新老混凝土界面粘结材料及强度的研究
摘要
实际工程中的新老砂浆或新老混凝土粘结，往往受诸多因素共同影响。界面是新老砂浆或新老混凝土中最薄弱的区域，通常情况下，界面粘结强度低，很少达到本体的相应强度。新老混凝土界面粘结材料和处理方法有多种，粘结效果差异较大，且都不甚理想。
针对这一问题，本文在大量实验的基础上，对不同种类材料的界面粘结效果和影响因素进行了实验研究，对其粘结及改性机理进行了初步探讨；提出了不同界面粘结方法、不同养护制度下适宜的界面粘结材料及其较佳配比；对不同界面粘结材料在新老砂浆及新老混凝土中的粘结效果进行了对比，为其工程应用及界面粘结力学、耐久性能等的进一步研究奠定了基础。
本文的研究工作可主要分为以下两大方面：
1、新老砂浆界面粘结的研究
采用“8”字型新老砂浆粘结抗拉粘结强度的试验方法，研究了多种界面粘结材料在不同养护制度、不同粘结方法、不同龄期、不同配比条件下的粘结性能，并利用扫描电镜对界面微观结构进行了分析，对各种材料粘结改性机理进行初步探讨。研究中采用的界面粘结材料有普通水泥基材料、矿物掺合料改性水泥基材料、聚合物改性水泥基材料和环氧树脂，其中重点研究了聚合物改性水泥基材料，所用聚合物包括NP粉末、丁苯乳液、丙烯酸乳液、纯丙乳液、氯丁乳液、水乳环氧。
2、新老混凝土界面粘结的研究
采用新老混凝土劈裂粘结试验方法，对比研究了普通修补混凝土、丁苯改性混凝土、氯丁改性混凝土粘结性能。并通过新老混凝土钻芯拉拔粘结试验，研究了不同界面粘结材料的新老混凝土粘结效果，并与其砂浆粘结试验结果进行了对比，对实际工程应用中正确选用界面粘结材料及评价粘结效果具有一定的指导意义。
The bond between new and old concretes or mortars in actual project is affected by many factors. Interface is the weakest region in new-to-old concretes or mortars. Usually, the interfacial bond strength is very low, and approach to the strength of substrate. There are many kinds of bond materials and methods of dealing with the interface, however. The effect varies remarkably and can't meet the ideal demand.
As to the problem above, explore to the interfacial bond and factors of various bond materials on the basis of a great deal of tests. Many experimental researches have been done and given preliminary discuss on the bond and mechanism. Meanwhile, proper bond materials and better proportion are offered, under the background of the difference interfacial bond methods and curing systems.
This paper also makes a compare on the bond effect of various bond materials and given reference for the project application and the future research of bond mechanics and endurance.
The research work can be divided into two parts:
1. Research on the interfacial bond of new-to-old mortars.
This paper has research on the bond performance under the conditions of different curing systems, bond method aging and proportion, by means of "8" mould and giving preliminary discuss on the mechanism of different materials by use of SEM.
The paper adopts such materials as common cement materials, mineral modified cement-based materials, polymer modified cement-based materials and epoxy resin and places emphasis on the polymer modified cement-based materials. Polymers include NP powder, SBR latex, acrylic acid latex, pure acrylic acid latex, chlorobutyl latex and epoxy latex.
2. Research on the bond of the new-to-old concretes.
By means of the test of spitting bond between new and old concretes, the bond performance of different bond material is researched.
The bond effect of various bond material is also researched by use of the test of
pored-drilled drawing bond between new and old concretes. This paper also makes a contrast with the effect of mortars' bond, which offers a meaningful reference on how to choose bond materials and to appraise the bond effect.
