超薄混凝土罩面层间粘结技术研究.pdf
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1、公路交通技术 2 0 1 0年 6月 第 3期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t J u n 2 0 1 0 N o 3 超薄混凝土罩面层间粘结技术研究 张东长,袁登琼,刘茂光 ( 招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆4 0 0 0 6 7 ) 摘要 :通过对普通 水泥基界 面剂 、特种水泥基界面剂、聚合物乳液改性水泥基界 面剂的研 究,开发 出优 良的 A聚 合物乳液界面荆,形成 了A聚合物乳液+A聚合物乳液改性水泥砂浆的施工工艺,解决了超薄混凝土罩面的核心技 术 问题 。 关键词:超薄混凝土;层间粘结
2、;界面剂;聚合物乳液 文章编号 :1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 O ) 0 3 0 0 0 1 0 5 中图分类号 :U 4 1 6 2 1 6 文献标识码 :A Re s e a r c h o n I n t e r - l a y er Bo n d i n g T e c h n i q u e s f o r UIt r a t h i n Co n c r e t e Ov e r l a y s ZHANG Do n g c h a n g ,YUAN De n g q i o n g ,LI U Ma o g ua n g Ab s t r a c t :Ba
3、 s e d o n t h e r e s e a r c h o n c o mmo n c e me n t - b a s e d i n t e r f a c e a g e n t ,s p e c i a l c e me n t b a s e d i n t e r f a c e a g e n t a n d p o l y me r e mu l s i o n mo d i fi e d c e me n t b a s e d i n t e r f a c e a g e n t ,t h i s p a p e r d e v e l o p s a n e
4、xc e l l e n t A po l y m e r e m u l s i o n i n t e rfa c e a g e n t S O a s t o f o r m a c o n s t r uc t i o n t e c h n ol o g y of A p ol yme r e mul s i o n +A p ol yme r e mu l s i o n m o d i fie d c e me nt mo aa r a nd s o l v e t h e c o r e t e c h ni c a l pr o b l e ms i n ul t r a
5、t hi n c o nc r e t e o v e r l a y Ke y wo r d s : u l t r a t h i n c o n c r e t e ; i n t e r - l a y e r b o n d i n g ; i n t e r f a c e a g e n t ; p o l yme r e mu l s i o n 超薄水泥混凝土( U l t r a t h i n Wh i t e t o p p i n g ,简称 u T w) 是指厚度为 5 01 0 0 m l r l 之间的混凝土【 ” ,主 要用于路面维修罩面工程。超薄水泥混凝土罩
6、面是 指对旧水泥混凝土路面板进行必要 的处理后加铺超 薄混凝土结构层 ,以达到恢复路面功能并实现快速 通车的 目的。本文介绍其核心技术之一 ,即新旧混 凝土板之间的粘结技术 。 1 混凝土板层间粘结技术综述 国外在上世纪末和本世纪初 ,对新旧混凝土界 面粘结进行了许多研究 。马索l 2 J提出界 面过渡区形 成机理的假说 ,他认为在混凝土拌和过程 中,在骨 料表面形成 1 层几个微米厚 的水膜 ,在这层水膜 内,最先形成水化物 晶核的是先扩散进入水膜的离 子 ,水膜内水化产物晶体所形成的网状结构较为疏 松 。活动性较差 的铝离子 、硅离子陆续进入第 1 批 晶体所遗留的空隙中,逐渐形成 C S
7、 H,尺寸较 小 的次生钙矾石和氢氧化钙晶体填充其间。马索上 述假设 中离子浓度分布曲线凹陷处可能形成大晶核 及高孔隙率,是界面中的薄弱区。Wa l l 等【3提出新 基金项 目:重庆市科委科研 项 目( C S T C,2 0 0 9 Ac 6 0 8 2 ) 收稿 日期 :2 0 1 0 0 2 0 8 作者简介 :张东长 ( 1 9 6 9 一 ) ,男 ,河南省唐河县人 ,硕士 ,副研 究员 旧混凝土的粘结界面状况与水泥一集料的界面状况 类似 ,也就是说可以把旧水泥混凝土看作大的集 料 。B i j i e n t4 提出新 旧混凝土粘合是以范德华力 、机 械咬合力 、表面张力等各种各
