不同材料修補(bǔ)混凝土裂縫后的抗鹽蝕性研究

徐少云， 高培偉， 肖忠平， 張麗芳， 陳衛(wèi)峰

(1. 南京航空航天大學(xué) 土木工程系， 南京 210016； 2. 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 揚州 225127)

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不同材料修補(bǔ)混凝土裂縫后的抗鹽蝕性研究

徐少云1,2， 高培偉1， 肖忠平2， 張麗芳1， 陳衛(wèi)峰1

(1. 南京航空航天大學(xué) 土木工程系， 南京 210016； 2. 揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院， 揚州 225127)

基于模擬盾構(gòu)管片裂縫， 采用不同材料對裂縫修補(bǔ)， 通過測試氯離子擴(kuò)散系數(shù)和經(jīng)硫酸鹽侵蝕后的抗壓和抗折強(qiáng)度， 得到不同材料修補(bǔ)管片裂縫后的抗鹽蝕性能. 結(jié)果表明： 丙烯酸酯共聚乳液(BR)和環(huán)氧樹脂(HY)修補(bǔ)后， 管片抗Cl-滲透能力有所下降， Cl-擴(kuò)散系數(shù)較原基體增大了20%和8.7%； 而聚氨亞酯修補(bǔ)材料(JZ)以及新型修補(bǔ)材料(XC)修補(bǔ)后的抗Cl-滲透性均有所增強(qiáng)， 較原基體分別下降了11.9%和10.1%. 不同材料修補(bǔ)后抗硫酸鹽侵蝕能力均有所降低， 其中HY修補(bǔ)后經(jīng)硫酸鹽侵蝕后的抗壓強(qiáng)度是未侵蝕試件的95.7%， 降幅最小， JZ修補(bǔ)后經(jīng)硫酸鹽侵蝕后的抗折強(qiáng)度是未侵蝕試件的75.6%， 降幅最小.

混凝土； 管片裂縫； 抗鹽蝕性； 丙烯酸酯共聚乳液； 環(huán)氧樹脂； 聚氨亞酯； 修補(bǔ)材料

0 引 言

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

采用南京某水泥廠生產(chǎn)的52.5 MPa硅酸鹽水泥， 其性能指標(biāo)均滿足《通用硅酸鹽水泥》(GB175-2007)的要求； 粗集料為玄武巖碎石， 粒徑5～20 mm； 細(xì)集料為河沙， 細(xì)度模數(shù)2.3； 粉煤灰等級為Ⅰ級； 選擇最大減水率≥35%的超塑化劑， 拌合水為自來水.

表 1 新型修補(bǔ)材料(XC)性能

采用上海某化學(xué)公司生產(chǎn)的E-51環(huán)氧樹脂(HY)； 丙烯酸酯共聚乳液(BR)產(chǎn)自江蘇； 兩組成分聚氨亞酯修補(bǔ)材料(JZ)為上海某貿(mào)易公司銷售的進(jìn)口產(chǎn)品； 新型修補(bǔ)材料(XC)為課題組研制， 其性能見表 1， 非活性稀釋劑和固化劑來自常州某化工公司.

1.2 試驗配比和試驗方法

根據(jù)《地鐵設(shè)計規(guī)范》(GB50157-2013)要求， 裝配式鋼筋混凝土管片混凝土強(qiáng)度等級最低為C50， 本試驗采用C60強(qiáng)度等級混凝土， 其配合比和28 d抗壓強(qiáng)度見表 2 所示， C60管片混凝土基體記為JT； 環(huán)氧樹脂修補(bǔ)材料配合比為環(huán)氧樹脂E-51、 固化劑、 稀釋劑和流化劑的比例為100∶13∶10∶5， 其修復(fù)后試件記為HY； 丙烯酸共聚乳液修補(bǔ)材料采用聚灰比為0.65的改性水泥修補(bǔ)材料， 其修復(fù)后的試件記為BR； 聚氨酯修補(bǔ)材料按說明兩組分1∶1的配比采用， 其修復(fù)后的試件記為JZ； 課題組研制的新型修補(bǔ)材料采用180 mPa·s 粘度， 固化劑摻量為1.5%作為實驗配合比， 其修復(fù)后的試件記為XC.

