混凝土是現(xiàn)代土木工程中常見的建筑材料，廣泛應(yīng)用于水工、房屋、道路、橋梁等建筑工程中。自中華人民共和國(guó)成立以來(lái)，中國(guó)已經(jīng)建立了大量的混凝土工程。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的使用，它正面臨著開裂、碳化、凍融和腐蝕等耐久性問(wèn)題。因此，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)施的維護(hù)、修復(fù)和加固已成為我國(guó)面臨的一個(gè)新課題。在許多混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)和加固技術(shù)中，增加截面施工技術(shù)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、適應(yīng)性強(qiáng)，是一種傳統(tǒng)但廣泛使用的方法。然而，新老混凝土的粘結(jié)性能是影響截面加固效果的主要因素。由于新老混凝土粘結(jié)強(qiáng)度差，許多加固工程無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。

新老混凝土界面粘結(jié)性能受多種因素影響。國(guó)內(nèi)外對(duì)影響新老混凝土粘結(jié)性能的因素的研究主要集中在三個(gè)方面:舊混凝土表面粗糙度、界面劑和修復(fù)材料。Tayeh等人認(rèn)為，新老混凝土的粘結(jié)性能在很大程度上取決于舊混凝土表面的粗糙度，量化了舊混凝土表面粗糙度與粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系。Julio等研究表明，新老混凝土本身的強(qiáng)度對(duì)其粘結(jié)性能有很大的影響。Momayez等試圖用不同的試驗(yàn)方法來(lái)測(cè)量新老混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度。Santos詳細(xì)總結(jié)分析了影響新老混凝土粘結(jié)性能的各種因素。在中國(guó)，王彪系統(tǒng)地討論了影響新老混凝土粘結(jié)性能的主要因素。新老混凝土粘結(jié)面的處理方法。修復(fù)材料的選擇和應(yīng)用。徐芳等人通過(guò)在水泥中摻入有機(jī)纖維或聚合物來(lái)提高混凝土層間粘結(jié)面的粘結(jié)性能。馮英輝等人研究了新舊混凝土界面劑的粘結(jié)性能。農(nóng)金龍等人研究了丁苯聚合物改性水泥砂漿在新舊砂漿界面粘結(jié)中的應(yīng)用。

從以上研究可以看出，老混凝土的表面處理方法。界面劑。新混凝土類別是影響新老混凝土粘結(jié)性能的重要因素，后兩者的作用尤為明顯。但就目前的工程應(yīng)用而言，與普通修復(fù)方法下的新老混凝土粘結(jié)強(qiáng)度相比，目前研究結(jié)果中采用的修復(fù)方法并沒(méi)有大大提高其粘結(jié)強(qiáng)度和耐久性。由于界面處干縮微裂縫的存在，修復(fù)后的混凝土仍會(huì)使新老混凝土的協(xié)同工作性能變差，往往需要在2-3年后重新修復(fù)。碳納米管作為一種碳納米晶體纖維材料，具有許多**的機(jī)械性能，很可能成為下一代高性能復(fù)合材料的理想增強(qiáng)基礎(chǔ)。因此，作者創(chuàng)新性地探索和研究了幾種常用纖維和碳納米管的混合對(duì)新老混凝土粘結(jié)性能的影響，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了苯丙乳液與各種纖維混合時(shí)粘結(jié)性能的提高。

1纖維增強(qiáng)混凝土與老混凝土的粘結(jié)性能試驗(yàn)。

1.1試件方案。

選擇1.1.1纖維類型。

基于粘結(jié)破壞機(jī)理，選用鋼纖維、聚丙烯腈纖維、玄武巖纖維、碳納米管四種纖維，如圖1（a）、（b）、（c）、（d）所示。其中，鋼纖維是目前混凝土結(jié)構(gòu)加固中應(yīng)用廣泛的纖維；聚丙烯腈纖維價(jià)格低廉，在提高混凝土和砂漿早期抗裂性能方面表現(xiàn)良好；玄武巖纖維是**發(fā)改委鼓勵(lì)的四大高科技纖維之一，只能簡(jiǎn)單加工天然原料，對(duì)提高混凝土抗拉抗裂性能有很好的效果；碳納米管是一種新型材料，具有良好的物理力學(xué)性能。一般來(lái)說(shuō)，它的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到50~200GPa，是鋼的100倍，彈性模量可以達(dá)到1TPa，相當(dāng)于金剛石的彈性模量，約為鋼的5倍。因此，碳納米管是增強(qiáng)水泥基材料中有潛力的成員。

