界面过渡区对混凝土修补系统的影响

李岩凌， 肖群芳，陈红岩

（1. 北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京　100041；2. 北京市预拌砂浆工程技术研究中心，北京　100041）

界面过渡区对混凝土修补系统的影响

李岩凌1，2， 肖群芳1，2，陈红岩1

（1. 北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京100041；2. 北京市预拌砂浆工程技术研究中心，北京100041）

界面过渡区对于混凝土修补系统的拉伸粘结强度起到关键作用。基层的状态对修补系统拉伸粘结的影响表现为：基层水饱和状态＞基层自然状态＞基层干燥状态。界面处理完成后，修补砂浆施工时界面剂的状态对修补系统粘结强度影响较大，液体界面剂和双组份界面剂在半干情况下进行修补砂浆施工时，修补系统的拉伸粘结强度更优。通过观察修补系统微观SEM可以看出，基层为水饱和状态，界面剂为半干条件下，修补系统三种材料之间的两个界面连接更为紧密。

混凝土修补；界面过渡区；基层状态；拉伸粘结强度；微观 SEM

0　引言

水泥基材料是当代使用量最多的人造结构材料之一，许多重要的、大型的基础设施都是由水泥基材料建造的，其中被广泛应用于大型基础设施的混凝土是水泥基材料的代表。混凝土建筑物和构件在使用期间产生破损的现象屡见不鲜，起砂、开裂均为混凝土常见的问题。混凝土的破坏不仅影响了材料的力学性能，而且为腐蚀性介质的侵入提供了通道，从而加速了材料的破坏，导致其耐久性降低。

对产生破坏的混凝土进行修补是提高混凝土耐久性的重要手段，聚合物修补砂浆以其优良的性能被广泛应用于混凝土修补领域中。使用修补砂浆进行混凝土修补时，通常会对旧混凝土进行界面处理，界面处理可以提高修补砂浆与旧基层的粘结性能，提高修补系统的稳定性。从混凝土修补宏观角度出发，修补系统组成可分为三部分，（1）旧混凝土基层；（2）修补砂浆；（3）两者之间的界面过渡区，混凝土修补系统的界面过渡区包括两个界面，旧基层与界面处理剂的界面以及修补砂浆与界面处理剂的界面，前者重点在于旧基层的界面状态，后者重点在于界面处理剂的状态。现阶段大多研究都是对修补砂浆本身的物理化学性能的研究，而忽视了界面过渡区的重要性，界面过渡区是新旧基体结合的一个薄弱环节，它可以降低整个修补系统的粘结性能。本文将对修补系统界面过渡区中的两个关键的界面状态对修补系统的影响进行研究。

1　试验材料及方法

1.1试验材料

1.1.1基层

基层为满足 JG/T 547－2005《陶瓷墙地砖胶粘剂》标准的混凝土板。

1.1.2修补砂浆

本文中涉及的修补砂浆包括普通修补砂浆和快速修补砂浆，其力学性能满足表 1 要求。

表1　修补砂浆力学性能

1.1.3界面处理剂

（1）液体界面剂

固含量为 46% 的丙烯酸原液，加水按照 1:1 稀释。

（2）双组份界面剂

双组份界面剂由干粉料和液料组成，干粉料主要成分为普通硅酸盐水泥、细砂、保水剂，液料固含量 23% 的丙烯酸乳液，干粉料与液料按照 1∶0.8 的比例搅拌均匀。

1.2试验方法

1.2.1基层状态

自然状态，基层在室温（温度(20±5)℃，湿度(55±10)%）条件下养护 48h。

干燥状态，基层在干燥（温度 (50±5)℃）条件下养护48h，室温放置 2h。

水饱和状态，基层浸水养护 48h，室温放置 2h。

1.2.2成型方法

（1）无界面处理

在不同状态基层上，直接成型修补砂浆。

（2）界面剂半干状态

在不同状态基层涂刷液体界面剂或双组份界面剂，应均匀涂刷，不得漏刷。待液体界面剂施工后 20min，双组份界面剂施工后 3h，进行修补砂浆成型。

（3）界面剂全干状态

在不同状态基层涂刷液体界面剂或双组份界面剂，应均匀涂刷，不得漏刷。待液体界面剂施工后 3h，双组份界面剂施工后 24h，进行修补砂浆成型。

1.2.3拉伸粘结强度

成型试件为 50mm×50mm，厚度 50mm，成型后标准条件（温度 (23±2)℃，湿度 (50±5)%）养护至 28d，参照JGJ/T 70－2009 《建筑砂浆基本性能试验方法标准》第 10 节进行拉伸粘结强度测试。

