新旧混凝土黏结收缩变形性能研究

新旧混凝土黏结收缩变形性能研究

张欢

长江委陆水试验枢纽管理局   湖北省咸宁市  437300

摘要：新旧混凝土结合的质量要求,不仅要结合强度高,而且要避免新旧混凝土收缩时结合面处脱裂。由于旧混凝土的收缩已完成,而新混凝土的收缩刚刚开始。文章采用三因素三水平正交试验法，结果表明：界面粗糙度在三种置信水平下对收缩率的影响均为不显著，减缩剂掺量和玄武岩纤维掺量在置信水平90%和95%下的影响为显著，在置信水平99%下的影响为不显著；对新旧混凝土黏结界面收缩性影响大小排序为玄武岩纤维掺量>减缩剂掺量>界面粗糙度；当界面粗糙度为3.0~3.5mm，减缩剂掺量为4%，玄武岩纤维掺量为6%时，新旧混凝土抑制收缩变形的效果最好。

关键词：黏结收缩变形；界面粗糙度；减缩剂；玄武岩纤维

引言

随着我国经济的快速发展和基础设施建设的不断扩大，对混凝土的需求量日益增大。与此同时，普通混凝土依旧存在着自重大、抗拉强度低、脆性大、混凝土废弃料不易回收等缺点，使得材料的利用率不足，不符合人们对未来建筑材料的标准，不符合人们对现代建筑结构超高层化、超大跨化的需求，而现代混凝土技术的主要发展趋势是混凝土的高性能化。

1试验概况

1.1原材料

玄武岩纤维：平均密度2.85g/cm3，抗拉强度4000MPa，弹性模量86GPa，断裂伸长率3.15%，软化点960℃，最高使用温度700℃。减缩剂：型号SBT-SRA，主要成分为烷基聚醚，平均含固量40%。水泥：P·O42.5普通硅酸盐水泥，筛余量1.75%，MgO和SO3含量分别为3.5%和1.7%，初凝和终凝时间分别为150min和205min，28d抗折和抗压强度分别为8MPa和49.4MPa。细骨料：中砂（细度模数2.6），平均密度2.63g/cm3。粗骨料：碎石，粒径范围为5~25mm，平均密度2.65g/cm3。水：自来水。

1.2试验方案

采用正交试验法（三因素三水平）进行方案设计，主要探讨界面粗糙度（A）、减缩剂掺量（B）和玄武岩纤维掺量（C）三个因素对黏结性能的影响。混凝土的基本配合比：水泥460kg/m3、水195kg/m3、砂580kg/m3、碎石1165kg/m3；界面粗糙度设置0.4~0.5mm、1.5~2.0mm和3.0~3.5mm三个水平，减缩剂掺量设置0%、2%和4%三个水平，玄武岩纤维掺量设置0kg/m3、3kg/m3和6kg/m3三个水平。具体正交试验方案见表1。

表1正交试验方案

1.3试验方法

混凝土收缩变形试验采用非接触式方式，新、旧混凝土尺寸均为50mm×100mm×515mm，旧混凝土养护时间超过1a，位移测量仪器的精度为0.002mm，见图1。试验步骤：（1）将旧混凝土试件放入试模中，然后在四周涂抹润滑油以减少摩擦阻力；（2）用固定杆将标靶垂直于收缩方向固定在两端；（3）在旧混凝土面上凿毛到设计深度，清理干净表面后，将新拌混凝土浇筑在旧混凝土上，并振捣密实；（4）安装位移传感器探头；（5）测量新、旧混凝土的黏结收缩变形，测量时间为30d。

2试验结果分析

2.1收缩变形

不同方案下新、旧混凝土收缩率随时间的变化规律。可知：随着时间的增加，新、旧混凝土界面黏结收缩变形逐渐增大，并表现出早期增长快、后期趋于平缓的变化特征；在0~10d内，收缩率增长速率较快，但收缩率增长幅度逐渐减小；当时间超过10d后，收缩率基本达到稳定状态，增长幅度基本保持不变；试验30d后，1~9试验组的收缩率分别为440×10-6、315×10-6、215×10-6、375×10-6、250×10-6、330×10-6、280×10-6、390×10-6、260×10-6，试验1组的收缩率最大，试验3组的收缩率最小，收缩率仅为试验1组的49%。

