧树脂+砂+界面剂。界面剂：掺加膨胀剂的水泥净浆较为简洁，性能也较好；掺加聚合物乳液的界面剂性能较优，但本钱较高；可在水泥浆中适当掺加聚合物胶粉、纤维素醚等外加剂来改善性能。混凝土：可承受低收缩、流淌性良好的膨胀混凝土、聚合物混凝土。