混凝土裂縫修復(fù)技術(shù)及材料的研究

1、碩士研究生學(xué)位論文論文題目 :混凝土裂縫修復(fù)技術(shù)及材料的研究碩士生 :張芳指導(dǎo)教師 :郝進(jìn)鋒教授學(xué)科專業(yè) :防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程X009年 6月 24日混凝土裂縫修復(fù)技術(shù)及材料的研究摘要混凝土材料以其抗壓強(qiáng)度高、耐火性好、使用靈活、施工方便等 優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)今世界上用途最廣、 用量最大的建筑材料之一, 發(fā)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(huì)受到內(nèi)部因素和外部環(huán)境的作用, 產(chǎn)生裂紋、 局 部損傷和腐蝕等病害,口積月累,這些病害會(huì)逐漸加重,致使混凝土 材料的性能不斷降低, 輕者會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常使用或縮短結(jié)構(gòu)的使用 壽命, 重者會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的事故,

2、給國民經(jīng)濟(jì)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(bǔ)使混凝土結(jié)構(gòu)物恢復(fù)原有功能。 為了提高混凝土結(jié)構(gòu)的 耐久性, 增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用功能, 可以對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件中出現(xiàn)的混凝 土裂縫進(jìn)行修復(fù)。 可以說混凝土裂縫的修復(fù)有著巨大的理論價(jià)值和實(shí) 踐。 混凝土裂縫的修復(fù)從其修復(fù)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(duì)混凝土裂縫的修補(bǔ)和考慮結(jié)構(gòu)安全耐久性考慮的結(jié)構(gòu)加固 ; 另一種就是結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身對(duì)裂縫的自修復(fù)。 本論文主要研究的內(nèi)容包括 混凝土裂縫修復(fù)技術(shù)及處理方法, 粘結(jié)劑的性能分析及

3、選用, 以及對(duì) 粘結(jié)劑性能的驗(yàn)證。關(guān)鍵字 :混凝土裂縫 ; 事后維修 ; 自修復(fù) ; 修復(fù)材料 ; 粘結(jié)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(chǎn)

10、生及修復(fù)技術(shù), 以裂縫修復(fù)機(jī)理闡述 在裂縫修復(fù)過程中粘結(jié)劑性能及選擇對(duì)裂縫修復(fù)的重要性,具體創(chuàng)新點(diǎn)如下 :1以裂縫危害引出裂縫修復(fù),給出了粘結(jié)劑修復(fù)的基本方法 ;2根據(jù)事后修復(fù)的缺點(diǎn), 提出了結(jié)構(gòu)的自修復(fù), 給出了自修復(fù)材 料的基本構(gòu)成和應(yīng)具有的基本性能 ;3通過試驗(yàn)驗(yàn)證自修復(fù)所用的粘結(jié)劑力學(xué)性能。第一章緒論工程裂縫現(xiàn)象是各類建 (構(gòu) 筑物中普遍存在的一種質(zhì)量缺陷, 混 凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是一個(gè)很普遍的技術(shù)問題, 任何一幢鋼筋混凝土建筑 物由于種種的外因和內(nèi)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(kuò)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(kuò)大, 如此循環(huán), 破壞結(jié)構(gòu)的整齊性。 裂縫的存在會(huì)明顯的降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力、 持 久強(qiáng)度和耐久性, 有可能在結(jié)構(gòu)未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的荷載前就造成破壞, 影響整個(gè)工程的安全。 簡(jiǎn)言之, 裂縫及其擴(kuò)展是結(jié)構(gòu)破壞和倒塌的先 兆,裂縫降低了結(jié)構(gòu)的承載力,裂縫引起鋼筋銹蝕、混凝土碳化、保 護(hù)層脫落、滲漏及構(gòu)件持久強(qiáng)度的降低等。盡管采取合理的材料、 設(shè)計(jì)構(gòu)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(fù)雜影響,建筑工程中, 混凝土結(jié)構(gòu)的開裂實(shí)際上是無法完全杜絕的。 裂縫一旦 形成, 往往還會(huì)伴隨后期結(jié)構(gòu)承載情況以及環(huán)境因素的變化, 持續(xù)運(yùn) 動(dòng)和發(fā)展

