环氧界面剂对新老混凝土黏结性能影响的试验研究

郑英国

(沧州水利勘测规划设计院有限公司，河北 沧州 061000)

在水利工程建设中，经常会遇到新老混凝土界面的黏结问题。受到多种因素的影响，黏结面往往可以视为一层薄弱面，以至于在施工完毕之后并不能将其视为一个整体，在受力后容易造成黏结面部位的结构性破坏，进而诱发诸多安全隐患[1]。所以，在传统的混凝土修补加固工程中，往往是采取凿毛等增加接触面积的方法提高接触面的强度[2]。近年来，海内外研究学者将新老混凝土黏结面的影响因素作为重要的研究对象，从微观和宏观等不同层面进行了广泛而深入的研究，并取得了一系列有实用价值的研究成果[3]。其中，最具应用价值和效果的当属界面黏结剂(简称“界面剂”)。当前，在水利工程中应用比较广泛的界面剂主要有三大类型，分别是无机界面剂、有机界面剂和复合界面剂[4]。其中有机界面剂和复合界面剂具有黏结性好的优势，但是成本高且会释放出较多的有害物质。无机界面剂的成本较低，但是弹模和变形较大，容易在使用过程中引起应力集中。基于此，本文研究提出了一种在环氧树脂基础上添加固化剂、稀释剂和水泥的新型界面剂，并对其黏结性能进行了室内试验研究。

1 试验设计

1.1 试验目的

本文研究主要选择新老黏结混凝土试块的劈拉和斜剪强度指标，对新型环氧界面剂的黏结强度进行对比研究，获得不同工况下的黏结效果。

1.2 试验影响因素

对于老混凝土，本次试验选择了1d、3d、7d、14d和28d龄期，新混凝土的龄期选择为28d；试验中的老混凝土选择C20、C25、C35和C40四种不同的强度等级。按照《水工混凝土配合比设计规程》(DL/T 5330—2005)[5]中的相关要求，新混凝土的强度要比原混凝土的强度提高一级；本次试验中的界面剂情况为无界面剂(用W1表示)，传统水泥净浆界面剂(用S1表示)，以及本文提出的新型环氧界面剂。为了试验新型界面剂不同配比的影响，研究中结合相关研究成果，提出了如表1所示的4种不同配比方式，通过试验进行优选。为了保证抗渗性，在涂抹界面剂之后需要再涂抹一层水灰比为0.4的水泥净浆[6]。试验中水泥净浆界面剂采用P·O42.5普通硅酸盐水泥制成，水灰比仍选择0.4；试验中的浇筑方式为水平浇筑。

表1 新型环氧界面剂配比设计表

1.3 试验标准和试件制作

按照新老混凝土的不同龄期进行试件的制作，试件的尺寸为150mm×150mm×150mm。在试件的制作过程中，首先按照各个试验方案的配合比进行取料，避免由于取料不均匀影响试验的结果数据。一般来说，水泥、水和骨料的误差应该掌握在0.3%以内。此外，在试验过程中需要按照所需材料总量的1.5倍进行取料，防止拌和过程中的不均匀。在混凝土拌和过程中，应该保持场所温度在15～25℃之间，同时拌和尽量在室内进行，以防止外界环境对混凝土的影响[7]。在试件制作时，首先在模具内壁涂刷一层脱模剂，然后倒入拌制好的混凝土，然后进行捣振，完毕后抹平表面，待混凝土初凝之后放入养护室在标准条件下进行养护，并在28h后拆模，然后继续养护至试验设定的龄期。取出达到设定龄期的试件，对黏结面进行凿毛处理，然后涂刷厚度为3mm左右的界面剂，并在界面上方浇筑新混凝土，然后按照上文要求进行养护。

测定混凝土的力学性能必须按照相关的规范和标准进行，同时需要按照相关的规定严格操作，确保试验结果的准确性和可靠性[8]。对本次试验而言，其所有的试验步骤均按照《水工混凝土配合比设计规程》(DL/T 5330—2005)的相关要求进行，其中的劈拉试验和斜剪试验均采用WAW-3000C万能伺服试验机。该机支持微机控制技术，具有较高的自动化水平，可以直接对试样进行劈拉试验。

