混凝土裂缝修补国内外进展

第二部分

1.混凝土裂缝修补材料的研究进展及国内外实施效果

1.1混凝土裂缝修补材料的研究进展

目前混凝土裂缝修补普遍采用的材料有有机材料、无机材料和有机-无机复合材料。有机类包括沥青及改性沥青类、环氧树脂类、聚胺脂类和烯类等。无机类包括快硬水泥混凝土、膨膨膨胀水泥混凝土、掺复合外加剂的混凝土、外掺纤维的混凝土和外掺超细粉的混凝土等。有机-无机复合类有聚合物细石混凝土，聚合物浸渍混凝土等。

国外研究进展

近年来，国外针对水泥混凝土裂缝的修补材料及修补工艺，进行了诸多研究。各个国家有许多科研机构和学者都在潜心研究开发新材料、新工艺，解决裂缝问题。

美国、日本等国家将常用于建筑混凝土结构裂缝修补的环氧树脂进行改性，研究出适合用于混凝土路面所需要的抗冲击韧性较大的改性环氧树脂灌浆材料。还有些国家研制出了低粘度聚合物稀浆用于裂缝宽度为0.5mm左右的细裂缝修补，用掺加高分子材料的聚合物水泥砂浆及合成聚合物和焦油为主的油灰胶泥修补较宽的裂缝，用延性较好的聚氨脂树脂、橡胶—煤焦油填补缝料进行路面的接缝修补。

化学灌浆材料可以灌入微细裂缝，凝固时间从几秒到几十小时内均可调节。但是，化学浆材的价格高，配方复杂，有些具有毒性。为此，日本开始生产使用超细水泥，第一个超细水泥品牌是MC-500，它是波特兰水泥和粒化高炉矿渣以4:1的比例混合而成，当时还生产了一种更细的超细水泥MC-100，比表面积达1300m2/kg，它是由磨细高炉矿渣通过氢氧化钠碱激发而成，其尺寸大于7.8μm 的颗粒含量小于3%。

为了能将浆体灌入细微裂缝，1982年—1984年间，Shimoda和Clarke分别用超细水泥加固具有微细裂缝的岩土体，当时他们使用的超细水泥是日本奥罗达水泥联合公司生产的MC-500号水泥，粒径为l-15μm，浆液可注入到 3.75×10-4m/s的细砂层。

自超细水泥问世以后，各国都大量地用于加固及修补(缝)工程。美国的工程

实践表明:超细水泥浆液可灌人细砂和细裂缝的岩石与混凝土中，其可灌性与化学浆材相当。加拿大K.Salen和T.Mrizx在论文中指出200年以来灌浆浆液的特性已发生很大变化，由简单泥浆悬浮液到水泥浆悬浮液、化学浆液直到超细水泥新品种。在这些材料中，对于浮动裂隙或低温下进行灌浆加固，则推荐使用超细水泥。瑞典R.Bocrhardt指出超细水泥及添加剂的生产，使灌浆工艺获得了新的可行方法，很多化学灌浆材料耐久性差，而且对环境有污染。

日本SHO-BOND开发了拥有国际专利的“壁可”注入法(BCIS)，突破了传统裂缝维修方法的局限性，利用合成橡胶管状注人器的自然弹性产生O.3MPa的压力最终将高分子树脂修补材料缓慢持续地注人仅0.02mm宽的裂缝末梢。

瑞典的奥兰特(Olnad)大桥在维修桥墩裂缝时，就采用无裂缝的“外包混凝土”进行修补，即在原有结构的周围包以新的混凝土，其新颖之处就是用滑移层来防止裂缝。

K.P.Ramesh;S.S.Bnag等开始研究具有生命的混凝土，即细菌混凝土，它可以自己修复裂缝。这项技术很让人期待，因为由于微生物的作用，矿物可以自由的、自发的聚合。因为细菌的细胞壁呈阴性，聚合在细胞壁表面的金属离子非常坚固，因此他们最终变为晶体而填充混凝土内部的空隙和裂缝。