针对这一问题，本文在大量实验的基础上，对不同种类材料的界面粘结效果和影响因素进行了实验研究，对其粘结及改性机理进行了初步探讨；提出了不同界面粘结方法、不同养护制度下适宜的界面粘结材料及其较佳配比；对不同界面粘结材料在新老砂浆及新老混凝土中的粘结效果进行了对比，为其工程应用及界面粘结力学、耐久性能等的进一步研究奠定了基础。
本文的研究工作可主要分为以下两大方面：
1、新老砂浆界面粘结的研究
采用“8”字型新老砂浆粘结抗拉粘结强度的试验方法，研究了多种界面粘结材料在不同养护制度、不同粘结方法、不同龄期、不同配比条件下的粘结性能，并利用扫描电镜对界面微观结构进行了分析，对各种材料粘结改性机理进行初步探讨。研究中采用的界面粘结材料有普通水泥基材料、矿物掺合料改性水泥基材料、聚合物改性水泥基材料和环氧树脂，其中重点研究了聚合物改性水泥基材料，所用聚合物包括NP粉末、丁苯乳液、丙烯酸乳液、纯丙乳液、氯丁乳液、水乳环氧。
2、新老混凝土界面粘结的研究
采用新老混凝土劈裂粘结试验方法，对比研究了普通修补混凝土、丁苯改性混凝土、氯丁改性混凝土粘结性能。并通过新老混凝土钻芯拉拔粘结试验，研究了不同界面粘结材料的新老混凝土粘结效果，并与其砂浆粘结试验结果进行了对比，对实际工程应用中正确选用界面粘结材料及评价粘结效果具有一定的指导意义。
The bond between new and old concretes or mortars in actual project is affected by many factors. Interface is the weakest region in new-to-old concretes or mortars. Usually, the interfacial bond strength is very low, and approach to the strength of substrate. There are many kinds of bond materials and methods of dealing with the interface, however. The effect varies remarkably and can't meet the ideal demand.
As to the problem above, explore to the interfacial bond and factors of various bond materials on the basis of a great deal of tests. Many experimental researches have been done and given preliminary discuss on the bond and mechanism. Meanwhile, proper bond materials and better proportion are offered, under the background of the difference interfacial bond methods and curing systems.
This paper also makes a compare on the bond effect of various bond materials and given reference for the project application and the future research of bond mechanics and endurance.
The research work can be divided into two parts:
1. Research on the interfacial bond of new-to-old mortars.
This paper has research on the bond performance under the conditions of different curing systems, bond method aging and proportion, by means of "8" mould and giving preliminary discuss on the mechanism of different materials by use of SEM.
The paper adopts such materials as common cement materials, mineral modified cement-based materials, polymer modified cement-based materials and epoxy resin and places emphasis on the polymer modified cement-based materials. Polymers include NP powder, SBR latex, acrylic acid latex, pure acrylic acid latex, chlorobutyl latex and epoxy latex.
2. Research on the bond of the new-to-old concretes.
By means of the test of spitting bond between new and old concretes, the bond performance of different bond material is researched.
The bond effect of various bond material is also researched by use of the test of
pored-drilled drawing bond between new and old concretes. This paper also makes a contrast with the effect of mortars' bond, which offers a meaningful reference on how to choose bond materials and to appraise the bond effect.
引文