表 2 混凝土配合比

管片裂縫采用圖 1 模擬進(jìn)行氯離子滲透實驗， 采用NEL法進(jìn)行氯離子滲透性試驗， 將試件放入濃度為4 mo1/L的NaCl溶液中進(jìn)行真空飽鹽， 擦去試件表面水分并置于尺寸為Φ50 mm夾具的兩個電極之間， 通過NEL型氯離子測試系統(tǒng)測定氯離子擴(kuò)散系數(shù).

圖 1 混凝土裂縫模擬試件Fig.1 Repairing specimen of test

抗硫酸鹽侵蝕試驗參照《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》JTG E30-2005和《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法》(GB/T 749-2008)進(jìn)行， 試件采用40 mm×40 mm×160 mm長方體， 先折斷再對其采用不同的修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)， 其中一組試件修補(bǔ)好放在濃度5% Na2SO4溶液中浸泡30 d， 另一組試件修補(bǔ)后不浸泡.

2 結(jié)果與討論

2.1 抗氯鹽侵蝕

修補(bǔ)材料修補(bǔ)盾構(gòu)管片裂縫后也將一起受到地下土壤中鹽分的侵蝕， 其中以氯鹽和硫酸鹽尤為突出， 為評價采用不同材料修補(bǔ)管片裂縫后抗氯鹽侵蝕效果， 試驗采用測量電通量和擴(kuò)散系數(shù)來評估抗氯離子滲透的效果， 同時可衡量管片裂縫修補(bǔ)后的抗?jié)B性， 圖 2 和圖 3 為氯離子滲透電壓-電流關(guān)系及擴(kuò)散系數(shù)示意圖.

由圖 2 可知， 采用BR和HY修補(bǔ)的試件導(dǎo)電性較原基體JT要大， 其余兩種材料修補(bǔ)后的混凝土導(dǎo)電性較原基體都要??； 由圖 3 可知， BR和HY擴(kuò)散系數(shù)較基體JT均有所增加， BR較原基體JT增加了20.0%， HY增加了8.7%， 說明BR和HY修補(bǔ)后的抗氯離子滲透能力有所下降， BR下降最為明顯. JZ修補(bǔ)后的氯離子擴(kuò)散系數(shù)較原基體JT有顯著下降， 其氯離子擴(kuò)散系數(shù)較原基體下降11.9%； XC修補(bǔ)后擴(kuò)散系數(shù)較原JT也有明顯降低， 較原基體JT下降10.1%.

圖 2 不同材料修補(bǔ)后Cl-滲透電壓-電流關(guān)系Fig.2 Voltage-current relationship of Cl- after repaired by different materials

圖 3 不同材料修補(bǔ)后Cl-擴(kuò)散系數(shù)Fig.3 Cl- diffusion coefficient after repaired by different materials

管片裂縫修補(bǔ)后的抗氯離子滲透能力主要由裂縫界面氯離子擴(kuò)散滲透的阻礙能力和修補(bǔ)界面對氯離子的固化能力所決定， 也就是修補(bǔ)材料與混凝土之間的粘結(jié)能力決定了抗氯離子滲透性， JZ修補(bǔ)材料為聚氨亞酯類， 其修補(bǔ)裂縫時滲入到裂縫內(nèi)部形成內(nèi)榫結(jié)構(gòu)， 故其修補(bǔ)后的抗氯離子滲透性最好； XC修補(bǔ)材料為高分子聚合物， 能夠較好地濕潤修補(bǔ)界面， 其本身粘附性也很強(qiáng)， 明顯提高了修補(bǔ)界面的粘結(jié)能力， 同時修補(bǔ)界面水分不多， 這對修補(bǔ)材料固化成膜是有利的， 將微裂縫及毛細(xì)孔堵塞， 聯(lián)系孔壁(見圖 4)， 故其修補(bǔ)后的抗氯離子滲透能力有所提高； BR修補(bǔ)材料摻加了無機(jī)材料， 相比有機(jī)材料， 固化物中的無機(jī)填充顆粒更容易被氯鹽侵蝕， 故其修補(bǔ)管片裂縫后的抗氯離子滲透能力無提高[13-14].

