張明杰 趙杰夫

(西南交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610031)

1 概述

混凝土在使用過程中常受到外界腐蝕性介質(zhì)的侵蝕，使混凝土發(fā)生病害并最終喪失工作性能。因此對病害混凝土進(jìn)行及時的修補(bǔ)是極其必要的，瀝青混凝土、普通混凝土和水泥砂漿被廣泛應(yīng)用于病害混凝土的修補(bǔ)[1]。但這些材料由于脆性較大、韌性不足，作為修補(bǔ)材料難以與混凝土形成很好的結(jié)合。聚合物砂漿克服了以上修復(fù)材料的缺點，具有良好的柔韌性和粘結(jié)性能，是一種綜合性能較好的修復(fù)材料[2,3]。

砂漿與基層混凝土界面是否有良好的粘結(jié)強(qiáng)度是修復(fù)工作成敗的關(guān)鍵，結(jié)合面的處理方式、界面劑類型是影響砂漿與基層混凝土粘結(jié)力的重要因素[4]。在實際應(yīng)用中，對于損傷嚴(yán)重的混凝土結(jié)構(gòu)在砂漿修補(bǔ)之前需要對缺損較大的部位使用混凝土進(jìn)行補(bǔ)平處理，因此修補(bǔ)砂漿常常同時與短齡期的混凝土和長齡期混凝土進(jìn)行結(jié)合。國內(nèi)外學(xué)者對砂漿與長齡期混凝土的結(jié)合性能已經(jīng)做了大量研究[5,6]，但對砂漿與短齡期混凝土的結(jié)合性能研究較少。針對這個問題，本文在選取幾種不同粗糙度、界面劑的條件下，對砂漿與1 d和28 d齡期的混凝土粘結(jié)性能進(jìn)行了研究。

2 試驗材料及方案設(shè)計

2.1 主要試驗原料

試驗水泥使用西南水泥有限公司的P.C32.5水泥和拉法基有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥；粗骨料選用2.5 mm～15 mm連續(xù)級配碎石，細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.1的河砂；苯丙乳液使用龍湖科技生產(chǎn)的446型砂漿專用乳液，固體含量51%，減水劑采用HSC-2聚羧酸高效減水劑。

2.2 試驗方案設(shè)計

試驗采用C30混凝土，其規(guī)格為100 mm×100 mm×100 mm，配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比

將制備好的混凝土于1 d，28 d齡期切割成100 mm×100 mm×50 mm，對成型底面進(jìn)行人工鑿毛，通過灌砂法控制粗糙度，制備灌砂深度為0.475 mm～0.702 mm(C1)，1.031 mm～1.240 mm(C2)，1.573 mm～1.792 mm(C3)的試樣。涂抹界面劑之前保證界面的清潔、無灰塵，界面劑涂抹完成后立即在混凝土表面澆筑聚合物改性砂漿，成型1 d后脫模放入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至28 d齡期后測試劈裂強(qiáng)度。聚合物改性砂漿配合比如表2所示。

界面劑選擇與砂漿同水灰比的水泥凈漿、摻UEA水泥膨脹劑的水泥漿(后文稱膨脹水泥漿)和摻T1型結(jié)晶材料的水泥漿(后文稱T1水泥漿)，并與不使用界面劑的試樣進(jìn)行對比。界面劑的配合比和用量如表3所示。

表2 聚合物改性砂漿配合比

表3 界面劑配合比和用量

2.3 試驗結(jié)果分析

試驗共制備24組試樣，分別對應(yīng)不同界面粗糙度、不同界面劑和不同齡期混凝土的試樣，每次測試結(jié)果取3塊試件的平均值。試驗數(shù)據(jù)如表4所示，由此分析不同界面粗糙度、界面劑對聚合物改性砂漿與1 d,28 d齡期混凝土劈裂強(qiáng)度的影響規(guī)律。

