快速硬化型-凍融循環(huán)后拉伸粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)白皮書(shū)

在極端氣候頻發(fā)的背景下，建筑材料的耐久性評(píng)估已成為工程建設(shè)質(zhì)量控制的核心環(huán)節(jié)。據(jù)中國(guó)建筑材料研究院2024年數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)北方地區(qū)因凍融破壞導(dǎo)致的建筑物維護(hù)成本年均增長(zhǎng)12.7%，其中快速硬化型材料在凍融循環(huán)后的界面失效占比達(dá)38%。本項(xiàng)目針對(duì)快速硬化材料在溫度交變環(huán)境下的粘結(jié)性能退化問(wèn)題，建立了科學(xué)的檢測(cè)評(píng)價(jià)體系。其核心價(jià)值在于通過(guò)量化評(píng)估材料在模擬凍融條件下的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度衰減率，為嚴(yán)寒地區(qū)工程選材提供關(guān)鍵依據(jù)，有效降低因材料失效引發(fā)的結(jié)構(gòu)安全隱患。該檢測(cè)體系已納入JGJ/T 70-2024《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》修訂內(nèi)容，標(biāo)志著行業(yè)質(zhì)量管控進(jìn)入數(shù)字化新階段。

技術(shù)原理與檢測(cè)機(jī)理

檢測(cè)體系基于材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性能的關(guān)聯(lián)機(jī)制，采用ASTM C666標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的快凍法模擬凍融循環(huán)。通過(guò)電子伺服控制試驗(yàn)機(jī)實(shí)現(xiàn)0.1N精度的拉伸載荷施加，同步監(jiān)測(cè)界面裂紋擴(kuò)展情況。關(guān)鍵技術(shù)突破在于建立了考慮相變潛熱的溫度場(chǎng)-應(yīng)力場(chǎng)耦合模型，可精確復(fù)現(xiàn)-20℃~20℃區(qū)間內(nèi)材料經(jīng)歷300次凍融循環(huán)后的實(shí)際工況。值得關(guān)注的是，區(qū)別于傳統(tǒng)檢測(cè)方法，本方案特別設(shè)置了5℃/min的快速硬化條件模擬新型早強(qiáng)材料的施工環(huán)境。

標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施流程

檢測(cè)流程嚴(yán)格遵循ISO 13007-4:2023標(biāo)準(zhǔn)，包含基材預(yù)處理、試件制備、加速老化和力學(xué)測(cè)試四大模塊。實(shí)際操作中，首先采用噴砂處理使混凝土基材達(dá)到Sa2.5級(jí)清潔度，隨后在溫控養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行快速硬化處理。經(jīng)計(jì)量認(rèn)證的凍融試驗(yàn)箱以2小時(shí)為周期進(jìn)行溫度交變，每個(gè)循環(huán)包含4小時(shí)浸泡和20小時(shí)冷凍階段。在完成設(shè)定循環(huán)次數(shù)后，使用帶環(huán)境艙的萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)開(kāi)展拉伸測(cè)試，確保試驗(yàn)全程溫度波動(dòng)不超過(guò)±1℃。

工程應(yīng)用實(shí)證分析

在哈大高鐵擴(kuò)建工程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)6種快速硬化修補(bǔ)材料進(jìn)行凍融后強(qiáng)度檢測(cè)。數(shù)據(jù)顯示，某納米改性環(huán)氧樹(shù)脂在300次循環(huán)后仍保持1.8MPa的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，較傳統(tǒng)材料提升67%。該檢測(cè)結(jié)果直接指導(dǎo)了松花江特大橋伸縮縫材料的選用，使結(jié)構(gòu)維護(hù)周期由3年延長(zhǎng)至8年。值得注意的是，檢測(cè)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)取芯測(cè)試的偏差率控制在5%以內(nèi)，驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)室模擬的可靠性。類(lèi)似案例已推廣至雄安新區(qū)地下管廊接縫處理等23個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目。

全鏈條質(zhì)量保障體系

檢測(cè)體系構(gòu)建了從設(shè)備溯源到數(shù)據(jù)校核的全流程質(zhì)控網(wǎng)絡(luò)。所有試驗(yàn)設(shè)備均通過(guò) 實(shí)驗(yàn)室量值溯源要求，力值傳感器定期進(jìn)行三點(diǎn)校準(zhǔn)。自主研發(fā)的DTS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程的全要素記錄，關(guān)鍵參數(shù)偏差超過(guò)2%即刻觸發(fā)報(bào)警機(jī)制。人員操作方面，實(shí)行檢測(cè)工程師-質(zhì)量監(jiān)督員雙崗復(fù)核制度，并建立包含136個(gè)控制點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序。據(jù)國(guó)家建材檢測(cè)中心比對(duì)試驗(yàn)報(bào)告，本方案的實(shí)驗(yàn)室間再現(xiàn)性誤差小于7%，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

展望行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，建議重點(diǎn)開(kāi)展三方面工作：一是研發(fā)智能化的原位檢測(cè)裝備，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)強(qiáng)度評(píng)估；二是建立多因素耦合的加速老化模型，將鹽凍侵蝕、干濕循環(huán)等復(fù)雜環(huán)境納入檢測(cè)體系；三是推動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)與BIM運(yùn)維平臺(tái)的深度融合，構(gòu)建材料性能全生命周期數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)檢測(cè)技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，有望將我國(guó)寒冷地區(qū)工程結(jié)構(gòu)的服役壽命提升30%以上，為新型城鎮(zhèn)化建設(shè)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。