固化速度及界面环境对环氧界面剂性能的影响
2018-08-14王文军
林 浩，王文军
（1.山西省交通科学研究院，新型道路材料国家地方联合工程实验室，山西 太原 030006；2.大连凯华新技术工程有限公司，辽宁 大连 116000）
混凝土结构的使用已经有一百多年的历史，随着各种构筑物的老化、使用不当等原因不断产生，其安全性和耐久性问题日益突出。对老混凝土的维修加固，需要在老混凝土表面浇筑新的修补材料[1，2]。水泥砂浆在建筑结构加固补强方面的应用十分广泛，具有经济耐久、压缩强度较高以及适应性较好等优点[3]。 研究表明[4～7]，新老混凝土粘接界面与整体混凝土结构相比，其粘接面粘接强度较差，由于新老混凝土之间是弱界面，这意味着新老混凝土粘接面的粘接强度直接影响到混凝土结构整体性能，是混凝土结构加固修补是否成功的关键。许多学者对提高新老混凝土界面粘接性能进行了研究，Pu-Woei Chen等[8]在修补材料中掺入碳纤维丝材料，以减小修补材料的自身收缩，水中和等[9]研究了抗裂防水界面剂对新老混凝土界面性能的改善作用。
影响粘接强度的主要因素是界面结合强度和混凝土的内聚强度，新老混凝土界面的破坏形式分为粘接面的界面破坏、混凝土内聚破坏、界面剂内聚破坏和混合破坏4种形式[10]。本研究考查了3种不同固化速度的环氧界面剂、未加界面剂及老混凝土有无明水等情况对新老混凝土粘接界面抗折性能的影响规律，综合对比分析了各种不同情况的界面粘接效果及界面破坏形式，为工程加固施工提供理论指导。
1 实验部分
1.1 主要原料
环氧树脂（EP，E-51），工业级，蓝星化工新材料股份有限公司；快速固化剂（7120）、中速固化剂（8120）、慢速固化剂（8220），北京金岛奇士材料科技有限公司；32.5#普通硅酸盐水泥、河沙，市售。
1.2 仪器与设备
FS-0.4型分散机，秦皇岛亿利化工有限公司；CMT4304型万能试验机，美特斯（中国）有限公司；砂浆搅拌机，河北虹宇仪器设备有限公司。
1.3 试件制备
将E-51与3种固化剂按质量比2∶1的比例混合，搅拌均匀待用。
1.4 性能测试
按照GB 50728—2011《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》标准中附录S的方法，脱模后立即用万能试验机测试[将同批次制备且养护后的12块（尺寸为40 mm×40 mm×160 mm）水泥砂浆试件折断，将折断后的24块试件分成A、A1、B、B1、C、C1、D和D1等8组，每组各3块，A、B、C和D组置于干燥环境中，A1、B1、C1和D1组放入水下浸泡一昼夜。然后对A/A1、B/B1、C/C1和D/D1表面分别做空白处理、涂覆快速固化、中速固化和慢速固化EP界面剂，并立即置于模具中浇筑另一半水泥混凝土，在湿度为95%，温度为23℃的养护箱内养护28 d]。
2 结果与讨论
抗弯试件性能测试结果如图1所示，典型界面破坏形式如图2所示。
图1 界面剂处理后的新老混凝土抗弯试件抗弯测试强度Fig.1 Fracture strength of new and old concrete bonding specimen for fracture after treating with interface agent
图2 抗弯试件典型破坏断面Fig.2 Typical fracture surface morphology of specimen for fracture
对比分析A、B、C和D试样可知：老混凝土界面无水时，界面剂明显改善了新老混凝土的粘接性能，且随着EP界面剂固化速度减慢，新老混凝土粘接性能增强，A、B界面破坏形式分别为粘接面破坏和界面混合破坏，C和D破坏形式为混凝土内聚破坏。
对比分析A1、B1、C1和D1试样可知：在老混凝土界面有水的情况下，EP界面剂对新老砂浆界面粘接增强作用较小，新老混凝土粘接强度随EP界面剂固化速度减慢呈增加的趋势，A1为界面破坏，B1为EP界面剂的内聚破坏，C1、D1为界面混合破坏。
A、A1对比可知：当老混凝土界面未经EP界面剂处理时，在直接浇筑新混凝土情况下，老混凝土界面是否有水并不影响新老混凝土的抗弯强度。
B和B1、C和C1及D和D1比较可知：老混凝土表面无水时，新老混凝土的抗弯强度较大，说明EP界面剂在有水的界面强度损失较大；另外，B1抗弯强度低于A1，说明B1所用EP界面剂降低了新老混凝土界面的粘接强度，该EP界面剂不适合在有水的界面使用。
3 结语
（1）老混凝土界面无水时，EP界面剂的作用明显，且随着EP界面剂固化速度减慢，界面剂的粘接强度增加。
（2）老混凝土表面有水时，EP界面剂的作用效果较差，固化速度较快的界面剂形成了新的弱界面，因此，EP界面剂不适用于有水的环境。
（3）不用EP界面剂时，老混凝土表面有无明水基本不会影响其界面粘接作用。
（4）新老混凝土界面粘接强度与其界面破坏形式有紧密关系，EP界面剂内聚破坏时，界面粘接强度相对最小，可能的原因是环境条件等因素引起EP界面剂固化不充分，形成了新的弱界面；界面剂与混凝土界面破坏时，界面粘接强度较小，原因是界面剂与混凝土的粘接强度较小；界面剂与混凝土混合破坏时，界面粘接性能较大，界面剂的粘接强度与混凝土的内聚强度接近；混凝土内聚破坏时，新老混凝土的粘接强度相对最大，界面剂与混凝土的粘接强度及界面剂的内聚强度大于混凝土的内聚强度，此种EP界面剂是最理想的新老混凝土界面剂。本试验中混凝土界面潮湿环境和干燥环境使用的界面剂中，最理想的的固化剂均是8220型慢速固化剂。
