新舊混凝土結(jié)合面成為受力薄弱環(huán)節(jié)原因初探

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摘要：無論是已建工程的加固、修補還是工程新建中經(jīng)常遇到在已硬化的混凝土上或已鑿除 劣化、酥松部分露出堅實的混凝土基層上澆筑新混凝土或砂漿的問題，象梁、板、柱的加 大截面加固、水工結(jié)構(gòu)中老的壩體加高、剪力墻施工縫、疊合梁的施工等等，涉及到新舊 混凝土能否結(jié)合為整體共同工作，特別是構(gòu)件中承受很大剪力和拉力部位的加固。新舊混 凝土的結(jié)合面是一個薄弱環(huán)節(jié)，其界面粘結(jié)強度一般都低于整澆混凝土的強度，極大地影 響了結(jié)構(gòu)的可靠性。此外還有大量的混凝土結(jié)構(gòu)物、構(gòu)筑物因混凝土碳化、鋼筋銹蝕、凍 融循環(huán)而造成混凝土剝蝕破壞等的修補，這類不以承受荷載為主的表面、面層的修補，主 要是滿足抗?jié)B、抗碳化、抗凍融性、耐腐蝕性等要求以增強結(jié)構(gòu)的耐久性，它們也要求與 基層混凝土具有良好的粘結(jié)力，這是達到修補目的的必要條件。處于惡劣的自然環(huán)境下工 程的修補由于修補材料粘結(jié)力過低而導致修補失敗的例子很多，原因之一就是修補材料與 基層混凝土之間的粘結(jié)力不足以抵抗各種因素在新舊混凝土結(jié)合面處產(chǎn)生的附加應力而導 致修補失敗。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場施工 事故處理

1 問題的提出

　　人們對新舊混凝土結(jié)合面的粘結(jié)強度達不到相應整澆混凝土的強度的原因還不十分清楚，需要探索。顯然，對于新舊混凝土粘結(jié)問題的根本解決需要從混凝土材料微觀結(jié)構(gòu)的 角度闡明其粘結(jié)機理，建立微觀結(jié)構(gòu)的分析和宏觀力學性能之間的聯(lián)系，將有助于我們從本質(zhì)上認識新舊混凝土粘結(jié)問題，從而找到解決問題的途徑。

2　成因的探討

　　 以亞微觀層次而論，混凝土可視為由粗細骨料顆粒分散在水泥漿基體中所組成的兩相復合材料。以微觀層次而論，則顯示出混凝土結(jié)構(gòu)的復雜性，混凝土結(jié)構(gòu)的兩相組成，既不是彼此均勻分布，而兩相體本身組成也不均勻，象硬化混凝土中某些區(qū)域是致密的，如骨料；而另外一些區(qū)域是高度多孔的。在貼近大顆粒骨料表面硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng) 中水泥石或砂漿的結(jié)構(gòu)差別很大。事實上，在荷載作用下混凝土力學行為的許多方面只能將水泥漿-骨料界面視為混凝土結(jié)構(gòu)的第三相才能作出合理的解釋。第三相，即界面區(qū)相， 或稱為過渡區(qū)相，代表著粗骨料與硬化水泥漿體的過渡區(qū)，過渡區(qū)圍繞大骨科周圍存在一層薄層，厚約10～50μm，通常比混凝土的其它兩相組成要弱，因此，界面區(qū)對混凝土力學 行為的影響很大，界面的結(jié)構(gòu)與界面的力學性能有密切的關(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)，對于過渡區(qū)人們提出了幾種模型，這里不詳述。首先我 們大致了解一下界面過渡區(qū)的組成及結(jié)構(gòu)。

2.1 界面過渡區(qū)的組成

　　界面區(qū)中主要存在有C—S—H凝膠(水化硅酸鈣)、C—H晶體〔Ca(OH)2〕、AFt(鈣礬石) 和未水化的熟料顆粒及孔洞、裂縫。界面區(qū)中C—H晶體數(shù)量多而且晶體尺寸較大，同時界面區(qū)中孔洞較多時，對界面粘結(jié)將產(chǎn)生不利影響。

2.2　界面過渡區(qū)形成機理

馬索〔1〕提出界面過渡區(qū)形成機理的假說。他認為在混凝土拌和過程中，在骨料表面形成一層幾個微米厚的水膜，而無水水泥的分布密度在緊貼骨料處幾乎為零，然后隨著 距離增大而增高。所以在這層水膜中可以認為基本上不存在水泥顆粒。當水泥化合物溶解于水之后，溶解的離子即擴散進入這層水膜。如果是不溶性骨料，水膜中的離子全部來自水泥 熟料及石膏。但如骨料是部分可溶性的，則骨料所溶出的離子在骨料表面密度最大。

　　由于骨料總會有部分離子析出，在靠近骨 料表面處濃度最高，以后有一明顯缺陷處，即低離子濃度區(qū)。因此，在這層水膜內(nèi)，最先 形成水化產(chǎn)物晶核的是先擴散進入水膜的離子，對普通硅酸鹽水泥即是鈣礬石和氫氧鈣石。

　　 水膜內(nèi)水化產(chǎn)物晶體是在溶液中形成晶核而長大，由于膜內(nèi)過飽和度不高，有充分空間讓晶體生長，故形成的水化產(chǎn)物晶體尺寸較大，所形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較為疏松，以后活動 性較差的鋁離子、硅離子陸續(xù)進入第一批晶體所遺留的空隙中，逐漸形成C—S—H以及尺 寸較小的次生鈣礬石和氫氧鈣石填充其間。馬索上述假設(shè)中離子濃度分布曲線凹陷處可能 形成大晶核及高孔隙率，是界面中的薄弱區(qū)。

　　 雖然目前對界面過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)及形成機理的了解還不深入，但從破壞過程來看作為混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，界面過渡區(qū)至少具有以下幾個方面的特點：(1)界面過渡區(qū)中晶體比水泥 漿體中本體中的晶體粗大。(2)界面過渡區(qū)中晶體有擇優(yōu)取向。(3)界面過渡區(qū)中晶體比水泥漿體中本體具有更大、更多的孔隙。這些特點決定了界面過渡區(qū)強度低，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)。骨料與基體界面是一個固—液 —氣三相多孔體，對界面的粘結(jié)性能起決定性作用。界面過渡區(qū)的性能主要取決于這些組 成的性質(zhì)相對含量及它們之間的相互作用。由于界面過渡區(qū)的顯著結(jié)構(gòu)是C—H晶體富集并產(chǎn)生取向性，晶體平均尺寸較大，孔隙尺寸和孔隙率均較大，即界面存在著大量有缺陷 的疏松的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。雖然決定界面性質(zhì)的因素很多，但C—H的取向和富集形成薄弱層界面是主要物理化學原因之一，它間接反映了界面層的孔結(jié)構(gòu)和致密性。所以要增強界面區(qū) 尤其是強化最薄弱層，消除和減小界面層與基體間的差異，必須減少C—H含量，打亂其取向性，降低孔隙率。