张健，李建琦，逄鲁峰

(1.山东三箭集建设工程股份有限公司，山东 济南 250100;2.山东省食品发酵工业研究设计院，山东 济南 250013;3山东建筑大学土木工程学院，山东 济南 250101)

0 引言

近年来，模板技术的发展使得混凝土表面越来越光滑，抹灰愈发困难，许多建筑物都进入老化使用期需要补强加固，新老混凝土的粘结经常遇到问题[1]。想要解决由于拉应力与剪应力造成的结合面薄弱问题，提高界面的粘结力，最佳方法便是使用界面处理剂[2]。界面处理剂主要用于混凝土基层的抹灰，新旧混凝土之间的粘结等。应用混凝土界面处理剂技术，可以提高工程的质量和寿命，有效节约资金，具有显著的经济效益。

剪切强度是混凝土界面处理剂力学性能中的重要一项，提高剪切强度对提高界面处理剂的质量有着重要的意义[3，4]。对此，国内外专家进行了很多研究。卜良桃等[5]研究认为，混凝土表面的粗糙处理、界面剂的使用、复合砂浆强度的提高均有助于剪切强度的提高;粗糙度和复合砂浆强度的提高并不能无限制提高剪切强度，因为其作用的发挥受限于其他因素的制约;无机界面剂比水泥净浆提高剪切强度的幅度大。方萍等[6]研究认为，超细水泥是一种很好的界面剂原材料，通过加入膨胀剂、硅灰和高效减水剂改性后的超细水泥界面剂，有很高的粘结抗剪强度，可再分散聚合物胶粉对界面粘结抗剪强度的改善效果很明显。

针对市场上很多产品粘结强度不高，施工不方便且价格偏贵的特点，本文对聚合物的不同种类和不同掺量对界面处理剂剪切性能的影响作了大量的试验，分析其作用机理，最终获取了最佳掺量。同时通过试验比较得出了最佳灰砂比，达到了成本低廉、易于施工的目的。

1 实验材料与方法

1.1 原材料和仪器

水泥采用济南山水P.O42.5R。粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，粉煤灰中还复配有一定量的超细粉。砂为水洗砂(由40～70目和70～120目混合而成)。聚合物由PVA(聚乙烯醇)、胶粉(可再分散乳胶粉)、CMC(羧甲基纤维素钠)组成。陶制无釉砖为150mm×150mm×8mm的陶制无釉砖。实验仪器用JJ－5水泥胶砂搅拌机和LOS－50万能试验机。

1.2 试件的制备

图1 试件外形尺寸/mm

PVA能够溶于含有—OH的极性溶液之中，水是最好的溶剂。胶粉起胶粘作用，CMC起增稠保水作用。规范JC/T907－2002《混凝土界面处理剂》要求的的陶制无釉砖尺寸为108mm×108mm，厚度至少6mm，表面要平整。由于市场难于买到尺寸一致的陶质砖且自己切割则尺寸的准确度难于保证，所以本试验中的试件直接使用市场上易于买到的150mm×150mm×8mm的陶制无釉砖。因陶质砖尺寸的调整，故在相应的距砖边15mm处划一条与砖边平行的参照线，以保证两砖错开15mm，如图1所示。同时，此处受力面积不同，为保证单位面积所加压力相同，则在试件上加13.4kg的重物，同样保持3min，试验试件加载装置如图2所示。其他事项均严格按照JC/T 907－2002《混凝土界面处理剂》的规定要求执行。

图2 拉力试验机的剪切试验夹具/mm

1.3 试件的养护和力学性能检测

养护和剪切强度的检测均严格按照JC/T 907－2002《混凝土界面处理剂》的规定要求执行。

2 结果与分析

JC/T 907－2002《混凝土界面处理剂》中明确规定，Ⅰ型混凝土界面处理剂7d剪切强度应该不小于1.0MPa，14d 剪切强度应该不小于 1.5MPa。

混凝土界面处理剂中掺加的聚合物由两部分构成，即胶粘剂部分和增稠保水剂部分[7，8]。PVA 和可再分散乳胶粉、CMC是比较常见的建筑用胶粘剂和增稠保水剂。本试验先将PVA与CMC、胶粉与CMC进行复配，再通过大量试验研究了它们的复配试样对混凝土界面处理剂剪切强度的影响。在得出聚合物的最佳掺量后，又在最佳掺量的基础上通过试验得到了最佳灰砂比。

2.1 PVA+CMC对剪切强度的影响及其机理分析

2.1.1 PVA+CMC对界面处理剂剪切强度影响

PVA+CMC对界面处理剂剪切强度影响如表1所示

表1 PVA+CMC对界面处理剂剪切强度的影响

图3 PVA+CMC对界面处理剂7d剪切强度的影响

图4 PVA+CMC对界面处理剂14d剪切强度的影响

由图3和图4可以看出，试件的剪切强度初始随着聚合物PVA+CMC掺量的增加而增强，但是过了最高点，继续增加掺量反而强度下降。当每t界面处理剂中PVA+CMC的掺量为12kg时，试件的7d和14d剪切强度分别达到最高且达到规范要求，为最优掺量。

