不同材料修补混凝土裂缝后的抗盐蚀性研究

徐少云， 高培伟， 肖忠平， 张丽芳， 陈卫峰

(1. 南京航空航天大学 土木工程系， 南京 210016； 2. 扬州工业职业技术学院 建筑工程学院， 扬州 225127)



不同材料修补混凝土裂缝后的抗盐蚀性研究

徐少云1,2， 高培伟1， 肖忠平2， 张丽芳1， 陈卫峰1

(1. 南京航空航天大学 土木工程系， 南京 210016； 2. 扬州工业职业技术学院 建筑工程学院， 扬州 225127)

基于模拟盾构管片裂缝， 采用不同材料对裂缝修补， 通过测试氯离子扩散系数和经硫酸盐侵蚀后的抗压和抗折强度， 得到不同材料修补管片裂缝后的抗盐蚀性能. 结果表明： 丙烯酸酯共聚乳液(BR)和环氧树脂(HY)修补后， 管片抗Cl-渗透能力有所下降， Cl-扩散系数较原基体增大了20%和8.7%； 而聚氨亚酯修补材料(JZ)以及新型修补材料(XC)修补后的抗Cl-渗透性均有所增强， 较原基体分别下降了11.9%和10.1%. 不同材料修补后抗硫酸盐侵蚀能力均有所降低， 其中HY修补后经硫酸盐侵蚀后的抗压强度是未侵蚀试件的95.7%， 降幅最小， JZ修补后经硫酸盐侵蚀后的抗折强度是未侵蚀试件的75.6%， 降幅最小.

混凝土； 管片裂缝； 抗盐蚀性； 丙烯酸酯共聚乳液； 环氧树脂； 聚氨亚酯； 修补材料

0 引 言

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

采用南京某水泥厂生产的52.5 MPa硅酸盐水泥， 其性能指标均满足《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)的要求； 粗集料为玄武岩碎石， 粒径5～20 mm； 细集料为河沙， 细度模数2.3； 粉煤灰等级为Ⅰ级； 选择最大减水率≥35%的超塑化剂， 拌合水为自来水.

表 1 新型修补材料(XC)性能

采用上海某化学公司生产的E-51环氧树脂(HY)； 丙烯酸酯共聚乳液(BR)产自江苏； 两组成分聚氨亚酯修补材料(JZ)为上海某贸易公司销售的进口产品； 新型修补材料(XC)为课题组研制， 其性能见表 1， 非活性稀释剂和固化剂来自常州某化工公司.

1.2 试验配比和试验方法

根据《地铁设计规范》(GB50157-2013)要求， 装配式钢筋混凝土管片混凝土强度等级最低为C50， 本试验采用C60强度等级混凝土， 其配合比和28 d抗压强度见表 2 所示， C60管片混凝土基体记为JT； 环氧树脂修补材料配合比为环氧树脂E-51、 固化剂、 稀释剂和流化剂的比例为100∶13∶10∶5， 其修复后试件记为HY； 丙烯酸共聚乳液修补材料采用聚灰比为0.65的改性水泥修补材料， 其修复后的试件记为BR； 聚氨酯修补材料按说明两组分1∶1的配比采用， 其修复后的试件记为JZ； 课题组研制的新型修补材料采用180 mPa·s 粘度， 固化剂掺量为1.5%作为实验配合比， 其修复后的试件记为XC.

表 2 混凝土配合比

管片裂缝采用图 1 模拟进行氯离子渗透实验， 采用NEL法进行氯离子渗透性试验， 将试件放入浓度为4 mo1/L的NaCl溶液中进行真空饱盐， 擦去试件表面水分并置于尺寸为Φ50 mm夹具的两个电极之间， 通过NEL型氯离子测试系统测定氯离子扩散系数.

图 1 混凝土裂缝模拟试件Fig.1 Repairing specimen of test

抗硫酸盐侵蚀试验参照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005和《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》(GB/T 749-2008)进行， 试件采用40 mm×40 mm×160 mm长方体， 先折断再对其采用不同的修补材料进行修补， 其中一组试件修补好放在浓度5% Na2SO4溶液中浸泡30 d， 另一组试件修补后不浸泡.

