1、碩士研究生學位論文論文題目 :混凝土裂縫修復技術及材料的研究碩士生 :張芳指導教師 :郝進鋒教授學科專業 :防災減災工程及防護工程X009年 6月 24日混凝土裂縫修復技術及材料的研究摘要混凝土材料以其抗壓強度高、耐火性好、使用靈活、施工方便等 優點成為當今世界上用途最廣、 用量最大的建筑材料之一, 發揮著其 它材料無法替代的作用和功能。但是,混凝土材料脆性大、易腐蝕, 在其服役的過程中會受到內部因素和外部環境的作用, 產生裂紋、 局 部損傷和腐蝕等病害,口積月累,這些病害會逐漸加重,致使混凝土 材料的性能不斷降低, 輕者會影響結構的正常使用或縮短結構的使用 壽命, 重者會產生災難性的事故,

2、給國民經濟和人民的生命安全帶來 巨大的損失。 雖然說混凝土裂縫幾乎是不可避免的, 但大部分裂縫都 可以通過修補使混凝土結構物恢復原有功能。 為了提高混凝土結構的 耐久性, 增強混凝土結構的使用功能, 可以對結構構件中出現的混凝 土裂縫進行修復。 可以說混凝土裂縫的修復有著巨大的理論價值和實 踐。 混凝土裂縫的修復從其修復理論上有兩種途徑, 一種是混凝土裂 縫的事后維修, 包括從建筑物使用的美觀角度或防滲漏等特殊方面考 慮的對混凝土裂縫的修補和考慮結構安全耐久性考慮的結構加固 ; 另一種就是結構構件本身對裂縫的自修復。 本論文主要研究的內容包括 混凝土裂縫修復技術及處理方法, 粘結劑的性能分析及

3、選用, 以及對 粘結劑性能的驗證。關鍵字 :混凝土裂縫 ; 事后維修 ; 自修復 ; 修復材料 ; 粘結劑Research on the repairing Technology and Materials for Concrete CracksAbstractWith its high compressive strength of concrete materials , fire resistance, and the use offlexible, convenient construction to become the world's most widely used, t

4、he amount of oneof the largest construction materials, other materials are playing an irreplaceable role andfunction. However, the brittleness of concrete materials, easy corrosion, in the course of theirservice may be subject to internal factors and the role of the external environment, resultingin

5、 cracks, corrosion and other localized injury and disease, over time, the disease willgradually increase, A result, the performance of concrete materials continue to lower the lightwill affect the structure of the normal use or shorten the life of the structure , weight will havecatastrophic acciden

6、ts, to the national economy and people's lives and bring great loss ofsecurity. Although cracks in the concrete is almost inevitable, but most were able to passthrough cracks in concrete structures repaired to restore the original function. In order toimprove the durability of concrete structure

7、s, reinforced concrete structure using function,you can appear onthe structural components of the repair concrete cracks. It can be said thatthe repair of concrete cracks have great theoretical value and practice. Repair cracks inconcrete from the repair, there are two ways in theory, one after the

8、repair of concrete cracks,ranging from the aesthetic point of view the building or the use of anti-leakage and otherspecial considerations for the repair of concrete cracks and to consider the structural safety ofdurable reinforcement of the structure considered; Another component is the structure o

9、ftheir own self-healing of cracks. This paper studies include concrete crack repair techniquesand treatment methods, performance analysis and binder selection, and performanceverification of the binder. Keywords: Concrete cracks; After maintenance; Self-repair; Repair materials; Binder摘要本文論述了混凝土裂縫的產

10、生及修復技術, 以裂縫修復機理闡述 在裂縫修復過程中粘結劑性能及選擇對裂縫修復的重要性,具體創新點如下 :1以裂縫危害引出裂縫修復,給出了粘結劑修復的基本方法 ;2根據事后修復的缺點, 提出了結構的自修復, 給出了自修復材 料的基本構成和應具有的基本性能 ;3通過試驗驗證自修復所用的粘結劑力學性能。第一章緒論工程裂縫現象是各類建 (構 筑物中普遍存在的一種質量缺陷, 混 凝土結構的裂縫是一個很普遍的技術問題, 任何一幢鋼筋混凝土建筑 物由于種種的外因和內因都存在不同程度的裂縫。 房屋的破壞和倒塌 大多是從裂縫的擴展開始的。 鋼筋混凝土工程中裂縫吸收水分和氣體, 從而使鋼筋不斷銹蝕, 銹蝕鋼筋體

