在实际工程中,粘结性能与老混凝土界面情况有很大关系,最重要的包含界面的老混凝土粗糙程度、界面剂的使用等。现在老混凝土的表面粗糙程度对粘结性能的影响研究有了很大进展。粘结面的表面处理方法的研究主要有人工凿毛法、喷丸(砂)法、高压水射法和钢刷刷净法等。为了度量老混凝土表面的粗糙程度,先后提出了许多有用的方法,如:灌砂平均深度法、粗糙度测定仪法、分数维法等。界面剂的使用通常能提高修复的粘结强度,现在工程上使用的界面剂主要有水泥净浆和有机材料界面剂。对比试验表明,在相同粗糙度的前提下,使用界面剂比原始混凝土面能明显提高粘结强度。有机材料的界面剂有单组分和双组分两种,使用性能应通过试验得出;有必要注意一下的是如果有机材料的界面剂不正确使用,特别是在老混凝土面涂抹很久再浇注新的修复材料,反而可能使粘结强度下降。
本次试验对比了四种材料在标准条件养护下28天强度。在工程实际中,对结构的局部修补,修补材料用量不大,加上修补区域施工不便,往往采纳人工搅拌和人工振捣的工作方式,本次试验四种材料做成标准试块时均采纳了人工搅拌和人工振捣方式。试验结果如表1所示。
从表1能够准确的看出,自配细石混凝土未达到当初设计强度C40,这主要是由于施工方面采纳的是人工搅拌和人工振捣的原因。从受压后的破碎试块也能够准确的看出,人工搅拌和人工振捣的细石混凝土有明显的孔隙和空洞。
钢筋混凝土结构耐久性修复的载体是修复材料,修复材料的选用在修复过程中起到关键作用,因此有必要在修复前对修复材料来分析和研究。目前耐久性修复材料有很多种,近几年许多新材料的研制成功,为混凝土耐久性修复的选用提供了较为广阔的空间。对于混凝土结构的局部破坏和耐久性问题导致钢筋锈蚀引起的保护层脱落等应该优先选用流动性好、骨料小和方便施工的材料。
从试验方法来看,和以往试验方法相比,本文介绍的试验方法不需制作专门的试验试块,应用场景范围更广泛,不但可以在实验室做试验,也可以在修复现场试验,尤其是在检验测试结构修复后新老材料的实际粘结强度方面,本方法有着明显的优势。再则,本试验的仪器操作相对来说还是比较简单,现场试验条件要求不高,测试效率较高。因此,测试方法较以往的测试方法有比较大的优势,有望在实际工程检验测试中广泛使用。
劈拉测试方法由于其试块制作及测试方法的局限性,很难在修复工程现场使用;为越来越好的评定修复后新老材料粘结性能,对修复后新老混凝土材料粘结性能和承载能力进行定量分析,需要有一种在现场能较好测试粘结强度的试验方法和工具。本文采纳了一种拉拔试验方法,并在试验室和现场进行了一系列测试。本试验用的是丹麦Germnn公司的BOND-TEST混凝土拉拔试验仪,仪器原理如下图1所示,和以往老的劈拉试验不同的是,本试验可以在修复面直接进行拉拔试验,不需要做专门的试验试块,在实验室和修复现场均可应用。仪器最重要的包含底盘、磨平装置、取芯装置和拉拔装置;试验步骤大概能分为:制作试验试件,固定底盘,磨平试验区表面,切割环槽,粘结钢块,拉拔。制作试块只要在老混凝土表面修补一层修补材料,达到标准强度后即可开始试验;把底盘固定在试验区,磨平试验区内表面,这样才可以保证拉力垂直作用在试验表面,同时也能够保证试验钢块和试验面更好的粘结;在试验区利用仪器取芯装置在试验区切割圆环,形成直径50mm试验面;把仪器试验钢块对中粘结在试验面,待达到一定强度后,通过仪器垂直拉拔试验钢块,由于钢块和修补材料试验面粘结强度远大于修补材料和老混凝土之间的粘结强度,破坏面将在老混凝土和修补材料间产生,从而测试出老混凝土和修补材料间的粘结强度。
传统测试混凝土抗拉强度的劈拉试验方法是根据断裂力学的理论,通过5mm×5mm的方钢垫条施加压力F,试件中间截面除加力点附近很小的范围以外,有均匀分布拉应力。当拉应力达到混凝土的抗拉强度时,试件沿中间垂直截面劈裂拉断。根据弹性理论,劈拉强度ft,s可按下列公式计算:
可以看出劈拉强度,只是混凝土拉应力的近似值,是在轴心受拉试验测试很难的情况下的一种近似替代方法。而本文介绍的测试方法是根据抗拉强度的原理,对试件进行轴心拉拔测试,测试结果为抗拉强度的实际值,相对劈拉强度的近似结果,本方法的测试值可以越来越好的反映混凝土的实际拉应力,这一点比以往的劈拉试验有着不能够比拟的优越性。
粘结强度的测试以前主要采纳混凝土试块的劈拉试验。先要制作老混凝土试块,主要是通过对标准试块劈拉,使成为两块,然后在断裂面修补新材料。这样制作的试块一是制作起来十分复杂,而且由于老混凝土经过一次劈拉受力,受力性能会有一定变化;二是在这种情况下修复的试块和实际工程中会有很大差异;工程上往往是大面积修复,制作的步骤本身和试块制作差异比较大。近几年,在国外有一种新的试验方法――拉拔法,但在国内应用的并不是很多,因此,本文在试验过程中对这种办法来进行了试验,得出了该方法在试验和工程中的许多可参考的数据和经验。
在本试验使用的四种材料中,第一种是一种进口修补砂浆。本修补砂浆为双组分配方,包括水泥添加粉剂和RMB水溶性无毒液体树脂。作为主要为修补受损混凝土研发的一种修补砂浆,砂浆的很多特性都是为满足老混凝土结构耐久性防护的需要而开发的。第二种是国内市场上常常使用的混凝土灌浆料,本次试验用的高强无收缩灌浆料。作为高强砂浆类修补材料,灌浆料在修补结构构件损伤上存在广泛的用处。第三种为快硬水泥细石混凝土,在许多工程中,有时会要求修复材料能尽快凝固,以尽快满足使用上的要求。最后一种是一般硅酸盐水泥细石混凝土。
粘结性能其实就是粘结区新老混凝土的微观结构和新老结合部材料性能的综合影响结果,机理的研究主要从这两个方面展开,包括在此基础上的计算模型和本构关系的研究。从这个关系出发,国内外对粘结的研究从粘结机理和影响粘结的因素等方面做了很多工作,并取得很大的进展。
本试验主要是结合材料试验,研究在老混凝土修复中各种修复材料和老混凝土之间的粘结性能。为了突出本次试验的研究方向和便于试验后分析的统一性,在修复阶段对老混凝土基面均采纳人工凿毛的处理方法,粗糙度主要采纳灌沙法做测量,具体测量数据见表3。考虑到界面剂在新老混凝土粘结的及其重要的作用,每种材料的试验都对有无界面剂两种情况做对比试验。为越来越好的研究老混凝土龄期对粘结性能的影响,本试验选用了浇筑龄期超过三年的老混凝土作为基准混凝土。在很多实际修复工程中,混凝土的龄期一般都超过三年,混凝土老化在三年以上接近稳定,用龄期超过三年的老混凝土作为基准混凝土比较符合混凝土老化的规律,也比较接近工程实际。从表3数据分析来看老混凝土基面的粗糙度大致相近,可当作材料对比试验的基准试验平台。