结构工程师辅导: 混凝土界面处理剂对混凝土性能的影响
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发布时间：2023-09-19 23:35
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时间：2024-06-29 23:55
关键词：界面剂 机理 应用The influence of interfacial agent in the properties of concrete Abstract： Studying the adherence performance and engineering application of new on old concrete a has been the key problem of repairing concrete structure. Interfacial agent is a effective and simple way to solve the problem. In this paper we introced the type， application and mechanism of the interfacial agent.
Key words： interfacial agent mechanism application
1. 混凝土界面处理剂的分类混凝土在现代建筑中占有极其重要的地位。然而经过长期应用之后，混凝土的老化修补，病害修复己越来越引起世人的关注和学者们的重视，混凝土的损坏，病害及其防治、修补材料，修补技术已经越来越受到人们的重视。对旧混凝土的维护，修复时在旧混凝土结构物与修补混凝土的接触面形成新旧混凝土界面，新旧混凝土界面粘结质量决定新旧混凝土能否形成统一的整体。大型建筑物，诸如大型海下上程，大高度的大坝，大跨度的桥梁，超高建筑物浇筑混凝土能否与己硬化的混凝土很好粘结，关系到混凝土结构物的整体性。因此选择一种好的界面剂就成为保重新老混凝土浇筑后保持整体性和质量的关键。
混凝土界面处理剂主要功能是增强新旧混凝土（砂浆）界面的粘结能力，是一种改善砂浆层与水泥混凝土、加气混凝土等材料基面粘结性能的砂浆外加剂。
界面处理剂按组成分为两种类别：1） P类：由水泥等无机胶凝材料、填料和有机外加剂等组成的干粉状产品；2） D类：含聚合物分散液的产品，分为单组分和多组分界面剂。D类产品需与水泥等无机胶凝材料和水按适当比例拌和后使用。
界面处理剂改性常用的聚合物有：丁苯乳胶、丙烯酸酯共聚乳液、氯丁胶乳液、聚氯乙烯-偏氯乙烯乳液、聚乙烯醇、丙烯酸乳液和醋酸乙烯共聚乳液等等。
这种乳液在使用上往往会有很多问题，例如：准确控制聚合物乳液的掺量，搬运上的困难和风险，还有物流等方面的问题。1953年Wacker Chemie发明了可再分散粉末，解决了上述问题。目前市场上常见的可再分散乳胶粉按照共聚物的组成可以分为单组分的均聚物，二元共聚物以及三元共聚物三种。
1） 醋酸乙烯酯（VA）： 第一代可再分散乳胶粉，VA在碱性条件下使分子链上带上的羟基或羧基水解，进而导致聚醋酸乙烯酯耐水性、耐碱性下降，另外其耐老化性能也较差，因此这类胶粉不适合用于室外和潮湿的地方。
2） 醋酸乙烯酯－乙烯（EVA）：VA的改进型，EVA的可再分散乳胶粉在聚醋酸乙烯酯的分子链中引入乙烯基，乙烯的内增塑作用提高了可再分散乳胶粉的耐水性和耐碱性，同时也降低了玻璃化转变温度Tg和最低成膜温度，10%的乙烯就可以将聚醋酸乙烯的Tg由27℃降低到-25℃，从而使得胶粉改性砂浆的柔性增强，抗冲击能力提高，但是使用较多的乙烯时，会使乳胶粉的热稳定性降低。
3） 醋酸乙烯酯－叔碳酸乙烯酯（VA/VeoVa）：VeoVa是高度支链化的叔碳酸乙烯酯，由壳牌化学公司生产，在可再分散乳胶粉中应用的主要为含有9-11个碳的叔碳酸乙烯酯单体，其较低的玻璃化转变温度使得产品有良好的内增塑作用，α-碳原子上的非极性和空间屏障结构，决定了叔碳酸乙烯酯及其共聚物有优异的抗氧化性、耐紫外线性，且其耐水性、耐碱性、耐候性均优于EVA.有文献报道当VeoVa的含量达到20%时，就能保证VA的酯键免于水解，当VeoVa的含量超过25%时获得良好的耐候性。
4） 醋酸乙烯酯－叔碳酸乙烯酯－丙烯酸酯（VA/VeoVa/Ac）：在VA/VeoVa中加入丙烯酸酯类的物质进行共聚的目的在于进一步提高耐碱性，耐水性以及提高附着能力。但丙烯酸酯的种类不同其改性的重点也有所不同，例如：加入Tg较高的丙烯酸酯（如甲基丙烯酸甲酯）主要是为了提高可再分散乳胶粉的粘接强度，而加入Tg较低的丙烯酸酯则是为了增加附着力、提高砂浆的抗冲击能力。
