界面過渡區對混凝土修補系統的影響

李巖凌， 肖群芳，陳紅巖

（1. 北京建筑材料科學研究總院有限公司，北京　100041；2. 北京市預拌砂漿工程技術研究中心，北京　100041）

界面過渡區對混凝土修補系統的影響

李巖凌1，2， 肖群芳1，2，陳紅巖1

（1. 北京建筑材料科學研究總院有限公司，北京100041；2. 北京市預拌砂漿工程技術研究中心，北京100041）

界面過渡區對于混凝土修補系統的拉伸粘結強度起到關鍵作用。基層的狀態對修補系統拉伸粘結的影響表現為：基層水飽和狀態＞基層自然狀態＞基層干燥狀態。界面處理完成后，修補砂漿施工時界面劑的狀態對修補系統粘結強度影響較大，液體界面劑和雙組份界面劑在半干情況下進行修補砂漿施工時，修補系統的拉伸粘結強度更優。通過觀察修補系統微觀SEM可以看出，基層為水飽和狀態，界面劑為半干條件下，修補系統三種材料之間的兩個界面連接更為緊密。

混凝土修補；界面過渡區；基層狀態；拉伸粘結強度；微觀 SEM

0　引言

水泥基材料是當代使用量最多的人造結構材料之一，許多重要的、大型的基礎設施都是由水泥基材料建造的，其中被廣泛應用于大型基礎設施的混凝土是水泥基材料的代表。混凝土建筑物和構件在使用期間產生破損的現象屢見不鮮，起砂、開裂均為混凝土常見的問題。混凝土的破壞不僅影響了材料的力學性能，而且為腐蝕性介質的侵入提供了通道，從而加速了材料的破壞，導致其耐久性降低。

對產生破壞的混凝土進行修補是提高混凝土耐久性的重要手段，聚合物修補砂漿以其優良的性能被廣泛應用于混凝土修補領域中。使用修補砂漿進行混凝土修補時，通常會對舊混凝土進行界面處理，界面處理可以提高修補砂漿與舊基層的粘結性能，提高修補系統的穩定性。從混凝土修補宏觀角度出發，修補系統組成可分為三部分，（1）舊混凝土基層；（2）修補砂漿；（3）兩者之間的界面過渡區，混凝土修補系統的界面過渡區包括兩個界面，舊基層與界面處理劑的界面以及修補砂漿與界面處理劑的界面，前者重點在于舊基層的界面狀態，后者重點在于界面處理劑的狀態?，F階段大多研究都是對修補砂漿本身的物理化學性能的研究，而忽視了界面過渡區的重要性，界面過渡區是新舊基體結合的一個薄弱環節，它可以降低整個修補系統的粘結性能。本文將對修補系統界面過渡區中的兩個關鍵的界面狀態對修補系統的影響進行研究。

1　試驗材料及方法

1.1試驗材料

1.1.1基層

基層為滿足 JG/T 547－2005《陶瓷墻地磚膠粘劑》標準的混凝土板。

1.1.2修補砂漿

本文中涉及的修補砂漿包括普通修補砂漿和快速修補砂漿，其力學性能滿足表 1 要求。

表1　修補砂漿力學性能

1.1.3界面處理劑

（1）液體界面劑

固含量為 46% 的丙烯酸原液，加水按照 1:1 稀釋。

（2）雙組份界面劑

雙組份界面劑由干粉料和液料組成，干粉料主要成分為普通硅酸鹽水泥、細砂、保水劑，液料固含量 23% 的丙烯酸乳液，干粉料與液料按照 1∶0.8 的比例攪拌均勻。

1.2試驗方法

1.2.1基層狀態

自然狀態，基層在室溫（溫度(20±5)℃，濕度(55±10)%）條件下養護 48h。

干燥狀態，基層在干燥（溫度 (50±5)℃）條件下養護48h，室溫放置 2h。

水飽和狀態，基層浸水養護 48h，室溫放置 2h。

1.2.2成型方法

（1）無界面處理

在不同狀態基層上，直接成型修補砂漿。

（2）界面劑半干狀態

在不同狀態基層涂刷液體界面劑或雙組份界面劑，應均勻涂刷，不得漏刷。待液體界面劑施工后 20min，雙組份界面劑施工后 3h，進行修補砂漿成型。

（3）界面劑全干狀態

在不同狀態基層涂刷液體界面劑或雙組份界面劑，應均勻涂刷，不得漏刷。待液體界面劑施工后 3h，雙組份界面劑施工后 24h，進行修補砂漿成型。

1.2.3拉伸粘結強度

成型試件為 50mm×50mm，厚度 50mm，成型后標準條件（溫度 (23±2)℃，濕度 (50±5)%）養護至 28d，參照JGJ/T 70－2009 《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》第 10 節進行拉伸粘結強度測試。