表4 劈裂強(qiáng)度試驗結(jié)果

2.3.1界面粗糙度的影響

從表4可以看出，隨界面灌砂深度的增加，聚合物改性砂漿與混凝土結(jié)合試樣的劈裂強(qiáng)度增加。粗糙度為C3和C2的試樣劈裂強(qiáng)度相比C1試樣平均提升了33.6%和15.0%，提升效果明顯。

灌砂深度的增加提高了混凝土的界面粗糙度，砂漿與混凝土之間的有效粘結(jié)面積變大，從而使砂漿與混凝土之間產(chǎn)生更大的機(jī)械嚙合力和范德華力。因此，對混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理得到較高的灌砂深度是獲得良好的砂漿—混凝土粘結(jié)性能的重要保證。

2.3.2界面劑的影響

從表4可以看出，界面劑對最終的劈裂強(qiáng)度有很大影響。使用T1水泥漿的試樣劈裂強(qiáng)度最高，使用膨脹水泥漿的試樣次之；使用水泥凈漿的試樣劈裂強(qiáng)度較小，僅略高于未使用界面劑的試樣。

在修補(bǔ)砂漿的涂覆過程中，由于骨料堆積、砂漿排氣等原因結(jié)合面難以形成密實結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致結(jié)合性能下降。界面劑能夠改善砂漿與混凝土的結(jié)合情況從而提高結(jié)合性能。砂漿與1 d混凝土結(jié)合時，T1水泥漿的提升效果大于其他界面劑，其原因是鑿毛后的混凝土表面存在大量的微裂紋，T1水泥漿中的結(jié)晶材料能夠滲透其中與未水化水泥顆粒反應(yīng)產(chǎn)生結(jié)晶，使結(jié)合面密實度增加。混凝土齡期為28 d時，T1水泥漿試樣的提升效果低于膨脹水泥漿，一方面是因為28 d混凝土水化程度高，未水化水泥顆粒較少使結(jié)晶反應(yīng)減弱；另一方面是由于28 d混凝土與砂漿的收縮差造成的。膨脹水泥漿可在一定程度上彌補(bǔ)砂漿與混凝土的收縮差，但由于聚合物改性砂漿自身收縮性較小，膨脹水泥漿的增強(qiáng)效果有限，因此得到的劈裂強(qiáng)度僅略高于T1水泥漿。

2.3.3混凝土齡期的影響

從表4可以看出，1 d齡期混凝土與砂漿的粘結(jié)性能高于28 d齡期混凝土，其劈裂強(qiáng)度平均提高26.7%。這是因為齡期較短的混凝土內(nèi)部有大量尚未反應(yīng)的水泥顆粒，這些水泥顆粒能夠與修補(bǔ)砂漿內(nèi)的水泥共同發(fā)生水化反應(yīng)，使得砂漿與混凝土之間產(chǎn)生的化學(xué)作用力增加；隨混凝土齡期的增長，其內(nèi)部尚未反應(yīng)的水泥顆粒大量減少，化學(xué)作用力降低。不同齡期下界面劑的作用效果不同，因此針對不同齡期混凝土選擇合適的界面劑顯得尤為重要。

3 結(jié)語

通過對聚合物改性砂漿與混凝土劈裂強(qiáng)度的研究，探討了不同界面粗糙度、不同界面劑對砂漿與1 d,28 d齡期混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的影響，主要結(jié)論如下：

1)粗糙度可提升砂漿與混凝土之間的粘結(jié)性能，1.573 mm～1.792 mm灌砂深度試樣的劈裂強(qiáng)度相比0.475 mm～0.702 mm灌砂深度的試樣平均提高了33.6%。

2)對于短齡期混凝土，T1水泥漿界面劑可最大程度提升砂漿與混凝土的粘結(jié)性能；對于長齡期混凝土，膨脹水泥漿的增強(qiáng)效果最好。

3)砂漿與短齡期混凝土的結(jié)合性能好于長齡期混凝土，1 d混凝土與砂漿的劈裂強(qiáng)度相比28 d提高了26.7%。