混凝土修补原理与修补材料的选择
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混凝土修补原理与修补材 料的选择
蒋正武 博士 同济大学材料科学与工程学院 电话：13501961039 Email：jzhw@tongji.edu.cn
交流内容
混凝土的发展
混凝土的本质
混凝土劣化形式与机理 混凝土修补的整体方法论 修补材料的选择 典型砂浆修补材料
1 混凝土发展
结语
耐久性的混凝土修补不仅考虑混凝土修 补材料的耐久性，而且要修补后的混凝 土系统的整体耐久性。 运用整体方法论可有效指导混凝土修补 材料的设计、生产与应用。 砂浆修补材料的选择应充分考虑修补材 料与修补基层之间的相容性。
谢谢！
3 混凝土的劣化形式及机理
几乎所有影响混凝土结构耐久性的
化学和物理过程都涉及两 个主要 的影响因素，即 水； 及其在混凝土孔隙和裂缝中的迁移。
4 混凝土修补的整体方法论
定义：
一种从事物整体上把握事物本质和发展规律的方法。整体 论属于哲学范畴，它强调的是普遍联系，认为看似不相关 的因素其实都有着千丝万缕的关系。整体论就是从全局出 发研究整体的规律性。所谓整体论的方法论（以下简称， 整体方法论）就是一种从事物整体上把握事物本质和发展 规律的方法，是运用整体论分析事物发展规律的方法 。
Micro Meso 10-4 m 10-2 m 细观
Meso Macro 10-2 m 102 m 宏观
2 混凝土的本质
混凝土是一种具有不 同孔径的的多孔复合 材料。
2 混凝土的本质
—混凝土的特性
高强 耐久 脆性
3 混凝土的劣化形式及机理
3 混凝土的劣化形式及机理
3 混凝土的劣化形式及机理
南京-武汉-重庆-成都 客运专线1900公里 杭州-宁波-深圳客 运专线1600公里 杭州-南昌-长沙 客运专线880公里
北京-广州-深圳客 运专线2230公里
1 混凝土发展
21世纪最主要的建筑结构材料 ------混凝土
1 混凝土的本质
水泥 砂
粗骨料 外加剂
矿物掺合料
2 混凝土的本质
Nano Micro 10-9 m 10-5 m 微观
理解误区 ：
①.整体论就意味着整体大于部分之和 ；
②.整体论方法是对还原论方法的根本超越
4 混凝土修补的整体方法论
超微观
微观 细观 混凝土的系统层次
宏观
4 混凝土修补的整体方法论
一个简单的混凝土修补系统也包括混凝土 修补相、过渡区与基层混凝土等部分组成 混凝土修补不仅应考虑混凝土修补材料的 性能与混凝土结构的修复效果 更重要的应考虑修补材料与混凝土结构的 相容性与整体性 修补后的混凝土结构的耐久性。
美国明尼苏达州35号州际公路大桥的坍塌
3 混凝土的劣化形式及机理
3 混凝土的劣化形式及机理
混凝土结构因氯离子引起的腐蚀
因碱骨料反应的混凝土结构膨胀破坏
典型的混凝土结ห้องสมุดไป่ตู้的冻融破坏
混凝土路面的收缩开裂
混凝土桥梁的冲击坍塌
3 混凝土的劣化形式及机理
氯离子或碳化诱导的钢筋锈蚀 收缩开裂 化学腐蚀 冻融破坏 碱骨料反应等
5 修补材料的选择 --修补材料与现有混凝土的相容性
混凝土修补的耐 久性
相容性材料的选 择
耐久性修补的 施工
化学相容 性
电化学相 容性
体积变形的相 容性
渗透相容 性
干燥收 缩
热 膨 胀
徐变
几何尺 寸
弹性模 量
5 修补材料的选择 --应考虑的性能指标
收缩 热膨胀系数 渗透性 弹性模量 粘接强度 抗拉强度 抗压强度 电学性质 化学性质 颜色
5 修补材料的选择 --修补材料与现有混凝土的相容性
修补相
修补相
修补相
基层
基层
基层
a）修补材料内的横向开裂 b）基层混凝土或修补相中纵向开裂 c）粘结界面层的纵 向开裂
混凝土修补系统的破坏模型
6 典型的砂浆修补材料
无收缩灌浆材料 磷酸盐快速修补材料 JS复合防水涂料 弹性修补砂浆 环氧修补砂浆