[1] 买淑芳．混凝土聚合物材料及其应用．北京：科学技术文献出版社，1996
[2] [美]E．P．普罗德曼．聚合物基体复合材料中的界面．北京：中国建筑工业出版社，1979
[3] Ichro ADACHI, Kunimitu SHIBUYA, Sadao KIMURA. Most suitable treatment of the existing concrete pavement. Journal of Chibe Institute of Technology, 1991, 25(37):64～73
[4] Chen Pu Woei, Fu Xuli. Improving the bonding between old and new concrete by adding carbon fibers to the concrete. Cement and Concrete Research, 1995, 25(3):491～496
[5] 姜洪义，张联盟．超快硬磷酸盐混凝土路面修补材料性能的研究．公路，2002，(3)：87～89
[6] King J. Wilson A. If it's standing, it can be repaired. Concrete Construction, 1988,3(7):643～650
[7] Mohamed A. H. Addel-Halim, H. Schorn. Strength eraluation of Shot crete-repaired beams. ACI Structural Journal,1989, 86(3):272～276
[8] P.Kumar Mehta. Advancements in Concrete Technology. Concrete International, 1999, 21(6):435～438
[9] 贺曼罗．建筑胶粘剂．北京：化学工业出版社，1999
[10] D. W. Fowler. Polymer in Concrete: a Vision for the 21th Century. Cement and Concrete Composites, 1999, 21(516):532～537
[11] Isenberg, J.E. Vanderhoff, J.W.. Hypothesis for Reinforcement of Potland Cement by Polymer Latexes. Ceram,1974,57(6): 242～246
[12] Ohama, Y..Resistance of Polymer Modified Concretes to Cheroride Penetration. Concrete Technology for Developing Countries, 1986,12(3):7～9
[13] 王培铭，许绮，丁．stark．桥面用丁苯乳液改性水泥砂浆的力学性能．建筑材料学报，2001，4(1)：1～6
[14] 沈家洪，闫成胤．聚合物水泥砂浆消泡剂选择．铁道物资科学管理，1997，
15(6)：27-28
[15] 孙晓．橡胶胶乳改性水泥混凝土．安庆师范学院学报，1996，2(4)：67～71
[16] 曹同玉，刘庆普，胡金生．聚合物乳液合成原理性能及应用．北京：化学工业出版社，1999
[17] 杨光，顾国芳．聚合物乳液对水泥砂浆粘结强度及改进作用．新型建筑材料，1997，(9)：28～31
[18] 翟海潮．建筑粘合与防水材料应用手册．北京：中国石化出版社，2000
[19] 袁群，韩菊红，于跃海．混凝土粘结面粗糙度评价的功率谱法分维．工业建筑，2001，31(2)：4～23
[20] 赵志方．新老混凝土粘结机理和测试方法：[博士学位论文]．大连：大连理工大学，1998
[21] 韩菊红，袁群，张雷顺．新老混凝土粘结面粗糙度处理实用方法探讨．工业建筑，2001，31(2)：1～3
[22] 田稳苓，赵志方，赵国藩．新老混凝土的粘结机理和测试方法研究综述．河北理工学院学报，1998，20(1)：84～93
[23] Mansur M. A., Ong K. C. G.. Epoxy -repaired beams. Concrete International: Design & Construction, 1985,7(10): 46～50
[24] 刘金伟，能光晶，谢慧才．新老混凝土修补界面方位对粘结强度的影响．工业建筑，2001，31(5)：67～70
[25] J. S. Wall, N. G. Shrive. Factors affecting bond between new and old concrete. ACI Materials Journal, 1988, 85(3):117～125
[26] Robert A. Bass, James O. Jirsa. Shear transfer across new and existing concrete interface. ACI Structural Journal, 1989,86(4):383～393
[27] Zdened P.Bazant, Pere C. Prat, Mazen R.Tabbara. Antiplane shear fracture tests. ACI Material Journal, 1990, 87(1):12-19
[28] P. H. Emmons, A. M. Vaysburd, J. E. Mc Donald, etal. Selecting Durable Repair Materials: Performance Criteria. Concrete International, 2000, 22(3):101～104
[29] A. Garles-Gibergues, F. Saucier. New-to-old concrete bonding: influence of sulfates type of new concrete on interface microstructure. Cement and Concrete Research, 1993, 230(5):431～441
[30] 赵国玺．表面活性剂物理化学．修订版．北京：北京大学出版社，1991
[31] 农金龙，彭勃，单远铭．微量聚合物对新老砂浆界面粘结的改性研究．湖南大学学报，2002，29(6)：110～113