2　結果與討論

2.1基層狀態對修補系統拉伸粘結強度影響

修補砂漿施工時，首先需要將舊基層清掃干凈，剔除松動部位混凝土，除去雜物、油漬等，形成無浮灰的裸露界面，然后需要涂刷界面劑。界面劑施工時，基層分為兩種情況，一是不做處理，即不對舊基層進行任何處理即涂刷界面劑，此時舊基層的狀態隨大氣溫度及濕度的變化而不同，其中最極端的狀態是溫度高、濕度低，基層處于干燥狀態；二是淋水處理，即對混凝土基層進行淋水處理后涂刷界面劑。針對界面干濕狀態對修補系統粘結強度的影響規律和機理，在國內外都缺乏系統的研究。國外有學者研究了界面處于濕飽和狀態和干燥狀態對修補系統粘結強度的影響，但幾位研究者的結論都不太相同，并且對試驗結果沒有給出很充分的解釋。 Ernmons 認為界面的濕度狀態對粘結強度有很大的影響，界面干燥會從補強材料中吸收水分，而界面過濕會堵塞孔隙阻止修補材料的吸收，因此認為濕飽和狀態最有利于界面結合；Austin 的研究結果表明，界面過干和過濕都會導致界面結合強度降低；Saucier 和 Pigeon 認為在低水灰比的情況下界面濕狀態對粘結強度沒有影響，而高水灰比時可以提高粘結強度；Cleand 和 Long 研究表明，自然干燥狀態和飽和干狀態的粘結強度較高，而飽和濕狀態粘結強度較低。

本試驗旨在模擬混凝土修補過程中舊基層的典型狀態對修補體系拉伸粘結強度的影響，三種基層狀態分別為定義為自然狀態、干燥狀態、水飽和狀態。對比三種基層狀態在無界面處理和液體界面處理兩種方式下，對普通修補砂漿修補系統與快速修補砂漿修補系統拉伸粘結強度的影響，試驗結果見圖 1 所示。

圖1　基層狀態對拉伸粘結強度影響

由圖 1 試驗結果可以看出，普通修補砂漿系統和快速修補砂漿系統在三種基層狀態兩種界面條件下，拉伸粘結強度的變化趨勢是一致的。基層為水飽和狀態下，修補系統拉伸粘結強度最高，在無界面處理時，水飽和狀態下系統拉伸粘結強度較自然狀態相比高出約 15%，較干燥狀態相比高出約120%；在界面進行液體界面處理時，水飽和狀態下系統拉伸粘結強度較自然狀態相比高出約 28%，較干燥狀態相比高出約 85%。

修補砂漿在工程應用時，舊混凝土基層狀態可分為：高溫條件下基層嚴重干燥、濕潤狀態、自然狀態，本文中三種基層狀態正是對實際工程施工基層狀態的模擬。從試驗結果也可以得出，基層干燥時進行修補砂漿施工是最不可取的，此時即使進行界面處理，系統的拉伸粘結強度仍然很低。基層進行淋水處理后，較自然狀態相比系統拉伸粘結強度有一定幅度的提升，尤其是界面進行液體界面劑處理后，提升幅度更大。也就是說，修補工程在進行液體界面劑處理時，界面更適宜于飽和水處理。

2.2界面劑狀態對修補體系拉伸粘結強度的影響

修補砂漿在實際施工應用時，通常會進行界面處理，將界面劑涂刷于舊混凝土基層上，界面處理可增加修補砂漿與混凝土基層的結合能力，提高粘結強度，減少空鼓開裂現象。界面劑一般分為有機液體界面劑、無機干粉界面劑、雙組份界面劑等類型。界面處理完成后，修補砂漿何時進行施工，現階段還沒有資料對這個問題進行解答，修補砂漿的施工時機一般隨著工程實際應用情況來決定，而修補砂漿施工時界面處理劑的狀態也不盡相同，修補砂漿的施工時間是否會對界面處理的作用有影響，還無人證實。本節中以普通修補砂漿和快速修補砂漿作為研究對象，選擇液體界面劑和雙組份界面劑，基層為干燥狀態、自然狀態、水飽和狀態下對比修補砂漿施工時界面劑的狀態對修補系統拉伸粘結強度的影響。其中試驗中的“半”為半干狀態，此時液體界面劑和雙組分界面劑一半已結皮或成膜的狀態，“全”為全干狀態，此時液體界面劑和雙組份界面劑完全干燥或成膜的裝狀態。試驗結果如表2及圖2、3所示。

表2　界面劑狀態對修補體系拉伸粘結強度影響　MPa

圖2　界面劑類型對普通起砂修補砂漿粘結性能的影響

圖3　界面劑類型對快速修補砂漿粘結性能的影響

從圖 2 可以看出基層在自然狀態、水飽和狀態、干燥狀態下，液體界面劑和雙組份界面劑半干時的拉伸粘結強度均優于全干狀態，雙組份界面劑半干狀態拉伸粘結強度優于液體界面劑半干狀態，液體界面劑全干狀態拉伸粘結強度優于雙組份界面劑全干狀態?；鶎訛楦稍餇顟B時，界面劑的類型及狀態對修補系統拉伸粘結強度影響不大。

