混凝土结合面修补问题探讨

摘要： 对于水泥混凝土工程的加固、修补还是新建过程中遇到在已硬化的混凝土上或已凿除 劣化、酥松部分露出坚实的混凝土基层上浇筑新混凝土或砂浆的问题，涉及到新旧混凝土能否结合为整体共同工作，新旧混凝土的结合面是一个薄弱环节，其结合面粘结强度一般都低于整浇混凝土的强度，极大地影响了结构的可靠性。

关键词：混凝土；修补；结合面

中图分类号：TU755文献表示码：A

一、前言

对于水泥混凝土工程的加固、修补还是新建过程中遇到在已硬化的混凝土上或已凿除 劣化、酥松部分露出坚实的混凝土基层上浇筑新混凝土或砂浆的问题，涉及到新旧混凝土能否结合为整体共同工作，新旧混凝土的结合面是一个薄弱环节，其结合面粘结强度一般都低于整浇混凝土的强度，极大地影响了结构的可靠性。人们对新旧混凝土结合面的粘结强度达不到相应整浇混凝土的强度的原因还不十分清楚，需要探索。显然，对于新旧混凝土粘结问题的根本解决需要从混凝土材料微观结构的 角度阐明其粘结机理，建立微观结构的分析和宏观力学性能之间的联系，将有助于我们从本质上认识新旧混凝土粘结问题，从而找到解决问题的途径。

二、原因分析

首先要分析的就是结合面，从相关理论分析中我们了解到混凝土结合面中主要存在有C—S—H凝胶(水化硅酸钙)、C—H晶体〔Ca(OH)2〕、AFt(钙矾石) 和未水化的熟料颗粒及孔洞、裂缝。结合面区中C—H晶体数量多而且晶体尺寸较大，同时结合面中孔洞较多时，对结合面粘结将产生不利影响。在混凝土拌和过程中，在骨料表面形成一层几个微米厚的水膜，而无水水泥的分布密度在紧贴骨料处几乎为零，然后随着 距离增大而增高。所以在这层水膜中可以认为基本上不存在水泥颗粒。当水泥化合物溶解于水之后，溶解的离子即扩散进入这层水膜。如果是不溶性骨料，水膜中的离子全部来自水泥 熟料及石膏。但如骨料是部分可溶性的，则骨料所溶出的离子在骨料表面密度最大。由于骨料总会有部分离子析出，在靠近骨 料表面处浓度最高，以后有一明显缺陷处，即低离子浓度区。因此，在这层水膜内，最先 形成水化产物晶核的是先扩散进入水膜的离子，对普通硅酸盐水泥即是钙矾石和氢氧钙石。

结合面离子浓度及其分布与水膜层的厚度有关，而水膜层的厚度在很大程度上取决于水灰比的大小，它直接影响结合面过渡区的性状和结构。随着水灰比的增大，水膜层变厚，其 中离子浓度降低。对硅酸盐水泥而言，水膜层中最先生成的晶体是钙矾石和氢氧钙石，在它们生长过程中，当水灰比大时，将无约束地使晶体不仅生长得很大，而且易于在骨料表面定向排列，使晶体孔隙率增大，并有碍于C—S-H凝胶与骨料的接触，由于离子浓度下降，水化生成的C—S—H凝胶也必然减少，使得凝胶与骨料表面接触点减少。因此，结合面 形成疏松的网络结构，原始裂缝增多变大，结合面粘结强度下降,削弱了结合面效应。因此，降低水灰比，减小水膜层，改善过渡区性状，是发挥结合面效应的主要措施。

