新老混凝土粘结面的抗冻剪切性能试验研究

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1、水利学报2005年3月SHUILIXUEBAO第36卷第3期文章编号:0559-9350(2005)03-0339-06新老混凝土粘结面的抗冻剪切性能试验研究1,221李平先，张雷顺，赵国藩(1.大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连116024；2.郑州大学环境与水利学院，河南郑州450002)摘要：本文通过162块新老混凝土粘结Z形剪切试件的试验，研究了冻融循环对新老混凝土粘结面剪切性能的影响。试件在温度-18℃～8℃范围内经受了0、5、10、15、20和30次的冻融循环。分析了新老混凝土粘结面冻融损伤破坏的机理和冻融循环次

2、数、界面处理方法、界面剂的类型以及新老混凝土的强度等对粘结面粘结剪切强度的影响。研究表明，在冻融循环作用下，新老混凝土粘结剪切强度随冻融循环次数的增加急剧下降，冻融30次时，所试验的试件几乎全部从粘结面冻融破坏。粘结剪切强度的下降是由于新老混凝土本身强度的下降和粘结剂强度的下降以及粘结面的损伤等共同作用的结果。关键词：新老混凝土粘结；冻融循环；剪切强度；界面处理；界面剂中图分类号：TV431文献标识码：A冻融破坏是混凝土结构在运行过程中产生的主要病害之一。文献[1]对全国、大中型水工混凝土建筑物的病害调查表明，在三北(东北、华北和西北)地区

3、水工混凝土的冻融破坏占100%，一些大型混凝土工程运行30年左右，有的甚至不到20年就出现冻融剥蚀破坏。国家每年投入大量的资金对病害大坝进行维修和加固，然而，由于对新老混凝土粘结面的受冻融损伤机理缺乏研究，造成年年修、年年坏的被动局面。国[2～6]内外众多学者对常温下新老混凝土粘结的宏观力学性能和微观分子结构进行了一系列研究，结果表明，新老混凝土之间的粘结主要由机械咬合力和范德华力组成。文献[2]针对高速公路快速修补材料与混凝土[2]的粘结在冻融情况下的劈拉强度进行了试验，结果显示，快凝修补材料与老混凝土的粘结面在冻融300次情况下的劈拉强

4、度相当于未冻融情况下7d的劈拉强度。作者曾对受冻融损伤混凝土与新混凝土的粘结剪[7]切性能进行了试验研究，本文则针对新老混凝土粘结之后，粘结面经受冻融循环作用的性能，用Z形试件直剪试验方法进行评价，同时考察了老混凝土界面的不同处理方法(不同粗糙度)和不同界面剂的类型等对粘结性能的影响。1试验设计1.1试件设计为研究粘结面的剪切性能，同时考虑到粘结面的受剪状态与实际情况相符合，并使试件的制作方便、加载简单易行，采用了如图1所示的Z形试件，处在两缺口之间的新老混凝土粘结面在两端均匀压力作用下主要处于受剪状态。1.1.1试件尺寸Z形剪切试件的尺寸

5、如图1所示，其中粘结面为100mm×100mm，浇筑混凝土时保证粘结面在Z形试模两缺口之间的连线上。测试相对动弹性模量和质量损失的试件尺寸为100mm×100mm×400mm，测试新老混凝土粘结的试件的尺寸为100mm×100mm×100mm。收稿日期：2003-11-27基金项目：国家自然科学基金资助项目(59778045)；河南省科技攻关资助项目(0124150)作者简介：李平先(1962-)，男，河南巩义人，博士，教授，主要从事水工混凝土结构基本理论与耐久性的研究。1水利学报2005年3月SHUILIXUEBAO第36卷第3期1.1.

6、2材料及配合比新、老混凝土均采用32.5普通硅酸盐水泥、中粗河砂(细度模数2.93)、碎石(5～20mm)配制而成。参照混凝土结构加固技术规程，混凝土结构加固时所用混凝土的强度等级应比原结构混凝土的强度等级提高一级，且不应低于C20的规定，新、老混凝土强度设计等级分别为C30和C25，其材料配比见表1。新、老混凝土的强度值由试验确定。1.1.3老混凝土粘结面处理考虑到老混凝土自然光滑面的粘结效果较差，因而采用以下3种方法对老混凝土粘结面进行处理：(1)B型界面。对老混凝土的自然光滑面仅用钢丝刷刷毛后作为粘结面。清除表面的污物和浮浆。(2)C

7、型界面。对老混凝土的粘结界面采用人工凿毛，凿去老混凝土表面的浮浆和部分水泥石，露出粗骨料，使表面形成凹凸不平状(即形成粗糙度)，以增加粘结面的接触面积和机械咬合力。(3)S型界面。将1-老混凝土；2-新混凝土；3-剪切面老混凝土试块用压力试验机从中间劈开，用其断裂面作为粘结面。同时图1新老混凝土粘结面直剪试件清除断裂面上松动和开裂部分，从而得到粗糙度较大的粘结面。表1混凝土配合比3混凝土材料用量/(kg/m)设计强度等级坍落度/cm水灰比砂率Sp(%)水泥砂石子水C253～50.54363616641180195C302～40.473441

8、56091181195[7]1.1.4老混凝土粘结面粗糙度的测定采用上述方法处理的老混凝土粘结面，用灌砂法量测平均灌砂深度Δh(mm)，作为粘结面的粗糙度指标。经测定：B型界面的