再生混凝土新旧界面剪切特性研究

李淑芬 贺晓东

（西京学院 土木工程学院，陕西 西安710123）

混凝土结构在建筑、水利、公路桥梁等领域广泛应用，随着社会经济的快速发展，土地资源紧张，加之危楼旧楼的拆除，产生大量建筑垃圾。近年来，人们逐渐重视建筑垃圾的重复利用，并开展了相关研究。此外，老旧建筑物的加固研究也是目前研究的热点问题之一，老旧建筑物的加固涉及了新旧混凝界面的强度问题[1-2]。关于再生混凝土力学性质与耐久性研究成果较多[3-5]，但有关再生混凝土-混凝土界面强度的相关研究还不完善。本文以再生混凝土在结构加固工程中的应用为背景，研究再生混凝土新旧界面的强度特性，为今后的工程应用提供参考依据。

1 材料基本力学性能

1.1 钢筋。本次研究采用HRB400 的钢筋作为混凝土植筋，在试验开始前测定钢筋的力学性能，具体参数见表1。结果表明本次试验所用的HRB400 钢筋满足要求。

表1 钢筋力学性能

1.2 再生骨料。本次研究所选用的再生粗骨料基体主要来源于陕西西安农村建筑拆除后的废弃混凝土。依据《混凝土用再生粗骨料》GBT25177-2010[6]测试了再生粗骨料的吸水率、坚实度指数、压碎指数和表观密度，并制备了I 类再生粗骨料。骨料基本物理性能如表2 所示。

表2 I 类粗骨料的基本物理性能

1.3 钻孔旧混凝土强度。本次试验需要在C30 旧混凝土之上钻孔植筋，考虑到钻孔之后，植筋孔会不会对混凝土本身的强度造成影响，因此对钻孔之后的混凝土抗压强度进行测试。测试结果如表3 所示。测试结果表面，钻孔后的混凝土抗压强度大于设计强度，说明本次植筋钻孔对混凝土的影响较小，满足试验要求。

2 试验破坏模式分析

本次研究主要对未植筋试件（试件A）、植筋试件（试件B）和植筋涂抹界面剂试件（试件C）三类接触面进行剪切试验，每三块试件为一组进行试验。

表3 C30 混凝土强度

2.1 界面刻槽未植筋试验。试件A 的破坏形式为脆性断裂，且断裂面集中出现在刻槽处，表明再生混凝土新旧接触面为混凝土整体受力的一个薄弱环节。当试件破坏时，新旧混凝土完全分离。从分离的界面处（图1）可以观察到，切槽对试件破坏位置影响并不大，与无切槽的试件相比同样发生在结合面处，在界面处可以发现槽内混凝土的断裂横截面。另外，从试验过程曲线可以看出，切槽试件的破坏荷载明显高于不切槽试件的破坏荷载，表明切槽对试件的抗剪强度提高显著，但是结合面的破坏形式仍是脆性破坏。

图1 试件A 破坏形式

2.2 界面刻槽植筋试验。试件B 在加载初期，剪力迅速增长且呈线性发展。随着剪力的逐渐增大，开始出现初始竖向裂缝，在极短的时间内竖向裂缝发展到整个界面，此时剪力增加逐渐放缓，且曲线不在以线性发展。当达到界面破坏值后，接触面发生破坏，但剪切力仍继续增大，出现了又一个屈服点后，曲线才开始略微下降，逐步走向反方向。直到试验停止，还有剪力存在并未像试件A一样发生脆性破坏，加载到最后阶段界面的承载基本由钢筋来承担，表面植筋试件的延性较好。与未植筋试件A 的荷载-位移曲线相比可知，植筋试件的极限破坏荷载明显略高于不植筋试件，但是其破坏数值差距很小，且试件B 的抗剪延性显著提高，不会发生脆性破坏，混凝土的整体性能较好。破坏界面如图2 所示。

2.3 界面刻槽-涂抹隔离剂植筋实验。试件C 与试件B 加载过程发生的界面裂缝和曲线变化基本相似。但是在前期试件C 和试件B 相比较可以观测到试件C 的线性发展较长，且极限破坏值也比试件B 高出许多。表明涂抹粘结剂，可以有效的提高新旧混凝土界面的粘结性能。

试件C 与试件B、试件A 中均可以发现再生骨科的断裂情况，表明再生骨料的强度还是略微有一些偏低。但是，从破坏后的混凝土形式可以观察到，试件C 在加载之后再生混凝土端的试件比试件B 的整体性要差，出现了很多裂缝，甚至破坏程度较高。表明了界面剂起到了一定的粘结作用，甚至逼近了再生混凝土的抗压强度，导致界面还没破坏，再生混凝土试件已经开始出现了破坏。但与试件A、试件B 比较其极限破坏荷载最大，表明其抗剪强度最高。

3 试验结果分析

3.1 不同界面处理方式对抗剪强度的影响

3.1.1 切槽-凿毛处理结果分析。研究对比了人工凿毛、高压水射与切槽三种不同的界面处理方式下试件的抗剪强度，结果表明开槽法试验得到的新旧混凝土界面的抗剪强度明显高于人工凿毛和高压水射法，因此本次研究采用开槽法处理接触面，具体试验结果如表4 所示。

表4 界面处理方式参数

3.1.2 切槽涂抹-未涂抹界面剂处理结果分析。选用直径为12mm 钢筋制作植筋新旧混凝土试件，进而开展再生混凝土新旧界面之间涂抹界面剂和不涂抹界面剂的抗剪强度试验研究，界面剂选用沈阳航星牌界面剂。由表5 可知，有界面剂的新旧混凝土界面的抗剪强度比无界面剂提高了大约5kN，表明涂沫界面剂可以提高新旧混凝土界面的抗剪强度。

表5 取代率为30%时有无界面剂参数

3.2 相同取代率下不同植筋率对抗剪强度的影响。图3 为再生粗骨料取代率为50%时，不同植筋率条件下界面抗剪强度曲线。由图可知，当植筋率增加时，新旧混凝土界面的抗剪强度也会提高。但是当植筋直径高于12mm 后，抗剪强度会有所降低。甚至低强度混凝土试件本身发生破坏，钢筋从内部钻出。分析原因，可能是由于植筋直径为14mm 时，对旧混凝土试件钻孔之后，孔径过大导致低强度混凝土内部结构发生破环，试件本身强度不够引起了试件的破损和抗剪强度的降低。

3.3 相同植筋率下不同取代率对抗剪强度代率的增加，初始开裂的时间逐渐提前，且抗剪强度明显也在降低，甚至有些试件破坏发生在再生混凝土试件内部。

图3 50%取代率时不同植筋率的抗剪强度曲线

图4 Φ12 不同取代率的抗剪强度对比图

4 结论

通过开展不同界面处理方式、不同植筋率、不同粗骨料取代率条件下的新旧混凝土界面抗剪强度试验研究，得出了以下结论：

4.1 未植筋试件的剪切破坏为脆性破坏，植筋、植筋+界面剂条件下表现出更好的延性，且界面强度有所提高。

4.2 相同粗骨料取代率条件下，随植筋率增加，界面强度增大，但超过12mm 时，界面强度有所降低，说明过大的植筋率会破坏混凝土自身强度。

4.3 相同植筋率条件下，随粗骨料取代率的增加，界面强度降低明显。