11、積膨脹加劇, 裂縫擴大, 如此循環, 破壞結構的整齊性。 裂縫的存在會明顯的降低結構構件的承載力、 持 久強度和耐久性, 有可能在結構未達到設計要求的荷載前就造成破壞, 影響整個工程的安全。 簡言之, 裂縫及其擴展是結構破壞和倒塌的先 兆,裂縫降低了結構的承載力,裂縫引起鋼筋銹蝕、混凝土碳化、保 護層脫落、滲漏及構件持久強度的降低等。盡管采取合理的材料、 設計構造和施工措施等可以獲得一定的裂 縫控制效果, 但由于混凝土自身的材料特性以及多種因素的復雜影響,建筑工程中, 混凝土結構的開裂實際上是無法完全杜絕的。 裂縫一旦 形成, 往往還會伴隨后期結構承載情況以及環境因素的變化, 持續運 動和發展

12、,表現為裂縫數量不斷增多,深度、寬度不斷加大。其結果 不但對結構的安全可靠性可能發生影響, 而且會對建筑物的耐久性及 正常的使用功能造成嚴重的危害。此外,即使是無害裂縫,也會影響 建筑物的外觀,并引起用戶心理上的恐懼和不安。因此,混凝土結構 裂縫達到肉眼可視寬度時, 一般必須進行修復, 以確保建筑物的安全 可靠性、耐久性及正常使用功能,并有助于消除使用者的不安心理。 現有國內外對裂縫修復的研究一般都是考慮其修復技術, 而并未 真正考慮粘結劑的選用對裂縫的修復效果, 因此本論文把粘結劑的性 能研究與選用作為一個重要部分與修復技術同時展開討論。1. 1混凝土裂縫簡述裂縫是混凝土工程中最常見的一種缺

13、陷。 這里所說的裂縫是指肉 眼可見的宏觀裂縫,而不是微觀裂縫,其寬度應在 0. 05mm 以上。混 凝土出現宏觀裂縫的原因多種多樣, 通常因為混凝土發生體積變化時 受到約束, 或因受到荷載作用時, 在混凝土內部引起過大的拉應力 (或 拉應變 而產生裂縫。混凝土的微觀裂縫則為一般混凝土所固有,因 為混凝土是由水泥漿體水化硬化后的水泥石與砂、 石骨料組成, 它們 的物理力學性質并不一致, 水泥漿體硬化后的干縮值較大, 而混凝土 中的骨料則限制了水泥漿體的自由收縮, 這種約束等作用使混凝土內 部從硬化開始就在骨料與水泥漿體的粘結面上出現了微裂縫。 也就是 說, 即使沒有外部荷載作用, 或者即使混凝土

14、發生體積變化時沒有受到外部的約束, 混凝土內部己經有了微裂縫, 但是這些微裂縫在不大 的外力或變形作用下是穩定的 ; 當外力或變形作用較大時,這些粘結 面上微裂縫就會發展 ; 當外力或變形作用更大時,微裂縫就會擴展穿 過硬化后的水泥石,逐漸發展成可見的宏觀裂縫。混凝土產生裂縫的原因有多種, 但根本原因是混凝土中的拉應力 超過了混凝土的抗拉強度。 具體可歸結為由變形引起的裂縫和由外荷 載引起的變形。由外荷載引起的裂縫也稱結構性裂縫、荷載縫、受力裂縫。其裂 縫與荷載有關, 預示結構承載力可能不足或存在嚴重問題。 由荷載引 起的裂縫約占結構總裂縫的 20%0多數輕微細小的宏觀裂縫,多為由 變形引起的

15、裂縫, 對工程結構的承載能力、 使用功能和耐久性不會有 大的影響,只是有損結構的外觀,引起對工程質量的疑慮。由外荷 載引起的裂縫一般較大, 當可見的宏觀裂縫較寬較深時, 會影響結構 的抗滲能力, 導致水分及有害物質滲入, 誘發鋼筋銹蝕或加速混凝土 的自然老化,從而損害工程結構的承載能力、使用功能和耐久性。混 凝土結構產生宏觀裂縫不外乎是由于混凝土原材料質量低劣、 配合比選定不當 ; 或是由于施工過程的施工方法有誤或工藝欠佳 ; 或是由于 設計有誤 ; 或對溫度變化和混凝土收縮產生的拉應力估計不足 ; 或混 凝土己遭受腐蝕或重大損傷, 結構存在嚴重薄弱環節, 成為結構面臨 破壞的前兆。 所以必須

