冻融循环作用下再生混凝土新旧界面抗剪性能研究

贺晓东,周浩,陈志涛,汪明,郑洁

标力建设集团有限公司

摘要：由于混凝土结构的老化和自然灾害的影响，产生了大量的废旧混凝土。为减轻废旧混凝土对土地资源和环境的负担，可以利用废旧混凝土进行加固、修复。目前，在对混凝土结构进行加固或修补时，常常会依据工程经验对其进行修补。但是，在我国的北部寒冷地区，根据以往经验施工后的混凝土结构会迅速发生开裂、脱落等现象，因此，以工程经验为基础的混凝土界面治理在冻融环境中的应用并不十分理想。根据试验结果，对再生混凝土新、老界面抗剪强度的影响因素及变化规律进行了研究，并给出了相应的设计方案，为今后在土建工程中的推广提供参考。

关键词：冻融循环；再生混凝土；抗剪性能

引言

混凝土作为一种最常见的人造材料，其质量对结构的安全、寿命有着重要的影响。水工混凝土是由水泥、骨料、水、外加剂等多种原料配制而成。为了保证施工的顺利进行，人们在山上采石头，挖掘河床，挖掘河床，严重地损害了当地的生态环境。长此以往，不但会造成资源的消耗，而且还会带来更多的环境问题。同时，由于大量的建筑物已进入使用年限，因此在进行拆除、改建时，会产生大量的建筑残骸，因此，对建筑的资源利用也就越来越受到重视。在此背景下，再生集料混凝土日益受到工程界的重视，具有很好的应用前景。

一、试验材料与方法

（一）试验材料

水泥在水工混凝土中起着举足轻重的作用。通过选取目前在水工混凝土生产中应用最为广泛的普通硅酸盐水泥，在水工混凝土中掺入一定比例的粉煤灰，能显著提高其物理机械性能[1]。

本实验使用的细集料是细度模数2.38的自然河沙，是一种中砂，淤泥的质量分数在2.5%以下。其中以石灰石为原料，具有较强的质感和较低的碎裂率。颗粒大小在5-20毫米之间，具有很好的分类性能。回收集料是从地面上的混凝土块中得到的，经过水保护工程的加强，这些混凝土被拆除和重新建造。实验中所用的减水剂为高性能聚羟基酸类减水剂。按使用说明，该产品的用量为1.5%：用于测试的水是一般的自来水。

（二）试验方案

由于本文着重于新旧混凝土在加固过程中的界面抗剪承载力，故在试验中使用的废旧混凝土不宜进行现场浇筑。所以，本研究选取了在排水工程工地上，从排水沟底部和侧墙中取出的水泥块，然后用切割器切割100毫米。100毫米*100毫米立方体试样。用C30,C35,C40作为废旧混凝土试件的初始设计强度。在此基础上，分别采用5种不同的再生混凝土强度（C25,C30,C35,C40,C45）和6种不同的再生集料替代率（0,20%,40%,60%,80%和100%）。通过对界面材料的刷洗与不刷两种情况的比较，探讨了界面材料对界面剪切特征的影响。通过对混凝土强度、再生混凝土强度、再生混凝土强度等因素的分析，探讨了混凝土强度、再生混凝土强度对混凝土界面剪切特性的影响。

（三）试验方法

试验使用的仪器有E64 MTS万能测试仪和速冻冷冻箱.在实验之前，将样品用20℃的水浸泡4小时，使样品充分湿润后，把样品表面的水分抹去，再把样品放在冷冻箱内，进行0、10、20、30、40、50次冷冻、融化。当试验次数达到一定数量时，将试件取下，利用 MTS万能试验仪对其进行抗剪试验，测定其失效负荷，并对试验结果进行分析。

二、试验结果与分析

（一）混凝土强度

在不使用界面介质的前提下，对再生单元替代率40%的再生混凝土进行了抗剪强度试验。不同等级的不同组合结构在不同的界面上的承载力随冻融循环次数的增大而呈现出轻微的下降趋势，说明冻融破坏对界面的剪切强度有较大的影响。另外，当新混凝土等级相同时，废旧混凝土的质量等级愈高，界面承载能力愈大，说明废旧混凝土的加厚愈好，接触面的抗剪强度愈高。当废旧混凝土等级相同时，接触面的承载力会随冻融周期的变化而增大，但随着新混凝土等级的提高，界面承载力下降。当新的混凝土等级高于老的混凝土时，其承载能力将会达到最大。研究结果显示，在工程建设中，采用再生集料混凝土，其性能优于废旧混凝土。

（二）再生骨料取代率

在试验中，采用新的混凝土比旧的混凝土高一个等级，并对不同的再生集料取代率的试样进行了界面剪切强度试验。尤其是当再生装置的交换效率提高时，接触表面的承载能力有降低的趋势。而当再生集料的置换率低于60%时，接触面的极限承载能力会随再生集料比的增大而降低。当再生集料比超过60%时，接触面的极限承载能力明显下降。因此，若再生集料的置换率达到6，其性能优于废旧混凝土。

（三）界面剂

通过对比分析，发现新混凝土的界面抗剪强度比旧混凝土高一个等级，而再生集料的替代率维持60%。在冻融循环中，使用界面剂能明显地改善再生混凝土的新界面和老界面的剪切强度。随着地基混凝土强度的提高，冻融循环次数的增加，对地基的加固作用有显著影响。据此，提出了在寒区防渗工程的风险消除与加固措施时，应采用界面剂，以有效地改善新旧混凝土界面受冻融循环的影响，改善其在冻融循环作用下的耐久性

[2]。

三、不同冻融循环次数下试件的抗剪性能变化规律

（一）冻融循环5次对界面抗剪性能的影响

在5次冻融循环中，没有接触剂的试样的断裂负荷比有接触剂的试件在5个冻融周期内的断裂负荷为5 kN左右，说明接触剂的存在。另外，C30RAC30的断裂负荷比C30RAC50大，大约为3 kN，说明了提高汇率会导致混凝土界面的负荷下降。C40RAC30的失效负荷比C30RAC30大，其破坏负荷在18%左右。试验结果显示，试件的不同强度会影响到界面的剪切能力，而随着混凝土强度的提高，剪切能力也随之增强。

（二）冻融循环10次对界面抗剪性能的影响

冻融循环为10次，在界面处理、混凝土强度等级、再生粗集料置换速率等诸多因素的影响下，界面剪切强度变化规律基本一致。试验结果表明，试样在10个冻融期和5个冻融期内，试样的剪切强度变化规律基本一致。C40RAC30的剪切强度最高，C30RAC50的剪切强度最低。研究发现，随着强度的增加，试件的接触面的剪切强度也会降低。另外，C40RAC50的断裂载荷比C30RAC30大，这说明在试样界面上，混凝土的抗剪作用比在试样界面上的作用要大。

结语

通过对新老界面在冻融循环作用下的剪切强度影响因素和变化规律的研究，得到了如下主要结论。若新混凝土比旧混凝土高一个等级，其界面承载能力将达到最大值。为此，提出了在节约用水的基础上，采用再生集料混凝土，其强度要高于废旧混凝土。接触面的承载能力随循环单位交换率的增大而降低。建议在试验的基础上，根据工程的生态和经济效益，采用60%的再生骨料取代率。

参考文献：

[1] 李政民. 冻融循环条件下再生混凝土新旧界面抗剪性能试验研究[J]. 水利技术监督,2022(3):113-115.

[2] 刘凯华. 冻融循环后再生混凝土墩柱抗震性能研究[D]. 黑龙江:哈尔滨工业大学,2018.