可再分散乳胶粉聚合物界面剂在混凝土中改性混凝土性能主要分为以下三个过程：第一阶段：在初始乳液中聚合物颗粒自由移动。随着水分的蒸发，颗粒的移动自然受到了越来越多的*，水与空气的界面张力促使他们逐渐排列在一起；第二阶段：颗粒开始相互接触时，网络状的水分通过毛细管蒸发，施加于颗粒表面的高毛细张力引起乳胶球体的变形使它们熔合在一起，剩余的水分填充在孔隙中，膜大致形成；第三阶段：最后阶段是聚合物分子的扩散（有时称为自粘性）形成真正的连续膜。
2. 界面剂改性新旧混凝土粘结强度机理新老混凝土粘结的整体宏观力学性能其实是界面的微观结构的具体表现，一般认为，范德华力、化学力、机械咬合力和表面张力是界面粘结力的主要来源。
新老混凝土粘结层是叠合层面，其内部存在着许多不利于粘结的因素。新混凝土浇注之前，老混凝土粘结面除了凿毛外还必须泅水。泅水饱和度对粘结强度有一定影响。泅水不足时，老混凝土将从新混凝土中吸收水分，如果粘结面附近的新混凝土失水过多，那么这部分的水化反应将不充分，影响粘结强度。当泅水充足时，老混凝土粘结面上的粗骨料周围将形成薄层水膜，这部分骨料将同新混凝上中的骨料一样，在周围形成“过渡层”。“过渡层”内水灰比高，水化晶体尺寸大，结构疏松，是低强区。当新老混凝土中的骨料相接近时，其叠加效应将更显著，此局部粘结层的粘结强度会更低。
也有人认为认为在进行新老混凝土粘结试验及实际混凝土修补时，新混凝土有的一个结合曲面，但新老混凝土粘结破坏曲面不是的（即不定在原来的结合面处破坏），在原结合曲面附近有无数个可能的破坏曲面，这些曲面构成一个“新老混凝土粘结破坏区”。实际上新老混凝土破坏区是老混凝土、粘结界面和新混凝土所组成的一个特殊的新老混凝土过渡层。新老混凝土粘结的成败取决于这一过渡层混凝土的微观结构和力学特性。粘结区的混凝土破坏机理与整浇混凝土的破坏机理基本相同，所不同的是，其内部的潜在缺陷比整浇混凝土更严重，且内部初应力和应变更复杂，这是粘结区混凝土力学性能较整浇混凝土低的主要原因。粘结区内部潜在的缺陷比整浇混凝土严重的多，造成这种严重缺陷的原因主要有一下几点：（1）粘结面附近老混凝土的强度劣化及粘结界面处理时，对老混凝土石子的扰动；（2）新老混凝土粘结界面处，新老混凝土结合不良；（3）新混凝土浇注不实及新混凝土本身固有的结构组织特性（例如轻骨料混凝土）。粘结区混凝土内部严重的潜在缺陷是造成粘结区混凝土破坏的主要原因之一；原因之二是其内部复杂的初应力（应变）。由于粘结区有已受力的老混凝土和新浇注的新混凝土，老混凝土中的应力与新浇注时产生的温度应力、收缩应力等交织在一起，在粘结区混凝土中构成复杂的初应力。这些复杂的初应力和严重的混凝土缺陷，影响了粘结区混凝土的力学性能。
3. 影响新老混凝土粘结强度的因素在混凝土修补加固后，要使新老混凝土真正成为一个整体来共同工作，则新老混凝土界面的良好粘结就成为关键所在。有很多修补加固的结构在工作一段时间后，粘结面就出现裂缝，新补混凝土也出现剥落和裂缝现象，使整体结构的使用功能和安全性再次受损，没有能够很好的达到加固修补的目的。影响新老混凝土的粘结性能的因素很多，归结起来有以下几个因素。
1. 新旧混凝土的强度等级对新旧混凝土的粘结强度有一定程度的影响。新混凝土强度等级越高，新旧混凝土粘结强度越高，而且新混凝土强度对粘结强度的影响较显著。旧混凝土强度等级对新旧混凝土粘结强度的影响不如新混凝土显著，随着旧混凝土强度提高，新旧混凝土粘结强度有下降的趋势。
2. 旧混凝土表面的含水状态对新旧混凝土的粘结强度也有一定程度的影响。旧混凝土表面含水过少对粘结强度有不利的影响，经过实验得出为了获得较高的粘结强度，在旧混凝土表面浇注新混凝土之前，旧混凝土表面至少明水润湿1.5个小时以上。
3. 旧混凝土表面的处理方式也是影响新旧混凝土粘结强度的一个因素。局部凿毛法（凿坑深度在1.5-2cm）比整体凿毛法对提高新旧混凝土的粘结强度更有利。
4. 旧混凝土表面涂刷界面剂是提高新旧混凝土粘结强度的技术措施。
5. 不同的修补方位获得不同的粘结强度，其中斜上补、上补和侧补对新旧混凝土的粘结强度是有利的，而下补和斜下补对粘结强度是不利的。实际上程中，应该尽量的采用斜上补、上补和侧补方位。
4. 工程应用
长沙某桥梁工程由于年代久远、混凝上质量差等原因，存在露筋、锈筋、孔洞等情况。按设计要求进行叠合板施工，并在板面层植穿板筋。依据《混凝上结构加固规范》（CECS25：90）中规定，在浇注混凝上前，原混凝上表面应以水泥浆等界面剂进行处理。为保证新老混凝上整体工作性优良，要对其界面进行处理。结合工程现场的情况，采用某种高分子聚合物混凝上复合界面处理剂对楼板面层进行界而处理。经试验表明其各项性能指标均满足相关标准规定。