2　结果与讨论

2.1基层状态对修补系统拉伸粘结强度影响

修补砂浆施工时，首先需要将旧基层清扫干净，剔除松动部位混凝土，除去杂物、油渍等，形成无浮灰的裸露界面，然后需要涂刷界面剂。界面剂施工时，基层分为两种情况，一是不做处理，即不对旧基层进行任何处理即涂刷界面剂，此时旧基层的状态随大气温度及湿度的变化而不同，其中最极端的状态是温度高、湿度低，基层处于干燥状态；二是淋水处理，即对混凝土基层进行淋水处理后涂刷界面剂。针对界面干湿状态对修补系统粘结强度的影响规律和机理，在国内外都缺乏系统的研究。国外有学者研究了界面处于湿饱和状态和干燥状态对修补系统粘结强度的影响，但几位研究者的结论都不太相同，并且对试验结果没有给出很充分的解释。 Ernmons 认为界面的湿度状态对粘结强度有很大的影响，界面干燥会从补强材料中吸收水分，而界面过湿会堵塞孔隙阻止修补材料的吸收，因此认为湿饱和状态最有利于界面结合；Austin 的研究结果表明，界面过干和过湿都会导致界面结合强度降低；Saucier 和 Pigeon 认为在低水灰比的情况下界面湿状态对粘结强度没有影响，而高水灰比时可以提高粘结强度；Cleand 和 Long 研究表明，自然干燥状态和饱和干状态的粘结强度较高，而饱和湿状态粘结强度较低。

本试验旨在模拟混凝土修补过程中旧基层的典型状态对修补体系拉伸粘结强度的影响，三种基层状态分别为定义为自然状态、干燥状态、水饱和状态。对比三种基层状态在无界面处理和液体界面处理两种方式下，对普通修补砂浆修补系统与快速修补砂浆修补系统拉伸粘结强度的影响，试验结果见图 1 所示。

图1　基层状态对拉伸粘结强度影响

由图 1 试验结果可以看出，普通修补砂浆系统和快速修补砂浆系统在三种基层状态两种界面条件下，拉伸粘结强度的变化趋势是一致的。基层为水饱和状态下，修补系统拉伸粘结强度最高，在无界面处理时，水饱和状态下系统拉伸粘结强度较自然状态相比高出约 15%，较干燥状态相比高出约120%；在界面进行液体界面处理时，水饱和状态下系统拉伸粘结强度较自然状态相比高出约 28%，较干燥状态相比高出约 85%。

修补砂浆在工程应用时，旧混凝土基层状态可分为：高温条件下基层严重干燥、湿润状态、自然状态，本文中三种基层状态正是对实际工程施工基层状态的模拟。从试验结果也可以得出，基层干燥时进行修补砂浆施工是最不可取的，此时即使进行界面处理，系统的拉伸粘结强度仍然很低。基层进行淋水处理后，较自然状态相比系统拉伸粘结强度有一定幅度的提升，尤其是界面进行液体界面剂处理后，提升幅度更大。也就是说，修补工程在进行液体界面剂处理时，界面更适宜于饱和水处理。

2.2界面剂状态对修补体系拉伸粘结强度的影响

修补砂浆在实际施工应用时，通常会进行界面处理，将界面剂涂刷于旧混凝土基层上，界面处理可增加修补砂浆与混凝土基层的结合能力，提高粘结强度，减少空鼓开裂现象。界面剂一般分为有机液体界面剂、无机干粉界面剂、双组份界面剂等类型。界面处理完成后，修补砂浆何时进行施工，现阶段还没有资料对这个问题进行解答，修补砂浆的施工时机一般随着工程实际应用情况来决定，而修补砂浆施工时界面处理剂的状态也不尽相同，修补砂浆的施工时间是否会对界面处理的作用有影响，还无人证实。本节中以普通修补砂浆和快速修补砂浆作为研究对象，选择液体界面剂和双组份界面剂，基层为干燥状态、自然状态、水饱和状态下对比修补砂浆施工时界面剂的状态对修补系统拉伸粘结强度的影响。其中试验中的“半”为半干状态，此时液体界面剂和双组分界面剂一半已结皮或成膜的状态，“全”为全干状态，此时液体界面剂和双组份界面剂完全干燥或成膜的装状态。试验结果如表2及图2、3所示。

表2　界面剂状态对修补体系拉伸粘结强度影响　MPa

图2　界面剂类型对普通起砂修补砂浆粘结性能的影响

图3　界面剂类型对快速修补砂浆粘结性能的影响

从图 2 可以看出基层在自然状态、水饱和状态、干燥状态下，液体界面剂和双组份界面剂半干时的拉伸粘结强度均优于全干状态，双组份界面剂半干状态拉伸粘结强度优于液体界面剂半干状态，液体界面剂全干状态拉伸粘结强度优于双组份界面剂全干状态。基层为干燥状态时，界面剂的类型及状态对修补系统拉伸粘结强度影响不大。