16、采取各種措施預防以減少產生宏觀裂縫, 一旦 出現宏觀裂縫,就必須分析其原因,并采取適當的修補措施。1.2混凝土裂縫的修復方法改革開放以來,尤其近十多年來,我國社會經濟迅速發展,建設 規模口趨宏大, 鋼筋混凝土結構應用更為廣泛, 結構形式更趨復雜多 樣, 混凝土所用材料及施工工藝也發生了巨大變化, 而人們對工程質 量的要求口益提高, 混凝土工程裂縫問題也倍受社會各界人士的關注, 混凝土的裂縫, 長期以來一直是學術界和工程界所研究的一個重要課 題。 國內外發表了大量的有關混凝土裂縫的成因、 控制與修補的文獻。 近年來, 盡管混凝土從原材料控制、 配合比計量控制以及施工技術等 均有了空前的提高, 但

17、混凝土的裂縫卻屢見不鮮, 成了不可避免的事, 真可謂是沒有不裂的混凝土, 也使得裂縫修復工作口益顯示出其重要 性?，F有混凝土裂縫的修復形式主要是事后維修和定時維修, 修補方 法和材料主要根據結構的功能要求、開裂原因、裂縫形狀、結構重要 性和環境條件等因素確定。 對于結構承載力不足而引起的裂縫, 除了 應對裂縫進行修補,還應采取相應的加固措施。對于活動裂縫,即尚 在繼續發展或不能穩定的裂縫, 應在采取措施使裂縫發展停止后, 再 采取修補措施。 如果裂縫的發展不能控制, 則應采取措施限制裂縫的發展程度, 并用柔性材料修補裂縫。 混凝土裂縫修補常用的方法有結 構加固法、表面處理法、灌漿法、填充法等對

18、于事后維修與加固這種 停留在被動和計劃模式下的修復方式存在一定弊端, 如事后裂縫的修 補需要較大寬度, 而對于細微裂縫可能達不到其修復效果, 而且一旦 微裂縫修補不及時可能引起微觀裂縫的擴展和貫通, 影響整個建筑物 的安全穩定或正常使用,另外,隨著科學社會的發展,面對各種自然 環境及自然災害, 人們對常用的建筑物或構筑物的安全等級要求口益 提高, 因此這種事后維修或加固在一定程度上己不能適應現代多功能 和智能建筑對混凝土材料提出的要求。 因此研究和開發自修復混凝土 及自修復技術己經昭顯其重要性。 針對這一問題, 科學家們提出了材 料損傷的自診斷和自修復概念 3, 4,與 , 設想制造出一種能自

19、我修 復的材料延長材料的壽命 2。 研究并設計混凝土裂縫自修復的技術 是國外近些年提出的混凝土裂縫修補的新方法, 而且隨著科技的發展, 混凝土裂縫自修復技術及自修復材料被越來越多的研究人員納入研 究課題并通過各種試驗來驗證。 研究和開發混凝土自修復技術、 找出 適應混凝土特性的修復材料, 使其能夠主動、 自動的對損傷部位進行 修復、 恢復并提高混凝土材料的性能己經成為結構一一功能 (智能 一體化混凝土的發展趨勢。裂縫自修復技術指混凝土在外部或內部條件的作用下, 釋放或 生成新的物質自行封閉、愈合其裂縫。自修復混凝土,是一種具有感 知和修復性能的混凝土。 從嚴格意義上來說, 應該是一種機敏混凝土

20、。 它是混凝土向智能材料發展的一個高級階段。 自修復混凝土, 是模仿生物機體受創傷后的再生、 恢復機理, 采用修復膠粘劑和混凝土材料 相復合的方法, 對材料損傷破壞具有自修復和再生功能的一種新型復 合材料。1.3粘結劑混凝土裂縫修復過程中要求粘結劑要具有良好的修復性能, 包括 粘結劑與混凝土得性能匹配,粘結劑的抗老化、化學穩定性、粘結劑 的固化程度等等。而建筑膠粘劑品種繁多,性能各異。但不論何類膠 種,均以一成膜物質作為主要組分,稱之為粘料或基料,它使膠粘劑 具有粘附特性。 此外還有固化劑 (或叫硬化劑 或硫化劑, 改進韌性的 增韌劑和增塑劉, 改進工藝性能的稀釋劑或溶劑, 給予某些指定特性 的填科以及催化劑或促進齊 、 偶聯劑、 增粘劑、 防老劑 (如抗氧劑等 、 穩定劑、顏料、香料等等。有的膠粘劑其組分較多較復雜,有的建筑 膠粘劑的組分則較少較單一, 主要是根據使用要求、 工藝條件及成本 等幾個主要因素來決定的。 只有準確地、 較深入地了解其建筑膠粘劑 的主要組成,才能進行合