2 试验结果与分析

2.1 界面剂配比优选结果与分析

研究中保持其他因素不变(老混凝土的龄期为28d，强度等级为C40)，对不同界面剂配比下的试件的劈裂抗拉强度进行试验，结果如表2所列。由试验结果可知，无界面剂的试件劈裂抗拉强度值最低，仅为标准试件的27.15%；传统的水泥净浆试件次之，相对强度系数为39.31%；新型环氧界面剂的效果最好，文中设计的四种不同配比的新型环氧界面剂试件的相对强度系数均值为56.10%；相比传统的水泥净浆界面剂提升近17个百分点，这说明本文提出的新型环氧界面剂具有良好的新老混凝土黏结效果，可以在相关工程采用。另一方面，从不同配比的新型环氧界面剂试件的试验结果来看，虽然存在一定的差异性，但是差异并不明显，说明其配比对界面的黏结效果影响不大。因此，从工程成本考虑，在实际工程中推荐选择J4配比。

表2 不同界面剂配合比试验结果

2.2 老混凝土龄期影响的试验结果与分析

研究中保持老混凝土的强度等级为C40，J4界面剂不变，对1d、3d、7d、14d、28d等五个龄期老混凝土试件进行试验。根据试验数据，绘制出如图1所示的劈拉强度值和龄期之间的变化规律曲线。由图1可知， 在界面剂配比和混凝土强度不变的情况下，试件的劈裂抗拉强度值和老混凝土龄期之间存在显著的负相关关系，也就是老混凝土的龄期越长，试件的劈裂抗拉强度值越低。同时，随着龄期的逐渐增加，劈裂抗拉值的变化幅度越来越小并逐渐趋于稳定。在水利工程施工实践中，新老混凝土的黏结面往往是大体积混凝土结构的薄弱点，无论是施工缝还是分层浇筑，都会造成新老混凝土结构面的黏结问题。其主要区别在于老混凝土的龄期不同，长的可能会达到几个月，而除险加固工程中甚至能长达数年甚至数十年。从本次实验的结果可知，老混凝土的龄期越长，界面剂的黏结效果越差，强度越低。因此，在混凝土施工浇筑工期的设置过程中，尽量考虑到混凝土龄期对浇筑效果的影响，提高大坝混凝土的安全性和稳定性。

图1 劈拉强度值随老混凝土龄期的变化曲线

2.3 老混凝土强度等级的影响

研究中保持老混凝土龄期28d，界面剂配比为J4不变，对C20、C25、C35和C40四种不同的混凝土强度等级下的试件抗拉劈裂强度进行试验。为了考虑混凝土本身强度差异对试验结果的影响，将没有黏结面的标准混凝土试块的试验结果作为对照。根据最终的试验数据，绘制出如图2所示的试验结果。由试验结果可知，在其他条件相同时，试件的劈裂抗拉强度会随着混凝土等级的提高而增大，与同等级标准试块之间具有相似的变化特征，由此可见，老混凝土的强度等级对劈裂抗拉强度影响并不显著。当然，混凝土的强度越高，最终的试验效果越好，因此在工程设计中应该尽量使用强度较高的混凝土。

图2 老混凝土强度等级影响的试验结果

3 结 论

新老混凝土的接触面的有效黏结是水工建筑设计施工领域的重要课题，同时也是影响水工建筑物安全稳定的重要因素。本研究提出了一种新型环氧界面剂，并通过室内试验的方法研究了其有效性以及对新老混凝土黏结性能的影响，得出主要结论如下：

a.采用新型环氧界面剂时，新老混凝土黏结强度有大幅提高，具有良好的黏结效果，可以在相关工程中采用。

b.新型环氧界面剂的配比对新老混凝土的黏结效果影响极为有限，在工程设计中可以选择成本较低的配比。

c.老混凝土的龄期越长，新型环氧界面剂的黏结效果越差，在混凝土施工浇筑工期的设置过程中，需要考虑到混凝土龄期对浇筑效果的影响。

d.混凝土的强度越高，新型环氧界面剂的黏结效果越好，因此在工程设计中应该尽量使用强度较高的混凝土。