淺議新老混凝土結(jié)合面的處理

1、淺議新老混凝土結(jié)合面的處理 摘要：本文對新老混凝土粘結(jié)面發(fā)生斷裂特性的相關(guān)因素作了簡要分析，分析提出新老混凝土表面處理方法及粘結(jié)材料的特性和作用。 關(guān)鍵詞：新老混凝土；處理方法；粘結(jié)分析。 中圖分類號：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 近年來，新老混凝土粘結(jié)性研究受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。在我們所建的各類水利工程中，凡涵閘站壩橋路，無論是新建、拆建、維修、加固，在已硬化的混凝土上或已鑿除劣化、酥松部分露出堅(jiān)實(shí)的混凝土基層上澆筑新混凝土?xí)r，經(jīng)常遇到新老混凝土或砂漿的粘結(jié)問題。常見的，涵閘站的墩墻、橋梁基樁鑿樁頭接墩柱、閘站橋的上部結(jié)構(gòu)以及水泥砼路面斷裂的修補(bǔ)等建筑物工程設(shè)施，都涉及到新老混凝土能否結(jié)合為一

2、個整體以共同發(fā)生作用的問題。在實(shí)際施工過程中新老混凝土粘結(jié)面已成為建筑物結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，結(jié)合面微裂縫的發(fā)生、發(fā)展及失穩(wěn)已成為結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的控制參數(shù)。 一、新老混凝土粘結(jié)性能因素分析 根據(jù)混凝土粘結(jié)的不同因素，采取帶切口的三點(diǎn)彎曲梁試件進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)主要考慮了混凝土材料等級、試件強(qiáng)度、試件尺寸以及界面劑、粘結(jié)面粗糙度、粗骨料粒徑和粘結(jié)齡期等因素對新老混凝土粘結(jié)性能的影響。從試件破壞面可看出，發(fā)生的新老混凝土粘結(jié)試件斷裂破壞均處在新老混凝土粘結(jié)面上，破壞面痕跡線與老混凝土界面粗糙度跡線一致。通過對試件斷裂破壞特征分析后認(rèn)為，新老混凝土的粘結(jié)破壞現(xiàn)象實(shí)質(zhì)上是新老混凝土粘結(jié)界面的微裂縫在各種因素

3、的作用下不穩(wěn)定擴(kuò)展而引起的。對影響粘結(jié)面斷裂的各種因素均進(jìn)行了34次重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果可看出，對新老混凝土粘結(jié)斷裂韌度影響的最顯著的因素為：粘結(jié)面粗糙度和界面處理劑。 通過大量的工程實(shí)踐和不同情況下的理論分析結(jié)果表明，影響新老混凝土粘結(jié)的因素很多，歸納起來有：被加固混凝土界面的處理方法（如對舊混凝土鑿除方式、鑿除深度、粘結(jié)界面微裂縫情況及粗糙程度）、加固用的新混凝土的收縮、水泥品種、水泥用量、水灰比、砂石粒徑、骨料級配及含泥量、針片狀含量、齡期、預(yù)先濕潤、混凝土施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)方法及氣候狀況（如濕度、溫度情況）等等，各項(xiàng)因素之間互相影響，從而使問題變得錯綜復(fù)雜。 現(xiàn)場試驗(yàn)表明，界面的結(jié)構(gòu)與界面混凝土

4、的力學(xué)性能有密切的關(guān)系，現(xiàn)在比較一致的看法是硬化水泥漿與骨料之間存在過渡區(qū)；界面過渡區(qū)組成的界面區(qū)中主要存在有水化硅酸鈣、鈣礬石和未水化的熟料顆粒及孔洞、裂縫。界面過渡區(qū)中晶體比水泥漿本體中的晶體粗大且具有更大、更多的孔隙。這些特點(diǎn)決定了界面過渡區(qū)強(qiáng)度低，容易引發(fā)裂縫，并且裂縫易于傳播，從而使界面過渡區(qū)成為最薄弱的環(huán)節(jié)。 總之，界面處理情況、新混凝土的特性、界面劑的使用等是影響新老混凝土粘結(jié)的最主要因素。 二、新老混凝土結(jié)合面處理方法 表面處理是指清除掉老混凝土結(jié)合面上所有損壞的、松動的和附著的骨料、砂漿及雜質(zhì)雜物，并使堅(jiān)固的部分骨料露出表面，構(gòu)成粗糙面以提高粘結(jié)性。影響新老混凝土結(jié)合面粘接性