2 结果与讨论

2.1 抗氯盐侵蚀

修补材料修补盾构管片裂缝后也将一起受到地下土壤中盐分的侵蚀， 其中以氯盐和硫酸盐尤为突出， 为评价采用不同材料修补管片裂缝后抗氯盐侵蚀效果， 试验采用测量电通量和扩散系数来评估抗氯离子渗透的效果， 同时可衡量管片裂缝修补后的抗渗性， 图 2 和图 3 为氯离子渗透电压-电流关系及扩散系数示意图.

由图 2 可知， 采用BR和HY修补的试件导电性较原基体JT要大， 其余两种材料修补后的混凝土导电性较原基体都要小； 由图 3 可知， BR和HY扩散系数较基体JT均有所增加， BR较原基体JT增加了20.0%， HY增加了8.7%， 说明BR和HY修补后的抗氯离子渗透能力有所下降， BR下降最为明显. JZ修补后的氯离子扩散系数较原基体JT有显著下降， 其氯离子扩散系数较原基体下降11.9%； XC修补后扩散系数较原JT也有明显降低， 较原基体JT下降10.1%.

图 2 不同材料修补后Cl-渗透电压-电流关系Fig.2 Voltage-current relationship of Cl- after repaired by different materials

图 3 不同材料修补后Cl-扩散系数Fig.3 Cl- diffusion coefficient after repaired by different materials

管片裂缝修补后的抗氯离子渗透能力主要由裂缝界面氯离子扩散渗透的阻碍能力和修补界面对氯离子的固化能力所决定， 也就是修补材料与混凝土之间的粘结能力决定了抗氯离子渗透性， JZ修补材料为聚氨亚酯类， 其修补裂缝时渗入到裂缝内部形成内榫结构， 故其修补后的抗氯离子渗透性最好； XC修补材料为高分子聚合物， 能够较好地湿润修补界面， 其本身粘附性也很强， 明显提高了修补界面的粘结能力， 同时修补界面水分不多， 这对修补材料固化成膜是有利的， 将微裂缝及毛细孔堵塞， 联系孔壁(见图 4)， 故其修补后的抗氯离子渗透能力有所提高； BR修补材料掺加了无机材料， 相比有机材料， 固化物中的无机填充颗粒更容易被氯盐侵蚀， 故其修补管片裂缝后的抗氯离子渗透能力无提高[13-14].

图 4 新型修补材料(XC)修补混凝土裂缝的SEM图Fig.4 SEM micrograph of concrete crack repaired by new repair material (XC)

2.2 抗硫酸盐侵蚀

图 5 和图 6 是管片裂缝经不同材料修补后抗硫酸盐侵蚀抗压、 抗折强度变化示意图， 其中WJP表示管片混凝土经不同材料修补后未浸泡在硫酸盐溶液中的试件， YJP表示修补后放入硫酸盐溶液中浸泡30 d的试件.

图 5 不同材料修补后抗压强度Fig.5 Compressive strength after repaired by different materials

图 6 不同材料修补后抗折强度Fig.6 Flexural strength after repaired by different materials

由图5可知， 经不同材料修复后未经硫酸盐侵蚀试件XC抗压强度最大， HY次之， BR抗压强度最小； 通过不同材料修补并经硫酸盐溶液浸泡后HY抗压强度最大， XC次之， JZ最小； 同时可测得BR经硫酸盐溶液浸泡后， 试件抗压强度是未浸泡的85.1%， HY浸泡后抗压强度是未浸泡的95.7%， JZ浸泡后抗压强度是未浸泡的78.0%， XC浸泡后抗压强度是未浸泡的88.3%. 从抗硫酸盐抗压强度变化来看HY修补后的硫酸盐侵蚀抗压强度损失最小， HY对管片混凝土抗硫酸盐侵蚀抗压强度修补效果最好， JZ抗硫酸盐抗压强度损失最大.

由图6可知， 经不同材料修复后未经硫酸盐侵蚀试件中HY抗折强度最大， BR次之， JZ抗折强度最小； 不同材料修补经硫酸盐溶液浸泡后HY抗折强度最大， BR次之， JZ最小； 同时可知， BR经硫酸盐溶液浸泡后试件抗折强度是未浸泡的70.7%， HY浸泡后抗折强度是未浸泡的59.4%， JZ浸泡后抗折强度是未浸泡的75.6%， XC浸泡后抗折强度是未浸泡后的68.7%. 经硫酸盐侵蚀后JZ修复后的抗折强度损失最小， 而HY损失最大， BR和XC经硫酸盐侵蚀后抗折强度损失介于JZ和HY之间.

