淺議新老混凝土結合面的處理

阮宗彬 阮阿旎

摘要：本文對新老混凝土粘結面發生斷裂特性的相關因素作了簡要分析，分析提出新老混凝土表面處理方法及粘結材料的特性和作用。

關鍵詞：新老混凝土；處理方法；粘結分析。

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

近年來，新老混凝土粘結性研究受到了業界的廣泛關注。在我們所建的各類水利工程中，凡涵閘站壩橋路，無論是新建、拆建、維修、加固，在已硬化的混凝土上或已鑿除劣化、酥松部分露出堅實的混凝土基層上澆筑新混凝土時，經常遇到新老混凝土或砂漿的粘結問題。常見的，涵閘站的墩墻、橋梁基樁鑿樁頭接墩柱、閘站橋的上部結構以及水泥砼路面斷裂的修補等建筑物工程設施，都涉及到新老混凝土能否結合為一個整體以共同發生作用的問題。在實際施工過程中新老混凝土粘結面已成為建筑物結構的薄弱環節，結合面微裂縫的發生、發展及失穩已成為結構安全性和耐久性的控制參數。

一、新老混凝土粘結性能因素分析

根據混凝土粘結的不同因素，采取帶切口的三點彎曲梁試件進行試驗。試驗主要考慮了混凝土材料等級、試件強度、試件尺寸以及界面劑、粘結面粗糙度、粗骨料粒徑和粘結齡期等因素對新老混凝土粘結性能的影響。從試件破壞面可看出，發生的新老混凝土粘結試件斷裂破壞均處在新老混凝土粘結面上，破壞面痕跡線與老混凝土界面粗糙度跡線一致。通過對試件斷裂破壞特征分析后認為，新老混凝土的粘結破壞現象實質上是新老混凝土粘結界面的微裂縫在各種因素的作用下不穩定擴展而引起的。對影響粘結面斷裂的各種因素均進行了3～4次重復試驗，結果可看出，對新老混凝土粘結斷裂韌度影響的最顯著的因素為：粘結面粗糙度和界面處理劑。

通過大量的工程實踐和不同情況下的理論分析結果表明，影響新老混凝土粘結的因素很多，歸納起來有：被加固混凝土界面的處理方法（如對舊混凝土鑿除方式、鑿除深度、粘結界面微裂縫情況及粗糙程度）、加固用的新混凝土的收縮、水泥品種、水泥用量、水灰比、砂石粒徑、骨料級配及含泥量、針片狀含量、齡期、預先濕潤、混凝土施工質量、養護方法及氣候狀況（如濕度、溫度情況）等等，各項因素之間互相影響，從而使問題變得錯綜復雜。

現場試驗表明，界面的結構與界面混凝土的力學性能有密切的關系，現在比較一致的看法是硬化水泥漿與骨料之間存在過渡區；界面過渡區組成的界面區中主要存在有水化硅酸鈣、鈣礬石和未水化的熟料顆粒及孔洞、裂縫。界面過渡區中晶體比水泥漿本體中的晶體粗大且具有更大、更多的孔隙。這些特點決定了界面過渡區強度低，容易引發裂縫，并且裂縫易于傳播，從而使界面過渡區成為最薄弱的環節。

總之，界面處理情況、新混凝土的特性、界面劑的使用等是影響新老混凝土粘結的最主要因素。

二、新老混凝土結合面處理方法

表面處理是指清除掉老混凝土結合面上所有損壞的、松動的和附著的骨料、砂漿及雜質雜物，并使堅固的部分骨料露出表面，構成粗糙面以提高粘結性。影響新老混凝土結合面粘接性能的因素較多，老混凝土表面的處理方法將直接影響新老混凝土粘結的好壞。實踐證明，混凝土的粘結對結構物的使用壽命大有影響。新老混凝土粘結問題解決得不太好的原因，一是問題確實有其復雜性，二是對其還未有足夠的技術投入，特別是結構與材料的銜接與合作。

處理新老混凝土結合面方法需掌握以下幾個原則：合理有效的表面處理；根據實際情況有針對性地選擇粘結劑；嚴格控制新混凝土澆筑時間；及時的養護措施。老混凝土表面處理是混凝土修補的第一步，也是關鍵的一步，表面處理的粗糙度是影響粘結性的主要因素。對于表面處理，如果經鑿除沖洗抹漿的表面清潔、無油污或其它松散外皮，則一般都能得到較好的粘結面，粘結強度也較高；反之，較差的粘結面，粘結強度也較低。老混凝土表面的處理方法很多，主要有：人工鑿毛法、高壓水射法、沖洗抹漿法、噴射砼修補法、間隔測試法等等。

(一)人工鑿毛法是鑿除老混凝土表層達到粗糙的同時，在其表層下會同時伴有裂縫出現，撓動周圍混凝土使粘結強度降低，而且帶來噪聲和粉塵等污染。如果采用鋼刷清除表層，實際上只是做表面清理，而不是表面處理，用該法清理的表面粘結性能差。

(二)高壓水射法是比較好的方法，該法易操作且沒有振動、噪聲和灰塵，此外，使用該法處理老混凝土表面，不撓動周圍保留的混凝土，同時混凝土表面被清潔干凈、濕潤，這是獲得良好粘結的最有利條件。更重要的一點是高壓水射法適用于任何情況，在有鋼筋的情況下，不但不會損傷鋼筋且能為鋼筋除銹。采用高壓水射法，壓力為150MPa。研究結果表明高壓水射法不損傷周圍混凝土，因周圍混凝土中沒有微裂縫產生，故界面粘結強度高。