混凝土修补的系统示意图
4 混凝土修补的整体方法论
一个简单的混凝土修补系统也包括混凝土 修补相、过渡区与基层混凝土等部分组成 ，因此，采用整体方法论分析、设计混凝 土修补可有效认识复杂环境对混凝土的破 坏机理，修补的影响因素等，可避免采用 还原论往往导致“只见树木不见森林”的 现象。
4 混凝土修补的整体方法论 --耐久混凝土修补应考虑的因素
耐久的混凝土修补系统的相容性
5 修补材料的选择
修补材料的分类
• 从使用用途来看，主要分为裂缝修补材料、灌 浆材料、快速修补材料、密封材料、表面防护 材料等。 • 从胶凝材料性质分类，主要分为：水泥基胶凝 材料、聚合物增强水泥基胶凝材料、聚合物胶 凝材料、纤维增强聚合物材料等。 • 从材料性质来看，主要包括无机修补材料、有 机修补材料等。
修补材料与现有混凝土的相容性
修补相的渗透性 内部环境
修补系统的设计
混凝土修补技术与材料
使用和 曝露环 境条件 修补材 料与基 体的相 容性 复合材 料系统 的载荷 情况 基体材 料的性 能
表面预 处理
使用 方法
粘结 材料
修补技术 与工艺
修补材料的性能与 选择
修补系统的设计
修补系统形成
耐久的修补系统
1 混凝土发展
1 混凝土发展
1 混凝土发展
25.5km
32.5km
苏通大桥 世界最大斜拉桥 跨江8146m
36km
1 混凝土发展
大坝 新建10 三峡大坝
1 混凝土发展
公路 高速公路新建5000km/y, 既有 5.4万km 公路总量230万km(2010年)
1 混凝土发展
铁路营业里程9.8万km(2010年)
1 混凝土发展
北京-哈尔滨客运专线： 京秦沈快速客运通道700km 天津-秦皇岛、哈尔滨-大 连两条线总长： 1160km
青岛-石家庄-太原 客运专线770公里
北京-上海客运 专线1300公里 徐州-郑州-兰州客 运专线1400公里
京津、宁沪杭、广 深、广珠等城际客 运系统2000公里
21世纪最主要的建筑结构材料 ------混凝土
蒋正武 博士 同济大学材料科学与工程学院 电话：13501961039 Email：jzhw@tongji.edu.cn
交流内容
混凝土的发展
混凝土的本质
混凝土劣化形式与机理 混凝土修补的整体方法论 修补材料的选择 典型砂浆修补材料
1 混凝土发展
结语
耐久性的混凝土修补不仅考虑混凝土修 补材料的耐久性，而且要修补后的混凝 土系统的整体耐久性。 运用整体方法论可有效指导混凝土修补 材料的设计、生产与应用。 砂浆修补材料的选择应充分考虑修补材 料与修补基层之间的相容性。
谢谢！
3 混凝土的劣化形式及机理
几乎所有影响混凝土结构耐久性的
化学和物理过程都涉及两 个主要 的影响因素，即 水； 及其在混凝土孔隙和裂缝中的迁移。
4 混凝土修补的整体方法论
定义：
一种从事物整体上把握事物本质和发展规律的方法。整体 论属于哲学范畴，它强调的是普遍联系，认为看似不相关 的因素其实都有着千丝万缕的关系。整体论就是从全局出 发研究整体的规律性。所谓整体论的方法论（以下简称， 整体方法论）就是一种从事物整体上把握事物本质和发展 规律的方法，是运用整体论分析事物发展规律的方法 。
Micro Meso 10-4 m 10-2 m 细观
Meso Macro 10-2 m 102 m 宏观
2 混凝土的本质
混凝土是一种具有不 同孔径的的多孔复合 材料。
2 混凝土的本质
—混凝土的特性
高强 耐久 脆性
3 混凝土的劣化形式及机理
3 混凝土的劣化形式及机理
3 混凝土的劣化形式及机理
南京-武汉-重庆-成都 客运专线1900公里 杭州-宁波-深圳客 运专线1600公里 杭州-南昌-长沙 客运专线880公里
北京-广州-深圳客 运专线2230公里
1 混凝土发展
21世纪最主要的建筑结构材料 ------混凝土
1 混凝土的本质
