砂漿—混凝土界面粘結性能拉拔試驗方法研究

鄭重鋒 喬實 張健

摘要：本文結合國內外標準規范中不同的拉拔試驗方法，通過混凝土與砂漿界面粘結性能的一系列試驗，分析和探討了在試驗室環境下和現場施工環境下不同試驗方法的優缺點，并嘗試給出一種便于施工現場進行的有效的粘結力試驗方法，該方法在一定程度上也適用于其他修補或防護產品的混凝土界面粘結性能檢測。

關鍵詞： 砂漿—混凝土界面 粘結性能 拉拔法

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

1.引言

混凝土界面粘結性能研究是當前工程界廣泛關注的新問題。無論是已建工程改造、加固、修補或者是興建工程中在已形成施工縫的基層上澆筑新混凝土或砂漿，或是涉及到新舊混凝土結合的混凝土界面，其界面的粘結強度一般都低于整體澆筑的混凝土結構強度，因此成為混泥土結構的薄弱環節[1]。目前國內工程界對混凝土界面的處理工藝和機理已開展廣泛研究，市面上也出現了很多改善界面粘結性能的產品，但對界面粘結性能的檢測和評定方法的相關研究還不多，尤其是在施工現場進場的較高強度粘結性能的檢測，目前還沒有一個統一有效的檢測和評定方法。

國內標準規范中對砂漿—混凝土界面的粘結性能給出了一些試驗方法，但由于砂漿粘結強度的要求都較低，一般不超過0.5MPa，因此不一定適用于高強度的產品。

本文對國內外相關標準中的試驗方法進行了對比和分析，結合國內某核電工程的實際需求，以砂漿—混凝土界面的粘結性能為研究對象，對不同的試驗方法進行了研究，并嘗試給出一種便于施工現場進行的粘結力試驗方法。

2.試驗方法介紹

2.1.方法①：JGJ 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》[2]

在JGJ 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》第10章中，給出了一種粘結力的檢測方法。該試驗在試驗室條件下進行，基底采用質量比為水泥：砂漿：水=1:3:0.5的標準砂漿，用同一批待檢砂漿在基底上成型10個40mmx40mm的試樣，養護13天后在試件上用高強度粘結劑固定夾具，再養護24h（即實際齡期為14d）后，在試驗機上進行拉拔試驗，至試件斷裂，讀出粘結強度值。

2.2.方法②：JGJ/T 220-2010《抹灰砂漿技術規程》[3]

JGJ/T 220-2010《抹灰砂漿技術規程》附錄A中給出的抹灰砂漿現場拉伸粘結強度試驗方法，適用于施工現場檢測。

該試驗在實體抹灰砂漿施工完成28d后進行。用手持切割鋸在不小于2m2的面積內取7個試樣，切割的試件尺寸與拉拔板（100mm*100mm的正方形或直徑為50mm的圓形）的尺寸相同，切割應深入基層，且切入基層的深度不應大于2mm。在試件頂部用高強度粘結劑固定拉拔板，并與拉伸粘結強度檢測儀的拉力桿鏈接，通過檢測儀拉拔試件至試件斷裂，讀取拉力值，再測量斷面的邊長計算斷面面積，得出粘結強度值。

2.3.方法③：歐標NF EN 1542：1999-07《混凝土結構修復產品及系統-拉拔法測量粘結強度》[4]

此標準是歐洲標準中用于處理混凝土結構防護和修補產品及系統的標準之一，給出了適用于混凝土防護和修復產品（漿體、砂漿、混凝土等）的粘結強度的一種試驗方法。

該試驗在試驗室環境下進行，在300mm*300mm的標準模具中鋪設厚100mm的標準基底混凝土，對表面進行處理后養護7天，然后清理基底混凝土表面并鋪設待檢測試樣；養護7天后用鉆芯取樣機（切割機）鉆取5個試件，鉆芯深度應貫穿測試樣品并進入基底混凝土（15±5）mm。用高強度粘結劑固定拉拔底座，并用專用拉拔試驗設備對這些試樣進行拉拔試驗至斷裂，讀取數據。

