再生混凝土新舊界面剪切特性研究

李淑芬 賀曉東

（西京學(xué)院 土木工程學(xué)院，陜西 西安710123）

混凝土結(jié)構(gòu)在建筑、水利、公路橋梁等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，土地資源緊張，加之危樓舊樓的拆除，產(chǎn)生大量建筑垃圾。近年來，人們逐漸重視建筑垃圾的重復(fù)利用，并開展了相關(guān)研究。此外，老舊建筑物的加固研究也是目前研究的熱點問題之一，老舊建筑物的加固涉及了新舊混凝界面的強度問題[1-2]。關(guān)于再生混凝土力學(xué)性質(zhì)與耐久性研究成果較多[3-5]，但有關(guān)再生混凝土-混凝土界面強度的相關(guān)研究還不完善。本文以再生混凝土在結(jié)構(gòu)加固工程中的應(yīng)用為背景，研究再生混凝土新舊界面的強度特性，為今后的工程應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料基本力學(xué)性能

1.1 鋼筋。本次研究采用HRB400 的鋼筋作為混凝土植筋，在試驗開始前測定鋼筋的力學(xué)性能，具體參數(shù)見表1。結(jié)果表明本次試驗所用的HRB400 鋼筋滿足要求。

表1 鋼筋力學(xué)性能

1.2 再生骨料。本次研究所選用的再生粗骨料基體主要來源于陜西西安農(nóng)村建筑拆除后的廢棄混凝土。依據(jù)《混凝土用再生粗骨料》GBT25177-2010[6]測試了再生粗骨料的吸水率、堅實度指數(shù)、壓碎指數(shù)和表觀密度，并制備了I 類再生粗骨料。骨料基本物理性能如表2 所示。

表2 I 類粗骨料的基本物理性能

1.3 鉆孔舊混凝土強度。本次試驗需要在C30 舊混凝土之上鉆孔植筋，考慮到鉆孔之后，植筋孔會不會對混凝土本身的強度造成影響，因此對鉆孔之后的混凝土抗壓強度進行測試。測試結(jié)果如表3 所示。測試結(jié)果表面，鉆孔后的混凝土抗壓強度大于設(shè)計強度，說明本次植筋鉆孔對混凝土的影響較小，滿足試驗要求。

2 試驗破壞模式分析

本次研究主要對未植筋試件（試件A）、植筋試件（試件B）和植筋涂抹界面劑試件（試件C）三類接觸面進行剪切試驗，每三塊試件為一組進行試驗。

表3 C30 混凝土強度

2.1 界面刻槽未植筋試驗。試件A 的破壞形式為脆性斷裂，且斷裂面集中出現(xiàn)在刻槽處，表明再生混凝土新舊接觸面為混凝土整體受力的一個薄弱環(huán)節(jié)。當試件破壞時，新舊混凝土完全分離。從分離的界面處（圖1）可以觀察到，切槽對試件破壞位置影響并不大，與無切槽的試件相比同樣發(fā)生在結(jié)合面處，在界面處可以發(fā)現(xiàn)槽內(nèi)混凝土的斷裂橫截面。另外，從試驗過程曲線可以看出，切槽試件的破壞荷載明顯高于不切槽試件的破壞荷載，表明切槽對試件的抗剪強度提高顯著，但是結(jié)合面的破壞形式仍是脆性破壞。

圖1 試件A 破壞形式

2.2 界面刻槽植筋試驗。試件B 在加載初期，剪力迅速增長且呈線性發(fā)展。隨著剪力的逐漸增大，開始出現(xiàn)初始豎向裂縫，在極短的時間內(nèi)豎向裂縫發(fā)展到整個界面，此時剪力增加逐漸放緩，且曲線不在以線性發(fā)展。當達到界面破壞值后，接觸面發(fā)生破壞，但剪切力仍繼續(xù)增大，出現(xiàn)了又一個屈服點后，曲線才開始略微下降，逐步走向反方向。直到試驗停止，還有剪力存在并未像試件A一樣發(fā)生脆性破壞，加載到最后階段界面的承載基本由鋼筋來承擔，表面植筋試件的延性較好。與未植筋試件A 的荷載-位移曲線相比可知，植筋試件的極限破壞荷載明顯略高于不植筋試件，但是其破壞數(shù)值差距很小，且試件B 的抗剪延性顯著提高，不會發(fā)生脆性破壞，混凝土的整體性能較好。破壞界面如圖2 所示。