Li.Victor，C.Soucre等人研究了界面裂缝侦察的概念，并通过一个典型的混凝土修补体系，验证这种机理的可行性。通过这种微结构形成的Engnieeerd Cementitiuos ComPosite(ECC)被用作修补材料，通过试验证实，这种材料在修补界面裂缝中最有成效。对于相同的几何条件和荷载环境，这个ECC修补系统更强大、更有韧性，相对于其它修补材料，它能更好的控制裂缝宽度。

美国的混凝土协会，英国的水泥与混凝土协会、欧洲混凝土协会，俄罗斯的混凝土及钢筋混凝土研究院等。其产品有:美国的QUIKRETE系列产品，可用于各种建筑的混凝土裂缝修补，但对于水泥混凝土路面裂缝大批量的修补，造价太高;日本住友大阪水泥公司开发出“放心修补棒”修补混凝土裂缝，施工工艺非常简单，但它的耐久及防水性不好，用于混凝土路面的长期效果不好。印度对有机修补材料研究的较多，如M-72修补剂，含有环氧树脂、苯甲基乙醇等有机物，粘结强度很大。美国开发的“派拉蒙特”(Pyrament)混合水泥拌制的混凝土，4h 抗压强度达到13.4MPa。该水泥在纽约州12h完成一座桥梁接缝的修复。日本广

泛应用调凝水泥(或称喷射水泥)进行路面维修，可在12h以内完成并恢复交通。

国内研究进展

国内早期最常使用的水泥混凝土路面修补材料为沥青质材料，即在路面板的裂缝、断板处灌以沥青，以起到封闭裂缝的作用。这种方法只是一种应急措施，不能从根本上解决混凝土路面裂缝的问题。

自上世纪80年代以来，我国一些大专院校、科研机构加大了对路面裂缝修补材料研究的力度，陆续研制出了新的裂缝修补材料，用于水泥路面养护工程。裂缝修补材料根据其功能可分为补强材料和密封材料。当水泥混凝土路面由于裂缝造成强度不足时，宜选用补强材料，使其恢复整板的传荷能力。当水泥混凝土路面仅出现贯穿裂缝，而面板强度仍满足通车要求时，为防止雨水等的侵蚀，使裂缝扩大而削弱路基，可选用密封修补材料，将裂缝封闭。

典型的补强材料有可用于灌缝的环氧树脂及各种改性环氧树脂、酚醛及各种改性酚醛树脂类胶粘剂，用于裂缝条带修补的水泥基无机胶凝材料(如掺JK系列快速修补剂的早强快硬修补混凝土)。密封修补材料主要指聚氨醋类、烯类、橡胶类、沥青类胶粘剂。

环氧树脂类修补材料的主要组分是环氧树脂，它是含有两个以上环氧化基团的高分子化合物，常见的环氧树脂可分为两类，一类是缩水甘油基型环氧树脂; 一类是环氧化烯烃。水泥混凝土路面修补中使用的环氧树脂类材料大多属缩水甘油基型，常用的有多元酚和多元醇制备的双酚A环氧树脂。由于环氧树脂本体延伸率低，脆性大，当与旧混凝土胶接时，胶结面承受外应力很快会造成缺陷区扩展，裂缝蔓延，从而导致胶层开裂，使胶接处不耐疲劳。因此，必须对环氧树脂进行改性，即加一些低分子液体改性剂、增柔剂、增韧剂等。既要充分利用环氧树脂本身强度高、粘附力强的优点，又要通过改性，降低其脆性，提高延伸率。最常用的改性环氧树脂有:聚硫改性环氧灌浆材料、914双组分决速固化裂缝修补材料、江苏建筑科学研究院研制并生产的JNV修补加固剂。

聚氨脂胶液是一种胶接性能很好的水泥混凝土路面裂缝修补材料。由于聚氨脂具有柔性的分子链，它的耐振动性及抗疲劳性能都很好。聚氨脂还有一个重要的特点是它的耐低温性能好，比所有其他任何有机类的胶粘材料耐寒性能都优