圖 4 新型修補(bǔ)材料(XC)修補(bǔ)混凝土裂縫的SEM圖Fig.4 SEM micrograph of concrete crack repaired by new repair material (XC)

2.2 抗硫酸鹽侵蝕

圖 5 和圖 6 是管片裂縫經(jīng)不同材料修補(bǔ)后抗硫酸鹽侵蝕抗壓、 抗折強(qiáng)度變化示意圖， 其中WJP表示管片混凝土經(jīng)不同材料修補(bǔ)后未浸泡在硫酸鹽溶液中的試件， YJP表示修補(bǔ)后放入硫酸鹽溶液中浸泡30 d的試件.

圖 5 不同材料修補(bǔ)后抗壓強(qiáng)度Fig.5 Compressive strength after repaired by different materials

圖 6 不同材料修補(bǔ)后抗折強(qiáng)度Fig.6 Flexural strength after repaired by different materials

由圖5可知， 經(jīng)不同材料修復(fù)后未經(jīng)硫酸鹽侵蝕試件XC抗壓強(qiáng)度最大， HY次之， BR抗壓強(qiáng)度最?。?通過不同材料修補(bǔ)并經(jīng)硫酸鹽溶液浸泡后HY抗壓強(qiáng)度最大， XC次之， JZ最??； 同時可測得BR經(jīng)硫酸鹽溶液浸泡后， 試件抗壓強(qiáng)度是未浸泡的85.1%， HY浸泡后抗壓強(qiáng)度是未浸泡的95.7%， JZ浸泡后抗壓強(qiáng)度是未浸泡的78.0%， XC浸泡后抗壓強(qiáng)度是未浸泡的88.3%. 從抗硫酸鹽抗壓強(qiáng)度變化來看HY修補(bǔ)后的硫酸鹽侵蝕抗壓強(qiáng)度損失最小， HY對管片混凝土抗硫酸鹽侵蝕抗壓強(qiáng)度修補(bǔ)效果最好， JZ抗硫酸鹽抗壓強(qiáng)度損失最大.

由圖6可知， 經(jīng)不同材料修復(fù)后未經(jīng)硫酸鹽侵蝕試件中HY抗折強(qiáng)度最大， BR次之， JZ抗折強(qiáng)度最??； 不同材料修補(bǔ)經(jīng)硫酸鹽溶液浸泡后HY抗折強(qiáng)度最大， BR次之， JZ最??； 同時可知， BR經(jīng)硫酸鹽溶液浸泡后試件抗折強(qiáng)度是未浸泡的70.7%， HY浸泡后抗折強(qiáng)度是未浸泡的59.4%， JZ浸泡后抗折強(qiáng)度是未浸泡的75.6%， XC浸泡后抗折強(qiáng)度是未浸泡后的68.7%. 經(jīng)硫酸鹽侵蝕后JZ修復(fù)后的抗折強(qiáng)度損失最小， 而HY損失最大， BR和XC經(jīng)硫酸鹽侵蝕后抗折強(qiáng)度損失介于JZ和HY之間.

造成抗折抗壓強(qiáng)度規(guī)律不一致的原因主要是修補(bǔ)試件的粘結(jié)強(qiáng)度對抗壓強(qiáng)度影響較小， 對抗折強(qiáng)度影響較大， 修補(bǔ)材料本身抗硫酸鹽侵蝕能力各不相同， 抗硫酸鹽侵蝕能力強(qiáng)同時修補(bǔ)界面粘結(jié)好的修補(bǔ)材料， 能阻礙硫酸根離子的侵入， 否則大量硫酸根離子侵入修補(bǔ)界面， 降低修補(bǔ)材料與基體間粘結(jié)力， 導(dǎo)致修補(bǔ)后抗硫酸鹽侵蝕能力明顯退化.