(三)沖洗抹漿法即對老混凝土表面預先沖洗濕潤，然后用高一級標號的水泥砂漿抹面，再澆注同標號混凝土，這種處理一般認為粘結效果不理想，原因是混凝土表面存在的水膜影響新老混凝土之間的良好粘結。事實上可理解為高一級標號的水泥砂漿充當了粘結劑的作用，此“粘結劑”在界面殘留積水的情況下會嚴重影響粘結力，因此，界面的干濕狀態對粘結強度影響較大。

(四)噴射砼修補法主要針對薄壁結構的修補或補強，與老混凝土表面處理關系密切，此法適用范圍廣，容易施工。拱橋主拱圈的底面錨噴砼加大截面即為常見的噴射混凝土維修加固的例子。

(五)間隔測試法主要指建筑物不同結構部位因施工工序或施工時間的先后產生時間差；試驗結果有兩種情況：新老混凝土澆筑間隔在三天之外，水泥未充分硬化，鑿毛處理時界面的骨料受到沖擊和擾動，在這里形成新的薄弱層，骨料與水泥之間的粘結強度較低。新老混凝土澆筑間隔在三天之內，老混凝土中的水泥還未失去活性，并與新混凝土發生化學反應，新老混凝土之間粘結力較高。

三、新老混凝土結合面修補用料

根據不同情況選擇不同的合適的修補材料非常重要，為了使混凝土結構在修補后達到耐久性，應采用與原結構中相同的混凝土和砂漿，其水泥和骨料的品種則力求與原有混凝土所用相同，如結構是因化學侵蝕而損壞，則可能要改用其他品種的水泥和保護涂層，以便在鋼筋周圍重新形成耐久的保護性環境。修補后結構的耐久性取決于新老混凝土粘結的耐久性和修補材料的耐久性。一般情況下，對修補材料來說，最重要的性質是它與老混凝土的粘結力，還要求其熱膨脹系數及彈性模量與原混凝土相接近，而且耐久，強度至少要與原混凝土相等。

近年來對粘結劑的發展很重視。新老混凝土的粘結力不僅與粘結劑的物理性質有關，而且與老混凝土表面處理方法、粘結劑的施工方法和優質粘結劑的選擇有關?；炷列扪a常常因為新老混凝土之間的粘結失效而導致破壞，雖然在開始時新老混凝土之間有較好的粘結性，但由于新混凝土的收縮在新老混凝土粘結面上產生應變，該應變大得足以能使粘結破壞，為此應選擇收縮小的材料。

混凝土的修補材料，一般有環氧樹脂類、聚合物改性砂漿（砼）、水泥和其它填料（火山灰、硅灰、粉煤灰等）混合改性材料等，修補用新混凝土與老混凝土的粘結性能是決定界面粘結強度的重要因素，這是材料本身特性決定的。新混凝土收縮產生的微裂縫也是粘結強度降低的主要原因，如在新混凝土中加入一定量的膨脹劑，可大大提高粘結質量，橋梁工程中對預應力系統用膨脹混凝土壓漿即為常見的處理方式。修補用混凝土的抗滲性最好與舊砼相近，特別是在潮濕的環境下，如地下箱形基礎、樁基頂面或大壩工程中，粘結界面處水分的積聚將導致粘結力的損失甚至加大凍融循環破壞的危險性。試驗表明，彈性模量、熱膨脹系數、強度、徐變系數等修補材料的物理力學性能與舊砼接近有利于新老混凝土的粘結。傳統的處理新老混凝土的粘結方法，即如上述方法，直接在老混凝土上澆筑新混凝土，實踐證明效果不理想。很多工程在使用了一段時間后出現粘結退化的情況，這就促使我們尋求改善界面粘結情況，方法之一就是采用混凝土界面處理劑。界面處理劑作為一種高性能合成材料，具有粘結兩種不同性質的固體材料，適用于新老混凝土連接防脫層，油污、起砂基層處理，有防空鼓、防水隔潮及防腐等作用，價格低廉，性能優良，在國內已有較多的研究和應用。

聚合物改性水泥砂漿對老混凝土及鋼筋有良好的粘結力，其抗拉強度高于普通砂漿，抗拉彈性模量低。聚合物作為另一種界面處理劑，加入混凝土中可使混凝土結構致密，毛細孔減少，使聚合物砼干縮量小，密實度高，抗滲性能好。上述性能的聚合物混凝土適合于防止鋼筋腐蝕的優良保護材料和防滲材料，常用于房屋建筑和橋梁等工程的外露結構混凝土病害防治（如凍融剝蝕等）和破損部分及裂縫的修補。

四、結束語

在我國，現存大量的水庫大壩、涵閘、水電站等水利設施嚴重老化，急需進行修補加固。隨著經濟的發展，交通量的增大，及各種超載事故等情況的增多，交通設施受損日趨嚴重。用于道路、交通設施的混凝土修補費用日益增多，如何使這類設施得到長久有效的修補，是一個非常重要的研究課題。實際工作中，老混凝土表面的處理方式，不同界面劑的選用，修補材料的種類及特性，新老混凝土的收縮差異等因素對結合面粘結的影響仍然是探討新老混凝土粘結的重要方面，而作為檢驗新老混凝土粘結性能的試驗也必須加強，尤其在橋梁維修加固實踐中對新老混凝土粘結方面的檢測不應僅僅局限在全橋動、靜載實驗，而應該立足于粘結的普遍問題早日在我國水利、交通等基礎設施建設中不斷加以完善。