浅议新老混凝土结合面的处理

阮宗彬 阮阿旎

摘要：本文对新老混凝土粘结面发生断裂特性的相关因素作了简要分析，分析提出新老混凝土表面处理方法及粘结材料的特性和作用。

关键词：新老混凝土；处理方法；粘结分析。

中图分类号：TV331文献标识码： A

近年来，新老混凝土粘结性研究受到了业界的广泛关注。在我们所建的各类水利工程中，凡涵闸站坝桥路，无论是新建、拆建、维修、加固，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时，经常遇到新老混凝土或砂浆的粘结问题。常见的，涵闸站的墩墙、桥梁基桩凿桩头接墩柱、闸站桥的上部结构以及水泥砼路面断裂的修补等建筑物工程设施，都涉及到新老混凝土能否结合为一个整体以共同发生作用的问题。在实际施工过程中新老混凝土粘结面已成为建筑物结构的薄弱环节，结合面微裂缝的发生、发展及失稳已成为结构安全性和耐久性的控制参数。

一、新老混凝土粘结性能因素分析

根据混凝土粘结的不同因素，采取带切口的三点弯曲梁试件进行试验。试验主要考虑了混凝土材料等级、试件强度、试件尺寸以及界面剂、粘结面粗糙度、粗骨料粒径和粘结龄期等因素对新老混凝土粘结性能的影响。从试件破坏面可看出，发生的新老混凝土粘结试件断裂破坏均处在新老混凝土粘结面上，破坏面痕迹线与老混凝土界面粗糙度迹线一致。通过对试件断裂破坏特征分析后认为，新老混凝土的粘结破坏现象实质上是新老混凝土粘结界面的微裂缝在各种因素的作用下不稳定扩展而引起的。对影响粘结面断裂的各种因素均进行了3～4次重复试验，结果可看出，对新老混凝土粘结断裂韧度影响的最显著的因素为：粘结面粗糙度和界面处理剂。

通过大量的工程实践和不同情况下的理论分析结果表明，影响新老混凝土粘结的因素很多，归纳起来有：被加固混凝土界面的处理方法（如对旧混凝土凿除方式、凿除深度、粘结界面微裂缝情况及粗糙程度）、加固用的新混凝土的收缩、水泥品种、水泥用量、水灰比、砂石粒径、骨料级配及含泥量、针片状含量、龄期、预先湿润、混凝土施工质量、养护方法及气候状况（如湿度、温度情况）等等，各项因素之间互相影响，从而使问题变得错综复杂。

现场试验表明，界面的结构与界面混凝土的力学性能有密切的关系，现在比较一致的看法是硬化水泥浆与骨料之间存在过渡区；界面过渡区组成的界面区中主要存在有水化硅酸钙、钙矾石和未水化的熟料颗粒及孔洞、裂缝。界面过渡区中晶体比水泥浆本体中的晶体粗大且具有更大、更多的孔隙。这些特点决定了界面过渡区强度低，容易引发裂缝，并且裂缝易于传播，从而使界面过渡区成为最薄弱的环节。

总之，界面处理情况、新混凝土的特性、界面剂的使用等是影响新老混凝土粘结的最主要因素。

二、新老混凝土结合面处理方法

表面处理是指清除掉老混凝土结合面上所有损坏的、松动的和附着的骨料、砂浆及杂质杂物，并使坚固的部分骨料露出表面，构成粗糙面以提高粘结性。影响新老混凝土结合面粘接性能的因素较多，老混凝土表面的处理方法将直接影响新老混凝土粘结的好坏。实践证明，混凝土的粘结对结构物的使用寿命大有影响。新老混凝土粘结问题解决得不太好的原因，一是问题确实有其复杂性，二是对其还未有足够的技术投入，特别是结构与材料的衔接与合作。

处理新老混凝土结合面方法需掌握以下几个原则：合理有效的表面处理；根据实际情况有针对性地选择粘结剂；严格控制新混凝土浇筑时间；及时的养护措施。老混凝土表面处理是混凝土修补的第一步，也是关键的一步，表面处理的粗糙度是影响粘结性的主要因素。对于表面处理，如果经凿除冲洗抹浆的表面清洁、无油污或其它松散外皮，则一般都能得到较好的粘结面，粘结强度也较高；反之，较差的粘结面，粘结强度也较低。老混凝土表面的处理方法很多，主要有：人工凿毛法、高压水射法、冲洗抹浆法、喷射砼修补法、间隔测试法等等。

(一)人工凿毛法是凿除老混凝土表层达到粗糙的同时，在其表层下会同时伴有裂缝出现，挠动周围混凝土使粘结强度降低，而且带来噪声和粉尘等污染。如果采用钢刷清除表层，实际上只是做表面清理，而不是表面处理，用该法清理的表面粘结性能差。

(二)高压水射法是比较好的方法，该法易操作且没有振动、噪声和灰尘，此外，使用该法处理老混凝土表面，不挠动周围保留的混凝土，同时混凝土表面被清洁干净、湿润，这是获得良好粘结的最有利条件。更重要的一点是高压水射法适用于任何情况，在有钢筋的情况下，不但不会损伤钢筋且能为钢筋除锈。采用高压水射法，压力为150MPa。研究结果表明高压水射法不损伤周围混凝土，因周围混凝土中没有微裂缝产生，故界面粘结强度高。

