短龄期新老混凝土粘结强度等效系数

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(郑州大学 水利与环境学院，郑州 450001)

短龄期新老混凝土粘结强度等效系数

胡良明，马朝猛，徐晨光

(郑州大学 水利与环境学院，郑州 450001)

试验采用3种粘结剂对3种混凝土进行粘结，以劈拉强度作为评价指标，将这3种粘结剂对混凝土的粘结效果进行对比，旨在找出3种混凝土中最适宜使用粘结剂的混凝土。另外首次提出了新老混凝土粘结强度新的评价指标——粘结强度等效系数β(某种混凝土粘结劈拉强度与同种混凝土基准试件劈拉强度的比值)，并以β值作为指标对这3种混凝土进行对比。通过对粘结强度等效系数的对比可得：3种界面粘结剂用于普通硅酸盐水泥配制的混凝土的粘结效果均优于其它2种水泥配制的混凝土的粘结效果，普通硅酸盐水泥配制的混凝土在新老混凝土粘结试验中对界面粘结剂的适用性最强，其28 d的粘结强度最大值可以达到混凝土基准试件劈拉强度的0.86，粘结效果最佳。

新老混凝土粘结；短龄期；粘结剂；粘结强度；等效系数

1 研究背景

无论是因为混凝土的老化病害不得不重新对老混凝土进行修补，还是在施工期间因为某些偶然的因素不得不在老混凝土的基础之上再浇筑新的混凝土，新老混凝土的粘结面均是混凝土的薄弱区域。以上2个问题可以归结为一个问题，即新老混凝土的粘结问题。目前，对于28 d以后新老混凝土的粘结的研究有很多[1-3]，但是对于28 d以前的新老混凝土粘结研究还很少。目前有马朝运等[4-9]、宋玉普等[10]对老混凝土龄期从0.5T(T为混凝土初凝时间)至24 h 施工冷缝的劈拉强度规律及老混凝土龄期为3 d的施工缝的劈拉强度进行了研究;而史长城等[11]对混凝土从初凝到终凝进行了研究。施工期间新老混凝土的粘结是一个工程性的问题，将会直接影响到工程的质量，因此本次研究具有重要的工程意义。为了考察不同粘结剂对短龄期新老混凝土粘结强度的影响，本文首次提出了粘结强度等效系数β，并用β值对7 d和28 d新老混凝土的粘结效果做了定量分析，在此基础上作了粘结剂对混凝土适用性的比较分析。

2 材料的选择

本试验选用的3种水泥分别为河南省新乡市孟电集团生产的P·O42.5型普通硅酸盐水泥、32.5型矿渣水泥和P·C32.5型复合硅酸盐水泥，细骨料采用普通河砂，其表观密度为2 532 kg/m3，细度模数2.87，最大粒径5 mm，级配合格。以《水工混凝土试验规程》(SL352—2006)[12]作为参考，对1 000 g试样采用四分法进行过筛。粗骨料采用普通碎石，粒径为5～20 mm的连续级配，表观密度为2 703 kg/m3，堆积密度为1 514 kg/m3。本试验采用强度等级为C30的混凝土，鉴于3种水泥种类不同，配合比也不同，为保证试块强度，以《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ 55—2011)》[13]作为参考。

目前工程中常用的界面粘结剂主要有水泥净浆、水泥砂浆、水泥膨浆等水泥浆类界面粘结剂以及环氧类界面粘结剂、聚合物类界面粘结剂等[14-15]。本次试验所用的界面粘结剂除了水泥净浆、还有水泥净浆加粉煤灰、水泥净浆加TG-1固结剂[16]。

3 新老混凝土粘结试验

3.1 试件制作

将聚乙烯板切割成150 mm×170 mm大小，用作试模挡板，然后准备边长为75 mm的木块作为固定挡板；待混凝土拌合完成后，装入装有挡板的试模中，在振动台振捣30 s，抹面静置；混凝土达到初凝时间时，将挡块和挡板拆掉，用腻子刀将接触挡板的混凝土面刮掉，然后涂抹界面粘结剂；浇筑另一半混凝土，抹面后在老混凝土面上贴纸做记号。