造成抗折抗压强度规律不一致的原因主要是修补试件的粘结强度对抗压强度影响较小， 对抗折强度影响较大， 修补材料本身抗硫酸盐侵蚀能力各不相同， 抗硫酸盐侵蚀能力强同时修补界面粘结好的修补材料， 能阻碍硫酸根离子的侵入， 否则大量硫酸根离子侵入修补界面， 降低修补材料与基体间粘结力， 导致修补后抗硫酸盐侵蚀能力明显退化.

3 结 论

丙烯酸酯共聚乳液BR和环氧树脂HY修补管片裂缝后， 抗Cl-渗透能力有所下降， 其中丙烯酸乳液修补后Cl-扩散系数较原基体增大了20%， 环氧树脂修补后增大了8.7%； 聚氨亚酯修补材料JZ以及新型修补材料XC修补后抗Cl-渗透性均有所增强， 其中聚氨亚酯修补后Cl-扩散系数较原基体下降了11.9%， 新型修补材料修补后Cl-扩散系数较原基体下降了10.1%.

不同修补材料修补管片裂缝后， 抗硫酸盐侵蚀抗压强度降幅由小到大依次为环氧树脂HY、 新型修补材料XC、 丙烯酸酯共聚乳液BR、 聚氨亚酯JZ， 其中环氧树脂修补后经硫酸盐侵蚀后抗压强度是未侵蚀试件的95.7%， 而聚氨亚酯则为78%； 抗硫酸盐侵蚀抗折强度降幅由小到大到依次为聚氨亚酯JZ、 丙烯酸酯共聚乳液BR、 新型修补材料XC、 环氧树脂HY， 其中聚氨亚酯修补后经硫酸盐侵蚀后的抗折强度是未侵蚀试件的75.6%， 而环氧树脂则为59.4%.

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Research on Salt Corrosion Resistance After Repairing the Concrete Crack by Different Materials

XU Shao-yun1,2， GAO Pei-wei1， XIAO Zhong-ping2, ZHANG Li-fang1, CHEN Wei-feng1

(1. Dept. of Civil Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China; 2. Institute of Architectural Engineering, Yangzhou Polytechnic Institute, Yangzhou 225127, China)

Research on salt corrosion resistance after segment's crack repairing is little. Based on simulating the shield crack of the segment, different materials are used to repair and the salt erosion resistance is obtained by testing the chloride ion diffusion coefficient and the compressive and flexural strength after eroded by sulfuric acid. The results show that resistance to chloride ion permeability of segment is reduced by using the acrylic copolymer emulsion (BR) and epoxy resin (HY), the Cl-diffusion coefficient of segment repaired by BR and HY is increased by 20% and 8.7% compared with that of the original matrix, but resistance to chloride ion permeability of segment is increased by using the polyurethane (JZ) or new repair material (XC), the Cl-diffusion coefficient of segment repaired by JZ and XC is reduced by 11.9% and 10.1% compared with that of the original matrix. The ability of anti-sulfuric acid etchin is decreased after repaired by different materials. The compressive strength of segment repaired by HY by sulfate attack is 95.7% of the non-erosive specimen, which has the lowest decrease rate. The flexural strength of segment repaired by JZ by sulfate attack is 75.6% of the non-erosive specimen, and the decrease is the smallest.

concrete; segment crack; salt corrosion resistance; acrylate copolymer emulsion; epoxy resin; poly ammonia ester; repair material

1673-3193(2016)06-0666-05

2016-03-04

中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(NS2015010)； 中国和江苏省博士后基金资助项目(1301057B， 2014M551588)； 江苏省住房和城乡建设厅科技项目(2013ZD12)

徐少云(1985-)， 男， 博士生， 主要从事土木工程材料结构与性能方面的研究.

高培伟(1963-)， 男， 教授， 博导， 主要从事土木工程材料结构与性能方面的研究.

TU528.7

A

10.3969/j.issn.1673-3193.2016.06.019