2.1.2 PVA+CMC 的作用机理分析

混凝土界面处理剂中加入聚合物PVA后，结合材料的界面同时存在着物理作用和化学作用[9，10]。

(1)物理作用聚合物PVA自身具有表面活性，其附着在水泥等固体颗粒表面，填充在不同颗粒之间，从而发挥对水泥微粒和浆体的塑化、保水等作用，并且使得新老基材之间具有更大的接触面积。

(2)化学作用聚合物PVA自身带有－OH等活性官能团，与集料和水泥浆体之中的阳离子或配位性化学键会发生一定的化学键合反应。在水泥水化过程中，聚合物在自身形成网状结构的同时，某些活性官能团又与水泥浆体和集料表面发生化学键合，形成水化产物骨架与聚合物网状结构互穿的现象，最后成为相互交织、相互贯穿的复合体结构，从而极大改善了界面处理剂的力学性能。

聚合物CMC对界面处理剂的作用主要两个:一是防止界面剂在施工工程中失水过快，导致水泥水化不完全，从而影响性能;二是增加界面剂的粘性，使界面剂易于附着在基材表面。但是在使用中用量不能过大，否则将增加用水量并使界面剂过稠而不易施工。

因此聚合物CMC的掺量应该随聚合物PVA的用量多少而适当加减，只有二者具有一个合适的比例的情况下，两者才能共同发挥最好的作用。

2.2 胶粉+CMC对剪切强度的影响及其机理分析

2.2.1 胶粉+CMC的试验数据及总结

表2 胶粉+CMC对界面处理剂剪切强度的影响

图5 胶粉+CMC对界面处理剂7d剪切强度的影响

图6 胶粉+CMC对界面处理剂14d剪切强度的影响

我们用等量的胶粉来代替PVA，其他材料不变，研究胶粉+CMC的最优掺量是否与PVA+CMC的最优掺量相同。由图5、6可以看出，用等量的胶粉来代替PVA后，它们的共同点是都存在一个最高点即最优掺量。

不同之处有两个:(1)胶粉+CMC与PVA+CMC相比，一个最大的特点就是最优掺量变小了。PVA+CMC的最优掺量为每t混凝土界面处理剂中含有12kg试样，胶粉+CMC的最优掺量则是每t混凝土界面处理剂中含有9kg试样;(2)胶粉+CMC界面处理剂的7d和14d剪切强度的最大值较PVA+CMC界面处理剂而言均有了一定程度的下降，分别为1.2MPa和1.7MPa，但是幅度很小，也完全能够达到规范中不小于1.0MPa和1.5MPa的要求。

2.2.2 胶粉+CMC的作用机理分析

此处的作用机理和PVA+CMC的作用机理基本上差不多，结合材料的界面也是同时存在着物理作用和化学作用。

聚合物胶粉也含有大量活性基团，当水泥水化后，聚合物胶粉在整个无机材料中形成一个连续的有机高分子膜，与旧基材的接触面积比较大，同时聚合物的活性基团与基材表面材料的活性基团发生作用而大大提高界面剂性能。

不同之处在于聚合物胶粉中的活性基团不仅包括－OH，还具有大量的－COOH，因此等质量的胶粉相比于PVA，在结合界面有着更强的物理作用和化学作用，所以胶粉+CMC与PVA+CMC相比，最优掺量变小了。

2.3 灰砂比对剪切强度的影响

表3 灰砂比对界面处理剂剪切强度的影响

表4 灰砂比对界面处理剂剪切强度的影响

由表3、4可以看出，调整胶凝材料和水洗砂的掺量，试件的剪切粘结强度与原来相比都有一定的下降。在界面剂中加入水洗砂第一是做为抗收缩骨料;第二主要是为了在施工过程中能够形成粗糙的界面，易于粘结和施工。骨料砂的目数选择应该得当，砂太细了不能增加界面粗糙度的目的，而太粗了又会给施工带来不便。大量试验证明，由40～70目，70～120目的水洗砂混合而成的骨料砂比较合适。

通过表3的数据并且考虑施工性能的影响，灰砂比在1:1左右是效果最好的。此时聚合物与水泥基材料各自的性能都得到了极好的发挥。

3 结论

通过大量实验，讨论了不同聚合物PVA+CMC和胶粉+CMC、不同灰砂比对混凝土界面处理剂剪切强度的影响，最终得到了不同聚合物不同的最优掺量和最佳灰砂比。总起来比较，(3)号试样即每1kg界面处理剂中有12g聚合物PVA+CMC，约1:1灰砂比的试样，是剪切性能最良好的，剪切强度最高而且完全能够达到JC/T907－2002《混凝土界面处理剂》的规定指标要求。同时市场上原材料来源广泛，试样经济性好，易于施工，可以作为混凝土界面处理剂直接工业化生产配比的有力参考。

[1]周海涛.适用于结构加固改造的单组分混凝土界面剂的研制[J].特种结构，2009，8(3):113 －114.

[2]李庚英，熊光晶，谢慧才，等.一种能改善新老混凝土粘结性能的界面剂[J].四川建筑科学研究，2000，26(4):44－46.

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[4]张鑫，李玉平，夏风敏.考虑配箍率的柱托换节点抗剪性能试验研究[J].山东建筑大学学报，2011，26(1):8－12.

[5]卜良桃，全玥.高性能水泥复合砂浆与混凝土粘结的剪切性能试验研究[J].四川建筑科学研究，2008，34(3):64－67.

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