3.2 试验方法

本试验采用劈拉的方法来测量界面粘结剂的粘结效果，仪器采用混凝土万能试验机。首先在试块粘结面处用记号笔标出粘结面位置，然后通过垫条对试块施加线性荷载P，在试块粘结面记号处的垂直界面上(小部分除外)产生均匀的拉应力。当拉应力超过粘结面抗拉强度时，试块被劈裂。根据弹性力学的方法计算其劈拉强度为

fst=(2P)/(πd2)或fst=(2P)/(πA) 。

(1)

式中：fst为劈拉强度(MPa)；P为破坏荷载(N)；d为试块边长(mm)；A为试件劈裂面积(mm2)。

3.3 试验结果分析

由于3种混凝土的拌合物的水泥种类不同，各种粘结试件的劈拉强度也不同；为便于对不同种类混凝土的界面粘结剂的粘结效果做比较，本次试验首次引入粘结强度等效系数β。β为某种粘结试件的劈拉强度与同种混凝土基准试件劈拉强度的比值。根据选择的材料，按照3.2节的试验方法进行试验，不同界面粘结剂粘结强度等效系数如表1所示。

表1 新老混凝土粘结试件7 d和28 d粘结强度等效系数βTable 1 Equivalent coefficient β of bonding strength ofnew and old concrete at the 7th and the 28th days

注：W/C=0.30表示水灰比为0.30的水泥净浆，其他类同 由表1可知，7 d龄期时，当这3种粘结剂用于普通硅酸盐水泥所配制的混凝土时，β值随着水泥净浆粘结剂的增加而呈现一种递减的趋势；β值随着水泥净浆+粉煤灰的增加变化不大，β值随着水泥净浆+TG-1固结剂的增大而呈现一种递增的趋势，当TG-1固结剂的掺量为40%时，试件的劈拉强度可达到基准试件劈拉强度的0.83;当这3种粘结剂用于矿渣水泥所配制的混凝土时，β值随着水泥净浆粘结剂的增加而呈现一种递减的趋势，当水灰比为0.3的水泥净浆用于矿渣水泥所配制的混凝土时粘结效果最好，能够达到基准试件劈拉强度的0.80；β值随着水泥净浆+粉煤灰粘结剂粉煤灰的浓度的变化粘结效果变化不大。表1还显示出:当3种粘结剂分别用于复合型水泥所配制的混凝土时，β值变化并不明显，粘结效果变化也不明显；表1中显示出β值随着水泥净浆+TG-1固结剂中TG-1的增大呈现递增的趋势。

由表1可知，28 d龄期时，当这3种粘结剂用于普通硅酸盐所配制的混凝土时，β值随着水泥净浆粘结剂的增加而呈现一种递减的趋势；尤其当水灰比为0.3的水泥净浆用于普通硅酸盐水泥所配制的混凝土时，试件的劈拉强度可以达到基准试件劈拉强度的0.83；β值随着水泥净浆+粉煤灰粘结剂中粉煤灰的增加变化规律并不明显，而仅在粉煤灰的掺量为10%和30%时，试件劈拉强度可达到基准试件劈拉强度的0.78和0.79；β值随着水泥净浆+TG-1固结剂中TG-1掺量的增加有明显的递增趋势，尤其当TG-1固结剂的掺量为50%时，普通硅酸盐水泥配制的混凝土的试件的劈拉强度可以达到基准试件劈拉强度的0.86。由表1可还显示出:当这3种粘结剂用于矿渣水泥所配制的混凝土时，没有明显的规律性，且粘结效果不是很好，仅当水灰比为0.3的水泥净浆和水泥净浆+50%固结剂时，试件劈拉强度可达到基准试件劈拉强度的0.7以上；当这3种粘结剂用于复合硅酸盐所配制的混凝土时，没有明显的规律性，且粘结效果也不是很好，仅当水泥净浆+50%固结剂时，试件劈拉强度可达到基准试件劈拉强度的0.71。