5、能的因素較多，老混凝土表面的處理方法將直接影響新老混凝土粘結(jié)的好壞。實(shí)踐證明，混凝土的粘結(jié)對結(jié)構(gòu)物的使用壽命大有影響。新老混凝土粘結(jié)問題解決得不太好的原因，一是問題確實(shí)有其復(fù)雜性，二是對其還未有足夠的技術(shù)投入，特別是結(jié)構(gòu)與材料的銜接與合作。 處理新老混凝土結(jié)合面方法需掌握以下幾個原則：合理有效的表面處理；根據(jù)實(shí)際情況有針對性地選擇粘結(jié)劑；嚴(yán)格控制新混凝土澆筑時(shí)間；及時(shí)的養(yǎng)護(hù)措施。老混凝土表面處理是混凝土修補(bǔ)的第一步，也是關(guān)鍵的一步，表面處理的粗糙度是影響粘結(jié)性的主要因素。對于表面處理，如果經(jīng)鑿除沖洗抹漿的表面清潔、無油污或其它松散外皮，則一般都能得到較好的粘結(jié)面，粘結(jié)強(qiáng)度也較高；反之，較差的粘

6、結(jié)面，粘結(jié)強(qiáng)度也較低。老混凝土表面的處理方法很多，主要有：人工鑿毛法、高壓水射法、沖洗抹漿法、噴射砼修補(bǔ)法、間隔測試法等等。 (一)人工鑿毛法是鑿除老混凝土表層達(dá)到粗糙的同時(shí)，在其表層下會同時(shí)伴有裂縫出現(xiàn)，撓動周圍混凝土使粘結(jié)強(qiáng)度降低，而且?guī)碓肼暫头蹓m等污染。如果采用鋼刷清除表層，實(shí)際上只是做表面清理，而不是表面處理，用該法清理的表面粘結(jié)性能差。 (二)高壓水射法是比較好的方法，該法易操作且沒有振動、噪聲和灰塵，此外，使用該法處理老混凝土表面，不撓動周圍保留的混凝土，同時(shí)混凝土表面被清潔干凈、濕潤，這是獲得良好粘結(jié)的最有利條件。更重要的一點(diǎn)是高壓水射法適用于任何情況，在有鋼筋的情況下，不但不

7、會損傷鋼筋且能為鋼筋除銹。采用高壓水射法，壓力為150MPa。研究結(jié)果表明高壓水射法不損傷周圍混凝土，因周圍混凝土中沒有微裂縫產(chǎn)生，故界面粘結(jié)強(qiáng)度高。 (三)沖洗抹漿法即對老混凝土表面預(yù)先沖洗濕潤，然后用高一級標(biāo)號的水泥砂漿抹面，再澆注同標(biāo)號混凝土，這種處理一般認(rèn)為粘結(jié)效果不理想，原因是混凝土表面存在的水膜影響新老混凝土之間的良好粘結(jié)。事實(shí)上可理解為高一級標(biāo)號的水泥砂漿充當(dāng)了粘結(jié)劑的作用，此“粘結(jié)劑”在界面殘留積水的情況下會嚴(yán)重影響粘結(jié)力，因此，界面的干濕狀態(tài)對粘結(jié)強(qiáng)度影響較大。 (四)噴射砼修補(bǔ)法主要針對薄壁結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)或補(bǔ)強(qiáng)，與老混凝土表面處理關(guān)系密切，此法適用范圍廣，容易施工。拱橋主拱圈的

8、底面錨噴砼加大截面即為常見的噴射混凝土維修加固的例子。 (五)間隔測試法主要指建筑物不同結(jié)構(gòu)部位因施工工序或施工時(shí)間的先后產(chǎn)生時(shí)間差；試驗(yàn)結(jié)果有兩種情況：新老混凝土澆筑間隔在三天之外，水泥未充分硬化，鑿毛處理時(shí)界面的骨料受到?jīng)_擊和擾動，在這里形成新的薄弱層，骨料與水泥之間的粘結(jié)強(qiáng)度較低。新老混凝土澆筑間隔在三天之內(nèi)，老混凝土中的水泥還未失去活性，并與新混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，新老混凝土之間粘結(jié)力較高。 三、新老混凝土結(jié)合面修補(bǔ)用料 根據(jù)不同情況選擇不同的合適的修補(bǔ)材料非常重要，為了使混凝土結(jié)構(gòu)在修補(bǔ)后達(dá)到耐久性，應(yīng)采用與原結(jié)構(gòu)中相同的混凝土和砂漿，其水泥和骨料的品種則力求與原有混凝土所用相同，如結(jié)