(三)冲洗抹浆法即对老混凝土表面预先冲洗湿润，然后用高一级标号的水泥砂浆抹面，再浇注同标号混凝土，这种处理一般认为粘结效果不理想，原因是混凝土表面存在的水膜影响新老混凝土之间的良好粘结。事实上可理解为高一级标号的水泥砂浆充当了粘结剂的作用，此“粘结剂”在界面残留积水的情况下会严重影响粘结力，因此，界面的干湿状态对粘结强度影响较大。

(四)喷射砼修补法主要针对薄壁结构的修补或补强，与老混凝土表面处理关系密切，此法适用范围广，容易施工。拱桥主拱圈的底面锚喷砼加大截面即为常见的喷射混凝土维修加固的例子。

(五)间隔测试法主要指建筑物不同结构部位因施工工序或施工时间的先后产生时间差；试验结果有两种情况：新老混凝土浇筑间隔在三天之外，水泥未充分硬化，凿毛处理时界面的骨料受到冲击和扰动，在这里形成新的薄弱层，骨料与水泥之间的粘结强度较低。新老混凝土浇筑间隔在三天之内，老混凝土中的水泥还未失去活性，并与新混凝土发生化学反应，新老混凝土之间粘结力较高。

三、新老混凝土结合面修补用料

根据不同情况选择不同的合适的修补材料非常重要，为了使混凝土结构在修补后达到耐久性，应采用与原结构中相同的混凝土和砂浆，其水泥和骨料的品种则力求与原有混凝土所用相同，如结构是因化学侵蚀而损坏，则可能要改用其他品种的水泥和保护涂层，以便在钢筋周围重新形成耐久的保护性环境。修补后结构的耐久性取决于新老混凝土粘结的耐久性和修补材料的耐久性。一般情况下，对修补材料来说，最重要的性质是它与老混凝土的粘结力，还要求其热膨胀系数及弹性模量与原混凝土相接近，而且耐久，强度至少要与原混凝土相等。

近年来对粘结剂的发展很重视。新老混凝土的粘结力不仅与粘结剂的物理性质有关，而且与老混凝土表面处理方法、粘结剂的施工方法和优质粘结剂的选择有关。混凝土修补常常因为新老混凝土之间的粘结失效而导致破坏，虽然在开始时新老混凝土之间有较好的粘结性，但由于新混凝土的收缩在新老混凝土粘结面上产生应变，该应变大得足以能使粘结破坏，为此应选择收缩小的材料。

混凝土的修补材料，一般有环氧树脂类、聚合物改性砂浆（砼）、水泥和其它填料（火山灰、硅灰、粉煤灰等）混合改性材料等，修补用新混凝土与老混凝土的粘结性能是决定界面粘结强度的重要因素，这是材料本身特性决定的。新混凝土收缩产生的微裂缝也是粘结强度降低的主要原因，如在新混凝土中加入一定量的膨胀剂，可大大提高粘结质量，桥梁工程中对预应力系统用膨胀混凝土压浆即为常见的处理方式。修补用混凝土的抗渗性最好与旧砼相近，特别是在潮湿的环境下，如地下箱形基础、桩基顶面或大坝工程中，粘结界面处水分的积聚将导致粘结力的损失甚至加大冻融循环破坏的危险性。试验表明，弹性模量、热膨胀系数、强度、徐变系数等修补材料的物理力学性能与旧砼接近有利于新老混凝土的粘结。传统的处理新老混凝土的粘结方法，即如上述方法，直接在老混凝土上浇筑新混凝土，实践证明效果不理想。很多工程在使用了一段时间后出现粘结退化的情况，这就促使我们寻求改善界面粘结情况，方法之一就是采用混凝土界面处理剂。界面处理剂作为一种高性能合成材料，具有粘结两种不同性质的固体材料，适用于新老混凝土连接防脱层，油污、起砂基层处理，有防空鼓、防水隔潮及防腐等作用，价格低廉，性能优良，在国内已有较多的研究和应用。

聚合物改性水泥砂浆对老混凝土及钢筋有良好的粘结力，其抗拉强度高于普通砂浆，抗拉弹性模量低。聚合物作为另一种界面处理剂，加入混凝土中可使混凝土结构致密，毛细孔减少，使聚合物砼干缩量小，密实度高，抗渗性能好。上述性能的聚合物混凝土适合于防止钢筋腐蚀的优良保护材料和防渗材料，常用于房屋建筑和桥梁等工程的外露结构混凝土病害防治（如冻融剥蚀等）和破损部分及裂缝的修补。

四、结束语

在我国，现存大量的水库大坝、涵闸、水电站等水利设施严重老化，急需进行修补加固。随着经济的发展，交通量的增大，及各种超载事故等情况的增多，交通设施受损日趋严重。用于道路、交通设施的混凝土修补费用日益增多，如何使这类设施得到长久有效的修补，是一个非常重要的研究课题。实际工作中，老混凝土表面的处理方式，不同界面剂的选用，修补材料的种类及特性，新老混凝土的收缩差异等因素对结合面粘结的影响仍然是探讨新老混凝土粘结的重要方面，而作为检验新老混凝土粘结性能的试验也必须加强，尤其在桥梁维修加固实践中对新老混凝土粘结方面的检测不应仅仅局限在全桥动、静载实验，而应该立足于粘结的普遍问题早日在我国水利、交通等基础设施建设中不断加以完善。