從結果圖 3 可以看出：基層在三種狀態下，液體界面劑和雙組份界面劑在半干狀態下的拉伸粘結強度均優于全干狀態，且液體界面劑拉伸粘結強度優于雙組份界面劑。同普通修補砂漿系統類似，快速修補砂漿系統基層為干燥狀態時，界面劑的類型及狀態對修補系統拉伸粘結強度影響不大。

基層在干燥狀態下，雙組份界面劑不論半干還是全干拉伸粘結強度均不理想。對于雙組份界面劑來說，涂刷厚度一般為 1～2mm，在基層過度失水的狀態下，雙組份界面劑涂刷完后，基層很快吸收雙組份界面劑中的水份，使雙組份界面劑處于失水狀態，致使其不能完全水化，導致雙組份界面劑自身強度及穩定性不佳，從而影響整個修補體系的拉伸粘結強度。

2.3界面微觀狀態分析

本文 2.1 節、2.2 節，從宏觀出發，研究了基層狀態以及修補砂漿施工時界面劑狀態對修補系統拉伸粘結強度的影響，本節以普通修補砂漿為例，基層為自然狀態和水飽和狀態的修補體系界面過渡區的微觀形貌進行觀察，因基層為干燥狀態時，修補體系拉伸粘結強度不佳，所以本節未進行觀察。SEM 微觀圖像如圖 4 所示。

圖4　不同類型界面過渡區 SEM

從圖 4 可以看出，基層為自然狀態和飽和狀態下，未進行界面處理的基層與修補砂漿界面均明顯有一條縫隙，縫隙寬度約為 50～100μm。此縫隙對修補系統宏觀方面的影響是不言而喻的，未進行界面處理的修補系統在進行拉伸粘結強度測試時，多數破壞發生在修補砂漿與基層的界面。

基層為自然狀態時，液體界面劑半干狀態下，修補砂漿顆粒和液體界面劑較多融合，但能明顯看到基層與液體界面劑的界面；液體界面劑在全干狀態下，基層為自然狀態時，液體界面劑成膜，但液體界面劑與基層的界面更為明顯?；鶎语柡蜖顟B時，液體界面劑半干狀態下，將基層與修補砂漿連接到一起，兩個界面通過形狀似絮狀的分支融合到液體界面劑中；液體界面劑全干狀態下，液體界面劑成膜較好，與基層緊密相連，修補砂漿、液體界面劑、基層之間兩個界面均可清晰看到。

對比雙組份界面劑在半干狀態下的 SEM 圖像，基層為自然狀態時，雙組份界面劑半干狀態下，與基層相連的雙組份界面劑氣孔多，結構疏松。基層為水飽和狀態時，雙組份界面劑結構比自然狀態致密，且雙組份界面劑與基層連接緊密，與修補砂漿幾乎看不到相連界面。雙組份界面劑全干狀態，飽和狀態較自然狀態相比，界面結構致密，連接更緊密。

3　結論

（1）混凝土修補系統中，界面劑施工時，舊基層的狀態對修補系統整體拉伸粘結強度影響較大，水飽和狀態修補系統拉伸粘結強度最高，干燥狀態修補系統拉伸粘結強度最低。較自然狀態相比，水飽和狀態下基層界面進行液體界面劑處理后，系統拉伸粘結強度提升幅度更大?；炷列扪a工程在進行界面劑處理時，基層更適宜于飽和水處理。

（2）修補砂漿施工時，界面處理劑為半干狀態時，修補系統的拉伸粘結強度優于界面處理劑為全干狀態時。

（3）通過 SEM 微觀圖像可以明顯可出，基層為水飽和狀態，界面劑為半干狀態時，修補體系界面過渡區三種材料之間的兩個界面連接更為緊密。

［通訊地址］北京市石景山區金頂北路 69 號北京建筑材料科學研究總院有限公司（100041）

The effect of interface transition zone on the concrete repair system

Li Yanling1,2, Xiao Qunfang1,2, Chen Hongyan1
(1. Beijing Building Materials Science Research Institute Co., Ltd., Beijing100041; 2.Beijing ready mixed mortar Engineering Technology Research Center, Beijing100041)

The interfacial transition zone for tensile bond strength concrete repair system plays a key role. The State of concrete impact to the tensile bond of repair system, the influence law for tensile bond of repair system is water saturation state＞ natural state＞ dry state. After the interface treatment, the tensile bond of repair system is higher when the liquid and two-component interface agent is semi-arid than when the liquid and two-component interface agent is totally-arid. By SEM observation microscopic of repair system can be seen as a water saturation state, semi-dry conditions for the interface agent, two interface of repair systems connection between the three materials more closely.

concrete repair; interfacial transition zone; the State of concrete; tensile bond strength; microscopic SEM

李巖凌（1981－），女，山東東營人，碩士，工程師。主要研究方向：干粉砂漿產品及應用技術。