聚合物改性三元体系修补材料与混凝土粘结界面特性及退化机理研究

With the continuous increase of highway mileage, traffic flow and public travel demand in China, the damage of cement concrete road is becoming more and more serious. The highway mileage that needs to be repaired increases sharply, and the common phenomenon of repeated damage of repaired road，resulting in a huge waste of resources. In order to solve the problem of the failure of concrete repair, which because of the low interface strength and the evolution of interface transition zone microstructure in complex environment, this research adopts the method of adding polymer to improve the interface transition zone between Portland cement-aluminate Cement-gypsum ternary system repair material and concrete matrix, thus enhance the interface bonding performance of repair material. By means of TGA, microhardness test, SEM and X-ray CT, the types, amount, morphology and structure of hydration products in the repair interface transition zone will be analyzed, and the relationship between the repair interface microstructure and the interfacial bonding properties will be clarified. The changes of the interfacial bonding properties between the repair materials and the concrete matrix under different environmental conditions will be studied, and the degradation of the bonding properties of the repair interface will be analyzed. The prediction model of interfacial bond strength will be established. The results of the research will provide important theoretical basis for improving road safety and prolonging the service life of cement concrete road.

随着我国公路里程的不断增长、交通流量的快速增加以及公众出行需求的日益提高，水泥混凝土路面的破坏问题日趋严重，需进行修补的公路里程数急剧增加，并且已修补路面反复破坏的现象普遍，造成了资源的巨大浪费。针对混凝土路面修补界面强度低，界面过渡区微观结构在复杂环境中的演变会影响界面力学性能，造成混凝土修补失效的问题，项目采用掺入聚合物的方法改善硅酸盐水泥-铝酸盐水泥-石膏三元体系修补材料与混凝土基体的界面过渡区，提高修补材料界面粘结性能；并结合TGA、显微硬度仪、SEM及X-rayCT等多种微观测试手段，分析修补界面过渡区水化产物的种类、生成量、形貌及结构，阐明修补界面微观结构与界面粘结性能的关系；研究不同环境作用下修补材料与混凝土基体界面粘结性能的变化，分析修补界面粘结性能的退化机理，建立界面粘结强度的预测模型。研究成果将为提高道路的安全性及延长水泥混凝土路面的使用寿命提供重要的理论依据。

以硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和石膏复合得到无机修补材料（OPC-CAC-G）具有成本低廉、快硬早强、微膨胀性等优点，但其依然存在脆性大、粘结强度低等缺点，常导致修补失效。对此可采用掺入高柔性和高黏性的聚合物的方法对其进行改善，更重要的是，聚合物可以改善修补材料与混凝土的界面过渡区，提高修补材料的界面粘结性能。.本文采用丁苯乳液（SBR）、苯丙乳液（SAE）、乙烯醋酸乙烯酯乳液（EVA）、可再分散性乳胶粉（VAE）四种聚合物对OPC-CAC-G修补砂浆进行改性，研究了聚合物改性OPC-CAC-G修补砂浆的基本性能、力学性能、界面粘结性能以及界面强化后的界面粘结性能，结合XRD、SEM、XPS、FTIR等微观检测手段，综合分析了聚合物对OPC-CAC-G的改性机理，阐明了聚合物对OPC-CAC-G粘结界面微观结构的影响规律，探究了界面剂和界面处理方式对OPC-CAC-G修补砂浆的界面粘结性能的作用效果。.研究结果表明：.（1）四种聚合物不同程度降低了OPC-CAC-G砂浆的抗压强度，但SBR和SAE有效提高了OPC-CAC-G砂浆的28 d抗折强度，而EVA和VAE则降低其抗折强度。四种聚合物均能有效降低OPC-CAC-G砂浆的弹性模量，弹性模量随着聚合物掺量的增加而降低。SBR、SAE和EVA乳液能够显著提高OPC-CAC-G修补砂浆的弯曲韧性，而VAE胶粉会降低其弯曲韧性。.（2）四种聚合物的掺入可有效提高OPC-CAC-G修补砂浆的界面粘结强度， 其中，SBR和SAE乳液的增强效果最显著，最佳掺量分别为20%和10%，以此掺量配制的SBR和SAE改性OPC-CAC-G修补砂浆的拉伸粘结强度分别是纯OPC-CAC-G的2.96倍和2.92倍，抗折粘结强度分别是纯OPC-CAC-G的1.56倍和1.39倍。.（3）混凝土基体粗糙状态下的界面粘结强度均强于光滑状态下的界面粘结强度，增加基体界面的粗糙度是提高粘结强度的有效方式。SBR、SAE、EVA三种乳液作为界面剂能有效提高OPC-CAC-G修补砂浆的界面粘结强度，粘结强度随着界面剂浓度的增加而提高，最佳浓度均为40%。20%SBR、10%SAE改性OPC-CAC-G水泥净浆类和砂浆类界面剂能明显提高界面粘结强度。