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圖1測(cè)試的四種纖維。

1.1.2測(cè)試原料與配合比。

試驗(yàn)中使用的水泥為四川西南水泥有限公司生產(chǎn)的32.5.42.5普通硅酸鹽泥，粗骨料為粒徑10~20mm的連續(xù)級(jí)配碎石，細(xì)骨料為天然中砂，水為清潔自來(lái)水。采用四種不同類型的纖維，基本參數(shù)如下:1)波浪鋼纖維，其抗拉強(qiáng)度約為600~900mpa，平均長(zhǎng)度35mm，等效直徑0.95mm，長(zhǎng)徑比36.84。2)湖北鼎強(qiáng)纖維有限公司生產(chǎn)的聚丙烯腈纖維，直徑(13±5)μm，密度1.18kg/cm3，拉伸極限14%~20%，拉伸強(qiáng)度340~410mpa，彈性模量17.1gpa。3)南京曼卡特科技有限公司生產(chǎn)的玄武巖纖維短切絲，直徑15μm，長(zhǎng)度11mm，密度2660kg/m3，抗拉強(qiáng)度4150~480mpa，彈性模量93~10gpa。4)直徑20~30nm，長(zhǎng)度10~30μm，純度>95(wt)%，灰分1.5%，導(dǎo)電率>100s/cm，比表面積>110㎡/g。

根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)范，混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)高于原結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度，不得低于C20。因此，舊混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，新混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35。根據(jù)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程，砂率在25%至45%范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)5組配合比，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。終砂率為30%，老混凝土水灰比為0.53，相應(yīng)配合比為碎石（G）∶砂（S）∶水泥（C）∶水量（W）為6.59∶2.83∶1.87∶1.00，采用32.5水泥。新混凝土水灰比為0.56，相應(yīng)配合比為碎石（G）∶砂（S）∶水泥（C）∶水量（W）為6.60∶2.87∶1.7∶1.00，采用42.5水泥。

制備1.1.3新舊混凝土粘結(jié)試件。

粘結(jié)面是影響新老混凝土共同工作的薄弱環(huán)節(jié)。在各種加固構(gòu)件中，粘結(jié)面受力復(fù)雜。其中，粘結(jié)面的方向粘結(jié)力是影響其工作性能的重要指標(biāo)之一。因此，采用劈拉試驗(yàn)方法測(cè)試新老混凝土向粘結(jié)面的抗拉強(qiáng)度，以評(píng)價(jià)粘結(jié)效果。試驗(yàn)方案如圖2所示。試驗(yàn)采用邊長(zhǎng)100mm的立方體新老混凝土粘結(jié)試件。

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圖2劈拉試驗(yàn)。

新老混凝土粘結(jié)試件的生產(chǎn)工藝如下：首先澆筑半個(gè)試件模擬老混凝土，尺寸為100mm×100mm×50mm。試件脫模后，在溫度（20±3）℃和濕度超過(guò)90%的標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行28d養(yǎng)護(hù)。取出后，沿試件澆筑面用鑿子鑿毛，用鋼絲刷去除試件表面的松動(dòng)部分，然后用清水沖洗。然后將鑿毛面朝上放入100mm×100mm×100mm的模具中，在其上方澆筑摻有不同類型纖維的混凝土，模擬加固新混凝土。2d后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d，即考慮新老混凝土粘結(jié)。

為評(píng)價(jià)不同纖維類型、不同纖維摻量對(duì)新老混凝土界面粘結(jié)效果的影響，采用以下試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。四組試件考慮鋼纖維、聚丙烯腈纖維、玄武巖纖維和碳納米管的影響。在每組試件中，進(jìn)一步考慮不同摻量的影響。鋼纖維和聚丙烯腈纖維以體積率為混合指標(biāo)。試驗(yàn)中，鋼纖維采用1%.2%.3%.4%的不同體積率，而聚丙烯腈纖維采用0.1%.0.2%.0.3%.0.4%的體積率。玄武巖纖維以單位混凝土體積內(nèi)的纖維質(zhì)量為混合指標(biāo)，采用1.3.5.7kg/m34種混合量?？紤]到碳納米管作為一種特殊的納米纖維材料，價(jià)格昂貴，碳納米管被混入水泥漿中作為界面劑。在制作界面劑時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)操作的方便性和前人的研究成果，終以水泥質(zhì)量的百分比作為混合指標(biāo)，采用0.1%.0.2%.0.3%.0.4%的混合量。界面劑均勻涂抹在處理后的老混凝土表面，涂抹厚度為2~3mm，再澆筑另一半新混凝土。新老混凝土粘結(jié)試件如圖3所示。