8、样物理力的共同作用 来实现 的。F i e b r i c h M H 5 1 认 为界面粘结是一种热 力学作用 ,不但有物理作用力 的作用 ,还有化学作 用力的作用 。 国内对新 旧水 泥混凝土粘合 的界面性 能也进 行了一些试验研究6 1 ,综合起来 ,有 2 种观点最具 代表性 。一种观点是汕头大学提 出的将新 旧水泥 混凝土 的粘结界面分成 3个过渡层 的理论 :从新 旧混凝土结合界面出发依次为扩散层 、强效应层 和弱效应层 ,这 3个效应层 中的强效应层 的性 能 又 由界面剂的性 能 、修补材料类型 和表 面状况决 定。另一种观点是哈尔滨建筑大学 的高剑平等人 提 出的 ,认为界面
9、 区中主要存在有 C S H凝胶 、 C H晶体 、A ft和未水化 的熟 料颗粒 及孔 洞 、裂 缝 ,界 面 区 中 C H 晶体数量 多且 尺寸 较大 ,同 时 ,如果界 面区中孔洞较 多时 ,对界面粘结将产 生不利影 响。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 公路交通技术 2 0 1 0生 2 界面粘结技术研究 综合 国内外 的研究成果 ,目前解决新 旧水 泥 混凝土 的粘结问题 主要有 2种方法 :1 )用水泥基 粘结剂进行粘结 ;2 )采用非水泥基粘结剂 ,主要 采用溶剂型环氧树脂 。由于溶剂 型环 氧树脂毒性 很大 ,对环境影 响较大 ,施工掺 配
10、麻烦 、施工不 便 ,因此笔者把研 究的重点放在 水泥基粘结 界 面剂的配合和使用 上。试验研究 内容包括普通水 泥基界面剂、特种水泥基界面剂和聚合物乳液改 性水泥基界面剂 。 2 1 普通水泥基界面剂 2 1 1 试验设计 对于影响新旧水泥混凝土粘结的普通水泥基 界面粘结剂的粘结效果 ,影 响因素很多 ,例如水 泥 的品种 、用 量 ,外加剂 的 品种 、组合 、用 量 , 用水量 ,特殊添加剂用量等 。笔者借助于正交试 验进行研究 ,通过分析 ,采用 4因素 3水平 的正 交表 厶( 4 ) ( 表 1 ) ,4因素 3 水平见表 2 。 2 1 2 试件制备及试验结果 用选定 的配合 比
11、( C 3 5混凝土 ) 制作 1 5 0 m m X 1 5 0 mmX 1 5 0 mm混凝土试件 ,标准养护 2 8 d后 , 用锯片将试件锯成 2片 ,然后用钢钎凿毛,模拟旧 表 1 正交表 厶( 4 ) 水泥混凝土路面的表面处理情况和实际粘结面 。按 相同条件准备 2 7 组试件,然后清晰编号 ,分别装 入 1 5 0 mm1 5 0 mm1 5 0 mm 的混 凝土试 模 中 , 调制界面粘结剂涂刷于 旧混凝土试件 的凿毛 面上 , 并浇筑新水泥混凝土。脱模后,将试件在标准条件 下养生 2 8 d 。然后按照 T 0 5 6 0 - - 2 0 0 5 水泥混凝土 立方体劈裂抗拉强
12、度试验方法 ,测定试件的劈裂 抗拉强度 ,正交试验结果见图 1 4 。 通过效应计算和 比较分析 图 1 4 ,除去试 验 误差的影响,可以看 出,用 8 6份水泥、9份微渣 、 罨 魁 嘿 盘 R 2 2 2 1 5 2 1 205 2 1 9 5 1 9 水泥用量, 份 图 1 劈裂强度与水泥用量 的关系 微渣用量, 份 图2 劈裂强度与微渣用量的关系 外加剂用量, 份 图3 劈裂强度与水泥外加剂用量的关系 2 2 2 1 5 2 1 2 O 5 2 1 9 5 1 9 特殊添加剂用量, 份 图 4 劈裂强度与特殊添加剂用量的关系 罨 跫 毒 旨 善 暖碟躲 B d 越嘎 排 学兔兔 w
13、w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 0 年 第3 期 张东长,等:超薄混凝土罩面层间粘结技术研究 3 表 3 特种水泥基和普通硅酸盐水泥基界 面剂试件劈裂抗拉 强度试验结果 4份水泥外加剂 、1 份特殊添加剂 配制成的最佳新 旧水泥混凝土界面粘结剂效果最好 。因此 ,笔者把 优化后得到的最佳试验配方制成普通水泥基界面剂 进行了试验 。 2 2 常用水泥基界面剂的对 比试验 硫铝酸盐水泥属于特种水泥。为了研究特种水 泥对新 旧水泥混凝土的粘结效果 ,选择硫铝酸盐水 泥与普通硅酸盐水泥掺配微渣、水泥外加剂及特殊 外加剂形成的界面剂进行了对 比试验 。 用确定的 2 种界
14、面剂的最佳配合 比作为对 比配 方, 试验方法和成型、养生条件一样 ,试验结果见 表 3 。 从表 3的试验数据可以看出,对于普通硅酸盐 水泥基新旧混凝土的粘结,用最佳配方普通水泥基 界面剂比用硫铝酸盐这种特种水泥基界面剂粘结效 果明显好些。纯水泥浆液用作新 旧水泥混凝土的界 面粘结剂 ,粘结效果也好于硫铝酸盐特种水泥基界 面剂 ,但 比最佳配方普通水泥基界面剂要差。 即使最佳配方普通水泥基界面剂的效果最好 , 其劈裂抗拉强度也仅有 2 4 3 M P a ,远小于 C 3 5 混凝 土整体试块 的劈裂抗拉强度 ,在车辆荷载的反复作 用下 ,粘结面仍是最薄弱的环节 ,因此采用常规水 泥基界面剂
15、不能解决超薄混凝土的界面粘结 问题 。 2 3 聚合物改性乳液界面剂的研究 2 3 1 聚合物对粘结的影响 高活性聚合物容易与水泥水化产物及其新 旧水 泥混凝土界面产生化学键 ,化学键的键能 比一般极 性力 、范德华力大得多 ,可大大提高界面的粘结强 度。因此 ,对于新旧水泥混凝土界面粘结技术的研 究 ,主要是研究分析聚合物使新 旧水泥混凝 土粘结 强度发生的变化 。 聚合物乳液对水泥基界面剂的改性作用是通过 聚合物在水泥浆与骨料 间形成具有较 高粘结力 的 膜, 并堵塞砂浆内的空隙来实现。水泥水化与聚合 物成膜 同时进行 ,最后形成水泥浆与聚合物膜相互 交织在一起的互穿网络结构。含有化学反应
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