[32] 管大庆．新老混凝土界面粘结改性的影响：[硕士学位论文]．北京：国家科学技术图书馆，1994
[33] 熊大王，王小虹．混凝土外加剂．北京：化学工业出版社，2002
[34] 张冠伦．混凝土外加剂原理与应用．北京：中国建筑工业出版社，1989
[35] 能光晶，谢慧才，刘金伟．新老混凝土修补界面层粘结质量的改善途径．工业建筑，2001，31(11)：70～72
[36] 张智强，杨斧钟，阵明凤．化学建材．重庆：重庆大学出版社，2000
[37] 游宝坤，韩立林，赵炎龙．如何正确使用混凝土膨胀剂．山西建筑，2002，28(1)：72～74
[38] 林宝玉，吴绍章．混凝土工程新材料设计与施工．北京：中国水利水电出版社，1998
[39] Kuhlmamn LA. Styrene-Butadience Latex Modified Concrete: The Ideal Concrete Repair Material. Concrete International: Design & Constructinon, 1990,12(10): 59～65
[40] 姜洪义，水中和．SBR-60聚合物水泥混凝土的研究．混凝土，2000，133(9)：44-45
[41] 魏涛，蒋硕忠，蔡胜华．水乳环氧水泥砂浆的研究．水利水电快报，1998，19(13)：11～14
[42] 李祝龙，梁乃兴．丁苯类聚合物液对水泥水化硬化的影响．建筑材料学报，1999，2(1)：6～9
[43] 王涛，许仲梓．环氧水泥砂浆的改性机理．南京化工大学学报，1997，19(2)：26～31
[44] Nosayaba. F. O. EVbvomwan. A State of the Artreport on the Strength and Durablity Proprrties of Polymer Modified Mortars and Concrete. In: 第六次混凝土中聚合物国际会议论文集．上海：同济大学出版社，1991
[45] 袁广林，袁迎曙．高性能结构补强材料的研究和应用．工业建筑，1997，27(4)：25～28
[46] 高剑平，霍静思，李硕等．影响新旧混凝土粘结强度的因素分析．吉林建筑
工程学院学报，2000，1(1)：17～21
[47] 王涛，许仲梓．聚合物水泥砂浆性能的影响因素．混凝土与水泥制品，1996，5(10)：23～26
[48] 王涛，许仲梓．环氧水泥砂浆的改性机理．南京化工大学学报，1997，19(2)：26～31
[49] 陈玲莉，巫辉，蒋建华．聚合物水泥混凝土复合材料的研究．武汉理工大学学报，2001，23(9)：23～25
[50] 谭娜，李赫亮，李智超．增强材料对聚合物混凝土性能的影响．混凝土，2002，148(2)：31～32
[51] J.S. Wall, N.G. Shrive. Factors Affecting Bond between New and Old Concrete. Material Journal, 1998, 9(3):59～64
[52] 刘健，赵国藩．新老混凝土粘结收缩性能研究．大连理工大学学报，2001，41(3)：339～342
[2] [美]E．P．普罗德曼．聚合物基体复合材料中的界面．北京：中国建筑工业出版社，1979
[3] Ichro ADACHI, Kunimitu SHIBUYA, Sadao KIMURA. Most suitable treatment of the existing concrete pavement. Journal of Chibe Institute of Technology, 1991, 25(37):64～73
[4] Chen Pu Woei, Fu Xuli. Improving the bonding between old and new concrete by adding carbon fibers to the concrete. Cement and Concrete Research, 1995, 25(3):491～496
[5] 姜洪义，张联盟．超快硬磷酸盐混凝土路面修补材料性能的研究．公路，2002，(3)：87～89
[6] King J. Wilson A. If it's standing, it can be repaired. Concrete Construction, 1988,3(7):643～650
[7] Mohamed A. H. Addel-Halim, H. Schorn. Strength eraluation of Shot crete-repaired beams. ACI Structural Journal,1989, 86(3):272～276
[8] P.Kumar Mehta. Advancements in Concrete Technology. Concrete International, 1999, 21(6):435～438
[9] 贺曼罗．建筑胶粘剂．北京：化学工业出版社，1999
[10] D. W. Fowler. Polymer in Concrete: a Vision for the 21th Century. Cement and Concrete Composites, 1999, 21(516):532～537
[11] Isenberg, J.E. Vanderhoff, J.W.. Hypothesis for Reinforcement of Potland Cement by Polymer Latexes. Ceram,1974,57(6): 242～246
[12] Ohama, Y..Resistance of Polymer Modified Concretes to Cheroride Penetration. Concrete Technology for Developing Countries, 1986,12(3):7～9
[13] 王培铭，许绮，丁．stark．桥面用丁苯乳液改性水泥砂浆的力学性能．建筑材料学报，2001，4(1)：1～6
[14] 沈家洪，闫成胤．聚合物水泥砂浆消泡剂选择．铁道物资科学管理，1997，
15(6)：27-28
[15] 孙晓．橡胶胶乳改性水泥混凝土．安庆师范学院学报，1996，2(4)：67～71