2.2极差分析

对30d所得的收缩率进行极差分析：将各因素的第一、第二、第三水平对应试验值分别相加，记为K1、K2、K3，再对K1、K2、K3求解平均值，分别记为k1、k2、k32。界面粗糙度（A）、减缩剂掺量（B）和玄武岩纤维掺量（C）三个因素对应的极差值R分别为13.33、96.67和138.34，表明玄武岩纤维掺量对新旧混凝土界面收缩性能的影响最大，其次为减缩剂掺量，对新旧混凝土界面收缩性能影响最小的是界面粗糙度。将各因素水平作为横坐标值，将30d平均收缩率（k值）作为纵坐标值，得到各因素水平下的关系趋势。

随着界面粗糙度水平的增加，新旧混凝土界面30d收缩率逐渐减小，当界面粗糙度从0.4~0.5mm增加至1.5~2.0mm时，收缩率降低了1.5%；当界面粗糙度从1.5~2.0mm增加至3.0~3.5mm时，收缩率降低了2.6%，这说明增加新旧混凝土界面的粗糙度可以降低收缩变形，但效果不是很明显。随着减缩剂掺量的增加，新旧混凝土界面30d收缩率也呈逐渐减小趋势，当掺量从0%增加至2%时，收缩率降低了12.8%，当掺量从2%增加至4%时，收缩率降低了15.7%，说明减缩剂对于改善新旧混凝土界面收缩变形效果比较明显。随着玄武岩纤维掺量的增加，新旧混凝土界面30d收缩率仍呈逐渐减小趋势，但掺量从0%增加至3%时，收缩率降低18.1%，当掺量从3%增加至6%时，收缩率降低21.6%，说明玄武岩纤维掺量对于改善新旧混凝土界面收缩变形效果十分明显。收缩率越小越好，故均应取k值对应最小的水平组合作为最佳组合；对于界面粗糙度（A）而言，k1、k2和k3分别为323.33、318.33和310，故A3为最优水平；对于减缩剂掺量（B）而言，k1、k2和k3分别为365、318.33和268.33，故B3为最优水平；对于玄武岩纤维掺量，k1、k2和k3分别为386.67、316.67和248.33，故C3为最优水平。通过极差分析得到的最优组合方案为A3B3C3。

2.3方差分析

假设新旧混凝土界面收缩率均为服从独立的同方差正态分布，对三种因素的F值进行计算分析，界面粗糙度（A）的F值为0.66，减缩剂掺量（B）的F值为35.12，玄武岩纤维掺量（C）的F值为74.16；显著性水平a取值为0.1（置信水平90%）、0.05（置信水平95%）和0.01（置信水平99%）时，对应的临界F值分别为F0.1（2,2）=9.00，F0.05（2,2）=19.00，F0.01（2,2）=99.00，由此可见，界面粗糙度（A）在三种置信水平下在对收缩率的影响均为不显著，减缩剂掺量（B）和玄武岩纤维掺量（C）在置信水平90%和95%下的影响为显著，在置信水平99%下的影响为不显著。通过三种因素的F值大小对比可知：对新旧混凝土黏结界面收缩性影响大小排序为玄武岩纤维掺量（C）>减缩剂掺量（B）>界面粗糙度（A）。通过上述分析可知：玄武岩纤维和减缩剂对于新旧混凝土界面的收缩性影响较显著，而增加界面粗糙度对改善界面收缩变形影响不大；掺入玄武岩纤维和减缩剂的量越大，对收缩变形的改善效果越明显，这是因为玄武岩纤维具有较高的弹性模量和抗拉强度，与混凝土界面黏结强度高，因而可以抑制收缩变形。减缩剂本身原理是通过降低混凝土内部水的表面张力，减小混凝内部的毛细孔张力，从而达到消除收缩的目的，而不是抑制收缩，因此不会在混凝土内部形成不平衡力，同时对于混凝土强度不会造成太大影响。在实际工程中，由于减缩剂经济成本高于玄武岩纤维，因而减缩剂的掺量一般推荐为2%，玄武岩纤维掺量可视情况进行增减，从而达到减缩的目的。

结束语

试验仅对收缩变形性能进行了试验分析，今后还应对断裂性能、强度性能、耐久性能等进行进一步的补充研究，并结合工程经济性，以确定出更合理的组合方案。

参考文献

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