水泥 砂
粗骨料 外加剂
矿物掺合料
2 混凝土的本质
Nano Micro 10-9 m 10-5 m 微观
理解误区 ：
①.整体论就意味着整体大于部分之和 ；
②.整体论方法是对还原论方法的根本超越
4 混凝土修补的整体方法论
超微观
微观 细观 混凝土的系统层次
宏观
4 混凝土修补的整体方法论
一个简单的混凝土修补系统也包括混凝土 修补相、过渡区与基层混凝土等部分组成 混凝土修补不仅应考虑混凝土修补材料的 性能与混凝土结构的修复效果 更重要的应考虑修补材料与混凝土结构的 相容性与整体性 修补后的混凝土结构的耐久性。
美国明尼苏达州35号州际公路大桥的坍塌
3 混凝土的劣化形式及机理
3 混凝土的劣化形式及机理
混凝土结构因氯离子引起的腐蚀
因碱骨料反应的混凝土结构膨胀破坏
典型的混凝土结ห้องสมุดไป่ตู้的冻融破坏
混凝土路面的收缩开裂
混凝土桥梁的冲击坍塌
3 混凝土的劣化形式及机理
氯离子或碳化诱导的钢筋锈蚀 收缩开裂 化学腐蚀 冻融破坏 碱骨料反应等
5 修补材料的选择 --修补材料与现有混凝土的相容性
混凝土修补的耐 久性
相容性材料的选 择
耐久性修补的 施工
化学相容 性
电化学相 容性
体积变形的相 容性
渗透相容 性
干燥收 缩
热 膨 胀
徐变
几何尺 寸
弹性模 量
5 修补材料的选择 --应考虑的性能指标
收缩 热膨胀系数 渗透性 弹性模量 粘接强度 抗拉强度 抗压强度 电学性质 化学性质 颜色
5 修补材料的选择 --修补材料与现有混凝土的相容性
修补相
修补相
修补相
基层
基层
基层
a）修补材料内的横向开裂 b）基层混凝土或修补相中纵向开裂 c）粘结界面层的纵 向开裂
混凝土修补系统的破坏模型
6 典型的砂浆修补材料
无收缩灌浆材料 磷酸盐快速修补材料 JS复合防水涂料 弹性修补砂浆 环氧修补砂浆
混凝土修补的系统示意图
4 混凝土修补的整体方法论
一个简单的混凝土修补系统也包括混凝土 修补相、过渡区与基层混凝土等部分组成 ，因此，采用整体方法论分析、设计混凝 土修补可有效认识复杂环境对混凝土的破 坏机理，修补的影响因素等，可避免采用 还原论往往导致“只见树木不见森林”的 现象。
4 混凝土修补的整体方法论 --耐久混凝土修补应考虑的因素
耐久的混凝土修补系统的相容性
5 修补材料的选择
修补材料的分类
• 从使用用途来看，主要分为裂缝修补材料、灌 浆材料、快速修补材料、密封材料、表面防护 材料等。 • 从胶凝材料性质分类，主要分为：水泥基胶凝 材料、聚合物增强水泥基胶凝材料、聚合物胶 凝材料、纤维增强聚合物材料等。 • 从材料性质来看，主要包括无机修补材料、有 机修补材料等。
修补材料与现有混凝土的相容性
修补相的渗透性 内部环境
修补系统的设计
混凝土修补技术与材料
使用和 曝露环 境条件 修补材 料与基 体的相 容性 复合材 料系统 的载荷 情况 基体材 料的性 能
表面预 处理
使用 方法
粘结 材料
修补技术 与工艺
修补材料的性能与 选择
修补系统的设计
修补系统形成
耐久的修补系统
1 混凝土发展
1 混凝土发展
1 混凝土发展
25.5km
32.5km
苏通大桥 世界最大斜拉桥 跨江8146m
36km
1 混凝土发展
大坝 新建10 三峡大坝
1 混凝土发展
公路 高速公路新建5000km/y, 既有 5.4万km 公路总量230万km(2010年)
1 混凝土发展
铁路营业里程9.8万km(2010年)
1 混凝土发展
北京-哈尔滨客运专线： 京秦沈快速客运通道700km 天津-秦皇岛、哈尔滨-大 连两条线总长： 1160km
青岛-石家庄-太原 客运专线770公里
北京-上海客运 专线1300公里 徐州-郑州-兰州客 运专线1400公里
京津、宁沪杭、广 深、广珠等城际客 运系统2000公里
21世纪最主要的建筑结构材料 ------混凝土