综上所述，水泥净浆界面粘结剂适用于普通硅酸盐水泥所配制的混凝土和矿渣水泥所配制的混凝土的新老粘结，尤其当用于普通硅酸盐混凝土新老粘结时效果较好，而用于复合型水泥所配制的混凝土时效果不佳；掺粉煤灰的水泥净浆用于普通硅酸盐水泥所配制的混凝土时，粘结效果优于该界面粘结剂用于矿渣水泥所配制的混凝土和复合型水泥所配制的混凝土；掺TG-1固结剂的水泥净浆界面粘结剂用于3种混凝土时粘结效果都较好，尤其是用于普通硅酸盐所配制的混凝土粘结效果是好的，其β的最大值达到0.86。

4 结 论

(1) 7 d和28 d龄期的试验结果表明:水泥净浆界面粘结剂的粘结效果随着其水灰比增加而β值逐渐变小，粘结效果变差；水泥净浆界面粘结剂比较适用于普通硅酸盐混凝土，当水灰比为0.3的水泥净浆做其界面粘结剂时，其劈拉强度比不加界面粘结剂时至少提高了12个百分点；水泥净浆用作复合型水泥混凝土的界面粘结剂时，效果不佳，与不使用界面粘结剂差别不大。

(2) 28 d龄期的试验结果表明:当掺粉煤灰的水泥净浆用作界面粘结剂时，效果最好的是用于普通硅酸盐混凝土，粉煤灰掺量为30%时，其劈拉强度达到基准试件劈拉强度的0.79，比不加界面粘结剂的试件的劈拉强度高了16个百分点；掺粉煤灰的水泥净浆用作矿渣水泥混凝土和复合型水泥混凝土的界面粘结剂效果均不佳。

(3) 7 d和28 d龄期的试验结果表明，当掺TG-1固结剂的水泥净浆用作普通硅酸盐所配制的混凝土的界面粘结剂时，随着TG-1固结剂掺量的增加β值逐渐变大，粘结效果逐渐变强，尤其当水泥净浆+40%TG-1固结剂时，试件的劈拉强度均达到基准试件劈拉强度的0.8以上，比不加界面粘结剂的粘结效果至少高20个百分点。

(4) 3种界面粘结剂用于普通硅酸盐混凝土的粘结效果均优于其它3种混凝土的粘结效果， 由此可见， 普通硅酸盐混凝土在新老混凝土粘结试验中对界面粘结剂的适用性是最强的， 其28 d龄期的粘结强度最大值可以达到混凝土基准试件强度的0.86， 粘结效果最好。

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[16]丁俊杰.固结剂对水泥稳定强度的影响[D].大连:大连理工大学，2014.

(编辑：姜小兰)

Equivalent Coefficient of Short Age Strength of BondingBetween New and Old Concrete

HU Liang-ming, MA Chao-meng, XU Chen-guang
(School of Water Conservancy and Environment, Zhengzhou University, Henan 450001, China)

In the purpose of selecting a concrete most suitable for bonding, three kinds of concrete (ordinary Portland cement, slag cement, and composite Portland cement) were bonded by three binders respectively, and the bonding effect were compared with split tensile strength as the evaluation indicator. Furthermore, the equivalent coefficientβof bonding strength, which is an index of evaluation the strength of bonding between new and old concrete, is proposed for the first time. It is the ratio of splitting tensile strength of a bonded concrete to splitting tensile strength of standard specimen of the concrete. Comparison ofβamong the three concretes revealed that the bonding effect of three binders on ordinary Portland cement is better than that of the other two, with the 28 d bonding strength reaching 86% of the tensile strength of standard specimen, which suggest that ordinary Portland cement is the most suitable for bonding among the three concretes.

bonding between new and old concrete; short age; binder; bonding strength; equivalent coefficient

2016-10-26；

：2016-12-19

胡良明(1963-)，男，河南光山人，教授，博士，主要从事水工结构抗震分析与优化设计等方面的研究，(电话)13838065253(电子信箱)liangmingh@zzu.edu.cn。

10.11988/ckyyb.20161115

2017,34(9):142-144

TU528.01

：A

：1001-5485(2017)09-0142-03