2.3 界面刻槽-涂抹隔離劑植筋實驗。試件C 與試件B 加載過程發(fā)生的界面裂縫和曲線變化基本相似。但是在前期試件C 和試件B 相比較可以觀測到試件C 的線性發(fā)展較長，且極限破壞值也比試件B 高出許多。表明涂抹粘結(jié)劑，可以有效的提高新舊混凝土界面的粘結(jié)性能。

試件C 與試件B、試件A 中均可以發(fā)現(xiàn)再生骨科的斷裂情況，表明再生骨料的強度還是略微有一些偏低。但是，從破壞后的混凝土形式可以觀察到，試件C 在加載之后再生混凝土端的試件比試件B 的整體性要差，出現(xiàn)了很多裂縫，甚至破壞程度較高。表明了界面劑起到了一定的粘結(jié)作用，甚至逼近了再生混凝土的抗壓強度，導(dǎo)致界面還沒破壞，再生混凝土試件已經(jīng)開始出現(xiàn)了破壞。但與試件A、試件B 比較其極限破壞荷載最大，表明其抗剪強度最高。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 不同界面處理方式對抗剪強度的影響

3.1.1 切槽-鑿毛處理結(jié)果分析。研究對比了人工鑿毛、高壓水射與切槽三種不同的界面處理方式下試件的抗剪強度，結(jié)果表明開槽法試驗得到的新舊混凝土界面的抗剪強度明顯高于人工鑿毛和高壓水射法，因此本次研究采用開槽法處理接觸面，具體試驗結(jié)果如表4 所示。

表4 界面處理方式參數(shù)

3.1.2 切槽涂抹-未涂抹界面劑處理結(jié)果分析。選用直徑為12mm 鋼筋制作植筋新舊混凝土試件，進而開展再生混凝土新舊界面之間涂抹界面劑和不涂抹界面劑的抗剪強度試驗研究，界面劑選用沈陽航星牌界面劑。由表5 可知，有界面劑的新舊混凝土界面的抗剪強度比無界面劑提高了大約5kN，表明涂沫界面劑可以提高新舊混凝土界面的抗剪強度。

表5 取代率為30%時有無界面劑參數(shù)

3.2 相同取代率下不同植筋率對抗剪強度的影響。圖3 為再生粗骨料取代率為50%時，不同植筋率條件下界面抗剪強度曲線。由圖可知，當植筋率增加時，新舊混凝土界面的抗剪強度也會提高。但是當植筋直徑高于12mm 后，抗剪強度會有所降低。甚至低強度混凝土試件本身發(fā)生破壞，鋼筋從內(nèi)部鉆出。分析原因，可能是由于植筋直徑為14mm 時，對舊混凝土試件鉆孔之后，孔徑過大導(dǎo)致低強度混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生破環(huán)，試件本身強度不夠引起了試件的破損和抗剪強度的降低。

3.3 相同植筋率下不同取代率對抗剪強度代率的增加，初始開裂的時間逐漸提前，且抗剪強度明顯也在降低，甚至有些試件破壞發(fā)生在再生混凝土試件內(nèi)部。

圖3 50%取代率時不同植筋率的抗剪強度曲線

圖4 Φ12 不同取代率的抗剪強度對比圖

4 結(jié)論

通過開展不同界面處理方式、不同植筋率、不同粗骨料取代率條件下的新舊混凝土界面抗剪強度試驗研究，得出了以下結(jié)論：

4.1 未植筋試件的剪切破壞為脆性破壞，植筋、植筋+界面劑條件下表現(xiàn)出更好的延性，且界面強度有所提高。

4.2 相同粗骨料取代率條件下，隨植筋率增加，界面強度增大，但超過12mm 時，界面強度有所降低，說明過大的植筋率會破壞混凝土自身強度。

4.3 相同植筋率條件下，隨粗骨料取代率的增加，界面強度降低明顯。