我们认为在同样的受力条件下，新旧混凝土的结合面比整浇体系中骨料与水泥石结合面还要薄弱，可能是以下几方面原因：

 (一)新旧混凝土接触结合面存在一个类似于整浇混凝土中骨料与水泥石之间的结合面过渡区，而这个过渡区本来就是一个薄弱环节。由于旧混凝土的亲水性，修补时会在旧混凝土表面形成水膜，使结合面处新混凝土的局部水灰比高于体系中的水灰比，导致结合面钙矾石和氢氧化钙晶体数量增多，形态变大，形成择优取向，降低结合面强度。且由于旧混凝土的 阻碍，新混凝土中的泌水和气泡积聚在旧混凝土表面，不仅使得新混凝土局部水灰比更高，而且使得气孔和微裂缝在该区富集，显著降低结合面强度。这是物质结构化学方面的原因，是 影响新旧混凝土结合本质的内因。

 (二)结合面处露出的石子、水泥石和新混凝土的结合面接触与整浇混凝土中骨料与水泥浆的结合面接触有差别。我们知道，水泥浆本身具有一定的粘结性，它主要用于包裹混凝土中的 骨料，使之硬化成坚硬的水泥石。在新混凝土中的骨料经过充分搅拌、振捣被水泥浆包裹，而新旧混凝土结合面处新混凝土中的骨料经过振捣可能挤压在结合面处，是使骨料与结合面突 出的石子、水泥石形成“点接触”，骨料堆积在旧混凝土表面，阻塞了一部分旧混凝土表面的孔隙和凹凸不平部分，使具有粘结性的水泥浆不能完全渗入孔隙中去，形成“缺浆”现象，结合面处水泥浆不能充分浸润骨料和水泥石，而新混凝土失去一部分水泥浆，这样使得粘结结合面处的新混凝土中出现空隙，影响了新旧混凝土的粘结强度。

 （三）我们知道，整浇混凝土中骨料与水泥石之间粘结裂缝的延伸、扩展、连通最后导致混凝土破坏。整浇混凝土中骨料体积小、多棱角、骨料表面粗糙，使水泥石可嵌固在骨料表面的凹坑中，机械咬合对宏观粘结强度起主要作用。从微观上看，它增加了有效的真实接触面积，粘结力也会大大增加。同时，骨料表面的凸起对结合面区结构有增强作用，并能 改变结合面裂缝扩展方向，使裂缝扩散“路径”曲折，也能消耗部分能量。而新旧混凝土 结合面处的骨料和硬化水泥石形成一个“面”，象一块表面比较平坦的“大骨料”，而这块“ 大骨料”与整浇混凝土中的骨料相比不但体积大且只有一个“面”，并且这个“面” 很 平 坦。修补材料与旧混凝土之间存在物理化学性质差异，由于冷热交替、冻融循环作用及新混凝土的收缩而在结合面处引起附加应力，诱发“先天”裂缝。从受力的角度看，在整浇混凝 土 中骨料体积小、多棱角、骨料表面粗糙，并且被水泥石分开，分布较“均匀”而不象新旧混凝土结合面处相对集中，裂缝、缺陷产生的概率较大，再加上结合面比较“平坦”不能使 裂缝扩散“路径”曲折，消耗能量，所以一旦从这一区域引发了裂缝，裂缝尖端处应力集中，就会导致裂缝迅速开展和传播，新旧混凝土结合面承载能力会进一步被削弱，最后导致 结合面处首先破坏，即破坏总是从最薄弱环节开始。

三、结束语

从上面的探讨中我们可以得到启示：如果我们能象加强整浇体系中骨料和水泥石结合面一样加强新旧混凝土的结合面，也许是解决新旧混凝土粘结问题的一个途径。实践中，我们 可以从几个主要影响因素入手加强新旧混凝土的粘结。实际上，工程应用中也已采取了一定的实践证明是行之有效的办法。解决这一问题应首先从物质结构层次方面着手，使新旧 混凝土接触的结合面区结构得到加强。

参考文献：

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[2]李启棣;吴淑华;李怀素;何亚雄;;混凝土桥梁和电杆的裂缝及修补[A];混凝土工程结构裂缝控制与混凝土新技术交流会论文集[C];1999年.