3 結(jié) 論

丙烯酸酯共聚乳液BR和環(huán)氧樹脂HY修補(bǔ)管片裂縫后， 抗Cl-滲透能力有所下降， 其中丙烯酸乳液修補(bǔ)后Cl-擴(kuò)散系數(shù)較原基體增大了20%， 環(huán)氧樹脂修補(bǔ)后增大了8.7%； 聚氨亞酯修補(bǔ)材料JZ以及新型修補(bǔ)材料XC修補(bǔ)后抗Cl-滲透性均有所增強(qiáng)， 其中聚氨亞酯修補(bǔ)后Cl-擴(kuò)散系數(shù)較原基體下降了11.9%， 新型修補(bǔ)材料修補(bǔ)后Cl-擴(kuò)散系數(shù)較原基體下降了10.1%.

不同修補(bǔ)材料修補(bǔ)管片裂縫后， 抗硫酸鹽侵蝕抗壓強(qiáng)度降幅由小到大依次為環(huán)氧樹脂HY、 新型修補(bǔ)材料XC、 丙烯酸酯共聚乳液BR、 聚氨亞酯JZ， 其中環(huán)氧樹脂修補(bǔ)后經(jīng)硫酸鹽侵蝕后抗壓強(qiáng)度是未侵蝕試件的95.7%， 而聚氨亞酯則為78%； 抗硫酸鹽侵蝕抗折強(qiáng)度降幅由小到大到依次為聚氨亞酯JZ、 丙烯酸酯共聚乳液BR、 新型修補(bǔ)材料XC、 環(huán)氧樹脂HY， 其中聚氨亞酯修補(bǔ)后經(jīng)硫酸鹽侵蝕后的抗折強(qiáng)度是未侵蝕試件的75.6%， 而環(huán)氧樹脂則為59.4%.

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Research on Salt Corrosion Resistance After Repairing the Concrete Crack by Different Materials

XU Shao-yun1,2， GAO Pei-wei1， XIAO Zhong-ping2, ZHANG Li-fang1, CHEN Wei-feng1

(1. Dept. of Civil Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China; 2. Institute of Architectural Engineering, Yangzhou Polytechnic Institute, Yangzhou 225127, China)

Research on salt corrosion resistance after segment's crack repairing is little. Based on simulating the shield crack of the segment, different materials are used to repair and the salt erosion resistance is obtained by testing the chloride ion diffusion coefficient and the compressive and flexural strength after eroded by sulfuric acid. The results show that resistance to chloride ion permeability of segment is reduced by using the acrylic copolymer emulsion (BR) and epoxy resin (HY), the Cl-diffusion coefficient of segment repaired by BR and HY is increased by 20% and 8.7% compared with that of the original matrix, but resistance to chloride ion permeability of segment is increased by using the polyurethane (JZ) or new repair material (XC), the Cl-diffusion coefficient of segment repaired by JZ and XC is reduced by 11.9% and 10.1% compared with that of the original matrix. The ability of anti-sulfuric acid etchin is decreased after repaired by different materials. The compressive strength of segment repaired by HY by sulfate attack is 95.7% of the non-erosive specimen, which has the lowest decrease rate. The flexural strength of segment repaired by JZ by sulfate attack is 75.6% of the non-erosive specimen, and the decrease is the smallest.

concrete; segment crack; salt corrosion resistance; acrylate copolymer emulsion; epoxy resin; poly ammonia ester; repair material

1673-3193(2016)06-0666-05

2016-03-04

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助項目(NS2015010)； 中國和江蘇省博士后基金資助項目(1301057B， 2014M551588)； 江蘇省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技項目(2013ZD12)

徐少云(1985-)， 男， 博士生， 主要從事土木工程材料結(jié)構(gòu)與性能方面的研究.

高培偉(1963-)， 男， 教授， 博導(dǎo)， 主要從事土木工程材料結(jié)構(gòu)與性能方面的研究.

TU528.7

A

10.3969/j.issn.1673-3193.2016.06.019