从结果图 3 可以看出：基层在三种状态下，液体界面剂和双组份界面剂在半干状态下的拉伸粘结强度均优于全干状态，且液体界面剂拉伸粘结强度优于双组份界面剂。同普通修补砂浆系统类似，快速修补砂浆系统基层为干燥状态时，界面剂的类型及状态对修补系统拉伸粘结强度影响不大。

基层在干燥状态下，双组份界面剂不论半干还是全干拉伸粘结强度均不理想。对于双组份界面剂来说，涂刷厚度一般为 1～2mm，在基层过度失水的状态下，双组份界面剂涂刷完后，基层很快吸收双组份界面剂中的水份，使双组份界面剂处于失水状态，致使其不能完全水化，导致双组份界面剂自身强度及稳定性不佳，从而影响整个修补体系的拉伸粘结强度。

2.3界面微观状态分析

本文 2.1 节、2.2 节，从宏观出发，研究了基层状态以及修补砂浆施工时界面剂状态对修补系统拉伸粘结强度的影响，本节以普通修补砂浆为例，基层为自然状态和水饱和状态的修补体系界面过渡区的微观形貌进行观察，因基层为干燥状态时，修补体系拉伸粘结强度不佳，所以本节未进行观察。SEM 微观图像如图 4 所示。

图4　不同类型界面过渡区 SEM

从图 4 可以看出，基层为自然状态和饱和状态下，未进行界面处理的基层与修补砂浆界面均明显有一条缝隙，缝隙宽度约为 50～100μm。此缝隙对修补系统宏观方面的影响是不言而喻的，未进行界面处理的修补系统在进行拉伸粘结强度测试时，多数破坏发生在修补砂浆与基层的界面。

基层为自然状态时，液体界面剂半干状态下，修补砂浆颗粒和液体界面剂较多融合，但能明显看到基层与液体界面剂的界面；液体界面剂在全干状态下，基层为自然状态时，液体界面剂成膜，但液体界面剂与基层的界面更为明显。基层饱和状态时，液体界面剂半干状态下，将基层与修补砂浆连接到一起，两个界面通过形状似絮状的分支融合到液体界面剂中；液体界面剂全干状态下，液体界面剂成膜较好，与基层紧密相连，修补砂浆、液体界面剂、基层之间两个界面均可清晰看到。

对比双组份界面剂在半干状态下的 SEM 图像，基层为自然状态时，双组份界面剂半干状态下，与基层相连的双组份界面剂气孔多，结构疏松。基层为水饱和状态时，双组份界面剂结构比自然状态致密，且双组份界面剂与基层连接紧密，与修补砂浆几乎看不到相连界面。双组份界面剂全干状态，饱和状态较自然状态相比，界面结构致密，连接更紧密。

3　结论

（1）混凝土修补系统中，界面剂施工时，旧基层的状态对修补系统整体拉伸粘结强度影响较大，水饱和状态修补系统拉伸粘结强度最高，干燥状态修补系统拉伸粘结强度最低。较自然状态相比，水饱和状态下基层界面进行液体界面剂处理后，系统拉伸粘结强度提升幅度更大。混凝土修补工程在进行界面剂处理时，基层更适宜于饱和水处理。

（2）修补砂浆施工时，界面处理剂为半干状态时，修补系统的拉伸粘结强度优于界面处理剂为全干状态时。

（3）通过 SEM 微观图像可以明显可出，基层为水饱和状态，界面剂为半干状态时，修补体系界面过渡区三种材料之间的两个界面连接更为紧密。

［通讯地址］北京市石景山区金顶北路 69 号北京建筑材料科学研究总院有限公司（100041）

The effect of interface transition zone on the concrete repair system

Li Yanling1,2, Xiao Qunfang1,2, Chen Hongyan1
(1. Beijing Building Materials Science Research Institute Co., Ltd., Beijing100041; 2.Beijing ready mixed mortar Engineering Technology Research Center, Beijing100041)

The interfacial transition zone for tensile bond strength concrete repair system plays a key role. The State of concrete impact to the tensile bond of repair system, the influence law for tensile bond of repair system is water saturation state＞ natural state＞ dry state. After the interface treatment, the tensile bond of repair system is higher when the liquid and two-component interface agent is semi-arid than when the liquid and two-component interface agent is totally-arid. By SEM observation microscopic of repair system can be seen as a water saturation state, semi-dry conditions for the interface agent, two interface of repair systems connection between the three materials more closely.

concrete repair; interfacial transition zone; the State of concrete; tensile bond strength; microscopic SEM

李岩凌（1981－），女，山东东营人，硕士，工程师。主要研究方向：干粉砂浆产品及应用技术。