表1 不同試驗方法分析

方法① 方法② 方法③

引用標準 JGJ 70-2009

《建筑砂漿基本性能試驗方法》 JGJ/T 220-2010

《抹灰砂漿技術規程》 NF EN 1542：1999-07

Measurement of bond strength by pull-off

試驗環境 試驗室 施工現場 試驗室

試驗條件 （20±5）℃

相對濕度（60±15）% 施工環境 （21±2）℃

相對濕度（60±10）%

基底混凝土 標準混凝土

（水泥：砂漿：水=1:3:0.5） 現場混凝土 標準混凝土

（參考EN1766）

試件制作方式 模具單獨成型 整體成型，手持切割機切割 整體成型，鉆芯機鉆芯

試件養護時間 14d 28d 28d

試件尺寸 40mm*40mm 100mm*100mm Ф(50±0.5)mm

拉拔固定方式 夾具 拉拔板+粘結劑 拉拔底座+粘結劑

拉拔設備 拉力機（萬能壓力機） 符合《數顯式粘結強度檢測儀》JG3056 符合EN 24624：1992的拉拔儀

試件個數（有效性） 10個（至少6個有效） 7個（至少5個有效） 5個（至少3個有效）

3.試驗方法分析

3.1.不同試驗方法對比

表1對上述不同標準所采用的不同試驗方法的主要內容進行了對比。

3種試驗方法均采用拉拔法。其中方法①和方法③是在試驗室環境下進行，其基底混凝土、界面的處理工藝都由標準給出，其檢驗的是試驗樣品在標準條件下的粘結性能。而方法②是針對對現場施工實體粘結性能的檢測。

方法①采用試模單個成型的方式制備試樣，而方法②和方法③采用在整體成型的待檢產品上切割的方式制備試樣，而兩者的切割方式又存在不同。因此3種試驗方法的區別主要是試件制作方式的差別。

為方便對3種試驗方法進行對比，我們分別在實驗室環境和施工現場對3種不同的試件制作方式進行了對比。

3.2.試驗室環境下的試驗方法分析

在試驗室環境下，我們對試驗方法進行了對比，以驗證不同的樣品制備和拉拔方式對粘結力試驗結果的影響。為了便于比較試驗方法所帶來的差異，我們在3組試驗中使用了同一批混凝土制備的基底，方法①采用單個成型的基底，方法②和方法③采用整體成型500mm*500mm*100mm的基底，基底養護7d，并沖毛處理。試驗在相同的試驗室環境下同時進行，鋪設待檢砂漿（配合比見表2），并養護28d，試驗方法的差別主要體現在不同的試件制作方式和拉拔設備上。試驗結果見表3

表2 試驗用配合比

配合比類型 水膠比 原材料用量/Kg 28d抗壓強度

/Mpa

水 水泥 粉煤灰 礦渣粉 中砂 碎石 外加劑

基底混凝土 0.362 152 270 100 50 745 1050 4.33 70.1

待檢砂漿 0.673 340 505 / / / 1450 / 56.9

表3 試驗室環境下不同制備方法結果對比

試件編號 粘結強度/Mpa

方法① 方法② 方法③

1 1.588 / 1.743

2 1.741 0.874 /

3 1.521 / 1.790

4 1.443 / 1.709

5 1.212 0.166 1.824

6 1.623 0.802 1.743

7 1.714 0.632 1.686

8 1.434 0.426 1.612

9 1.499 / 1.833

10 1.690 0.533 1.796

平均值 1.547 0.572 1.748

對比表3中三種方法的不同結果，在試驗室環境下，方法①采用的試模單個成型的方式制作試樣，成功率高，成型后不受擾動，得到的試驗結果波動較小，但其粘結強度相較于方法③要小，波動要稍大，這主要是由于單個成型時待檢砂漿的插搗和密實受到試模的限制，其界面密實狀態較整體成型要差，且每一個試件界面的密實狀態會有差異。