[16] 曹同玉，刘庆普，胡金生．聚合物乳液合成原理性能及应用．北京：化学工业出版社，1999
[17] 杨光，顾国芳．聚合物乳液对水泥砂浆粘结强度及改进作用．新型建筑材料，1997，(9)：28～31
[18] 翟海潮．建筑粘合与防水材料应用手册．北京：中国石化出版社，2000
[19] 袁群，韩菊红，于跃海．混凝土粘结面粗糙度评价的功率谱法分维．工业建筑，2001，31(2)：4～23
[20] 赵志方．新老混凝土粘结机理和测试方法：[博士学位论文]．大连：大连理工大学，1998
[21] 韩菊红，袁群，张雷顺．新老混凝土粘结面粗糙度处理实用方法探讨．工业建筑，2001，31(2)：1～3
[22] 田稳苓，赵志方，赵国藩．新老混凝土的粘结机理和测试方法研究综述．河北理工学院学报，1998，20(1)：84～93
[23] Mansur M. A., Ong K. C. G.. Epoxy -repaired beams. Concrete International: Design & Construction, 1985,7(10): 46～50
[24] 刘金伟，能光晶，谢慧才．新老混凝土修补界面方位对粘结强度的影响．工业建筑，2001，31(5)：67～70
[25] J. S. Wall, N. G. Shrive. Factors affecting bond between new and old concrete. ACI Materials Journal, 1988, 85(3):117～125
[26] Robert A. Bass, James O. Jirsa. Shear transfer across new and existing concrete interface. ACI Structural Journal, 1989,86(4):383～393
[27] Zdened P.Bazant, Pere C. Prat, Mazen R.Tabbara. Antiplane shear fracture tests. ACI Material Journal, 1990, 87(1):12-19
[28] P. H. Emmons, A. M. Vaysburd, J. E. Mc Donald, etal. Selecting Durable Repair Materials: Performance Criteria. Concrete International, 2000, 22(3):101～104
[29] A. Garles-Gibergues, F. Saucier. New-to-old concrete bonding: influence of sulfates type of new concrete on interface microstructure. Cement and Concrete Research, 1993, 230(5):431～441
[30] 赵国玺．表面活性剂物理化学．修订版．北京：北京大学出版社，1991
[31] 农金龙，彭勃，单远铭．微量聚合物对新老砂浆界面粘结的改性研究．湖南大学学报，2002，29(6)：110～113
[32] 管大庆．新老混凝土界面粘结改性的影响：[硕士学位论文]．北京：国家科学技术图书馆，1994
[33] 熊大王，王小虹．混凝土外加剂．北京：化学工业出版社，2002
[34] 张冠伦．混凝土外加剂原理与应用．北京：中国建筑工业出版社，1989
[35] 能光晶，谢慧才，刘金伟．新老混凝土修补界面层粘结质量的改善途径．工业建筑，2001，31(11)：70～72
[36] 张智强，杨斧钟，阵明凤．化学建材．重庆：重庆大学出版社，2000
[37] 游宝坤，韩立林，赵炎龙．如何正确使用混凝土膨胀剂．山西建筑，2002，28(1)：72～74
[38] 林宝玉，吴绍章．混凝土工程新材料设计与施工．北京：中国水利水电出版社，1998
[39] Kuhlmamn LA. Styrene-Butadience Latex Modified Concrete: The Ideal Concrete Repair Material. Concrete International: Design & Constructinon, 1990,12(10): 59～65
[40] 姜洪义，水中和．SBR-60聚合物水泥混凝土的研究．混凝土，2000，133(9)：44-45
[41] 魏涛，蒋硕忠，蔡胜华．水乳环氧水泥砂浆的研究．水利水电快报，1998，19(13)：11～14
[42] 李祝龙，梁乃兴．丁苯类聚合物液对水泥水化硬化的影响．建筑材料学报，1999，2(1)：6～9
[43] 王涛，许仲梓．环氧水泥砂浆的改性机理．南京化工大学学报，1997，19(2)：26～31
[44] Nosayaba. F. O. EVbvomwan. A State of the Artreport on the Strength and Durablity Proprrties of Polymer Modified Mortars and Concrete. In: 第六次混凝土中聚合物国际会议论文集．上海：同济大学出版社，1991
[45] 袁广林，袁迎曙．高性能结构补强材料的研究和应用．工业建筑，1997，27(4)：25～28
[46] 高剑平，霍静思，李硕等．影响新旧混凝土粘结强度的因素分析．吉林建筑
工程学院学报，2000，1(1)：17～21
[47] 王涛，许仲梓．聚合物水泥砂浆性能的影响因素．混凝土与水泥制品，1996，5(10)：23～26
[48] 王涛，许仲梓．环氧水泥砂浆的改性机理．南京化工大学学报，1997，19(2)：26～31
[49] 陈玲莉，巫辉，蒋建华．聚合物水泥混凝土复合材料的研究．武汉理工大学学报，2001，23(9)：23～25
[50] 谭娜，李赫亮，李智超．增强材料对聚合物混凝土性能的影响．混凝土，2002，148(2)：31～32
[51] J.S. Wall, N.G. Shrive. Factors Affecting Bond between New and Old Concrete. Material Journal, 1998, 9(3):59～64
[52] 刘健，赵国藩．新老混凝土粘结收缩性能研究．大连理工大学学报，2001，41(3)：339～342