9、構(gòu)是因化學(xué)侵蝕而損壞，則可能要改用其他品種的水泥和保護(hù)涂層，以便在鋼筋周圍重新形成耐久的保護(hù)性環(huán)境。修補(bǔ)后結(jié)構(gòu)的耐久性取決于新老混凝土粘結(jié)的耐久性和修補(bǔ)材料的耐久性。一般情況下，對修補(bǔ)材料來說，最重要的性質(zhì)是它與老混凝土的粘結(jié)力，還要求其熱膨脹系數(shù)及彈性模量與原混凝土相接近，而且耐久，強(qiáng)度至少要與原混凝土相等。 近年來對粘結(jié)劑的發(fā)展很重視。新老混凝土的粘結(jié)力不僅與粘結(jié)劑的物理性質(zhì)有關(guān)，而且與老混凝土表面處理方法、粘結(jié)劑的施工方法和優(yōu)質(zhì)粘結(jié)劑的選擇有關(guān)?；炷列扪a(bǔ)常常因?yàn)樾吕匣炷林g的粘結(jié)失效而導(dǎo)致破壞，雖然在開始時(shí)新老混凝土之間有較好的粘結(jié)性，但由于新混凝土的收縮在新老混凝土粘結(jié)面上產(chǎn)生應(yīng)變

10、，該應(yīng)變大得足以能使粘結(jié)破壞，為此應(yīng)選擇收縮小的材料。 混凝土的修補(bǔ)材料，一般有環(huán)氧樹脂類、聚合物改性砂漿（砼）、水泥和其它填料（火山灰、硅灰、粉煤灰等）混合改性材料等，修補(bǔ)用新混凝土與老混凝土的粘結(jié)性能是決定界面粘結(jié)強(qiáng)度的重要因素，這是材料本身特性決定的。新混凝土收縮產(chǎn)生的微裂縫也是粘結(jié)強(qiáng)度降低的主要原因，如在新混凝土中加入一定量的膨脹劑，可大大提高粘結(jié)質(zhì)量，橋梁工程中對預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)用膨脹混凝土壓漿即為常見的處理方式。修補(bǔ)用混凝土的抗?jié)B性最好與舊砼相近，特別是在潮濕的環(huán)境下，如地下箱形基礎(chǔ)、樁基頂面或大壩工程中，粘結(jié)界面處水分的積聚將導(dǎo)致粘結(jié)力的損失甚至加大凍融循環(huán)破壞的危險(xiǎn)性。試驗(yàn)表明，彈性

11、模量、熱膨脹系數(shù)、強(qiáng)度、徐變系數(shù)等修補(bǔ)材料的物理力學(xué)性能與舊砼接近有利于新老混凝土的粘結(jié)。傳統(tǒng)的處理新老混凝土的粘結(jié)方法，即如上述方法，直接在老混凝土上澆筑新混凝土，實(shí)踐證明效果不理想。很多工程在使用了一段時(shí)間后出現(xiàn)粘結(jié)退化的情況，這就促使我們尋求改善界面粘結(jié)情況，方法之一就是采用混凝土界面處理劑。界面處理劑作為一種高性能合成材料，具有粘結(jié)兩種不同性質(zhì)的固體材料，適用于新老混凝土連接防脫層，油污、起砂基層處理，有防空鼓、防水隔潮及防腐等作用，價(jià)格低廉，性能優(yōu)良，在國內(nèi)已有較多的研究和應(yīng)用。 聚合物改性水泥砂漿對老混凝土及鋼筋有良好的粘結(jié)力，其抗拉強(qiáng)度高于普通砂漿，抗拉彈性模量低。聚合物作為另一種界面處理劑，加入混凝土中可使混凝土結(jié)構(gòu)致密，毛細(xì)孔減少，使聚合物砼干縮量小，密實(shí)度高，抗?jié)B性能好。上述性能的聚合物混凝土適合于防止鋼筋腐蝕的優(yōu)良保護(hù)材料和防滲材料，常用于房屋建筑和橋梁等工程的外露結(jié)構(gòu)混凝土病害防治（如凍融剝蝕等）和破損部分及裂縫的修補(bǔ)。 四、結(jié)束語 在我國，現(xiàn)存大量的水庫大壩、涵閘、水電站等水利設(shè)施嚴(yán)重老化，急需進(jìn)行修補(bǔ)加固。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通量的增大，及各種超載事故等情況的增多，交通設(shè)施受損日趨嚴(yán)重。用于道路、交通設(shè)施的混凝土修補(bǔ)費(fèi)用日益增多，如何使這類設(shè)施得到長久有效的修補(bǔ)，是一個非常重要