12、,表現(xiàn)為裂縫數(shù)量不斷增多,深度、寬度不斷加大。其結(jié)果 不但對(duì)結(jié)構(gòu)的安全可靠性可能發(fā)生影響, 而且會(huì)對(duì)建筑物的耐久性及 正常的使用功能造成嚴(yán)重的危害。此外,即使是無害裂縫,也會(huì)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(jié)構(gòu) 裂縫達(dá)到肉眼可視寬度時(shí), 一般必須進(jìn)行修復(fù), 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(xiàn)有國內(nèi)外對(duì)裂縫修復(fù)的研究一般都是考慮其修復(fù)技術(shù), 而并未 真正考慮粘結(jié)劑的選用對(duì)裂縫的修復(fù)效果, 因此本論文把粘結(jié)劑的性 能研究與選用作為一個(gè)重要部分與修復(fù)技術(shù)同時(shí)展開討論。1. 1混凝土裂縫簡(jiǎn)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(yīng)在 0. 05mm 以上?；?凝土出現(xiàn)宏觀裂縫的原因多種多樣, 通常因?yàn)榛炷涟l(fā)生體積變化時(shí) 受到約束, 或因受到荷載作用時(shí), 在混凝土內(nèi)部引起過大的拉應(yīng)力 (或 拉應(yīng)變 而產(chǎn)生裂縫?；炷恋奈⒂^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(xué)性質(zhì)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(nèi) 部從硬化開始就在骨料與水泥漿體的粘結(jié)面上出現(xiàn)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(fā)生體積變化時(shí)沒有受到外部的約束, 混凝土內(nèi)部己經(jīng)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(wěn)定的 ; 當(dāng)外力或變形作用較大時(shí),這些粘結(jié) 面上微裂縫就會(huì)發(fā)展 ; 當(dāng)外力或變形作用更大時(shí),微裂縫就會(huì)擴(kuò)展穿 過硬化后的水泥石,逐漸發(fā)展成可見的宏觀裂縫。混凝土產(chǎn)生裂縫的原因有多種, 但根本原因是混凝土中的拉應(yīng)力 超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度。 具體可歸結(jié)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(jié)構(gòu)性裂縫、荷載縫、受力裂縫。其裂 縫與荷載有關(guān), 預(yù)示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在嚴(yán)重問題。 由荷載引 起的裂縫約占結(jié)構(gòu)總裂縫的 20%0多數(shù)輕微細(xì)小的宏觀裂縫,多為由 變形引起的

15、裂縫, 對(duì)工程結(jié)構(gòu)的承載能力、 使用功能和耐久性不會(huì)有 大的影響,只是有損結(jié)構(gòu)的外觀,引起對(duì)工程質(zhì)量的疑慮。由外荷 載引起的裂縫一般較大, 當(dāng)可見的宏觀裂縫較寬較深時(shí), 會(huì)影響結(jié)構(gòu) 的抗?jié)B能力, 導(dǎo)致水分及有害物質(zhì)滲入, 誘發(fā)鋼筋銹蝕或加速混凝土 的自然老化,從而損害工程結(jié)構(gòu)的承載能力、使用功能和耐久性。混 凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生宏觀裂縫不外乎是由于混凝土原材料質(zhì)量低劣、 配合比選定不當(dāng) ; 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(shè)計(jì)有誤 ; 或?qū)囟茸兓突炷潦湛s產(chǎn)生的拉應(yīng)力估計(jì)不足 ; 或混 凝土己遭受腐蝕或重大損傷, 結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重薄弱環(huán)節(jié), 成為結(jié)構(gòu)面臨 破壞的前兆。 所以必須

16、采取各種措施預(yù)防以減少產(chǎn)生宏觀裂縫, 一旦 出現(xiàn)宏觀裂縫,就必須分析其原因,并采取適當(dāng)?shù)男扪a(bǔ)措施。1.2混凝土裂縫的修復(fù)方法改革開放以來,尤其近十多年來,我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,建設(shè) 規(guī)?？谮吅甏? 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用更為廣泛, 結(jié)構(gòu)形式更趨復(fù)雜多 樣, 混凝土所用材料及施工工藝也發(fā)生了巨大變化, 而人們對(duì)工程質(zhì) 量的要求口益提高, 混凝土工程裂縫問題也倍受社會(huì)各界人士的關(guān)注, 混凝土的裂縫, 長期以來一直是學(xué)術(shù)界和工程界所研究的一個(gè)重要課 題。 國內(nèi)外發(fā)表了大量的有關(guān)混凝土裂縫的成因、 控制與修補(bǔ)的文獻(xiàn)。 近年來, 盡管混凝土從原材料控制、 配合比計(jì)量控制以及施工技術(shù)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(fù)工作口益顯示出其重要 性?，F(xiàn)有混凝土裂縫的修復(fù)形式主要是事后維修和定時(shí)維修, 修補(bǔ)方 法和材料主要根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能要求、開裂原因、裂縫形狀、結(jié)構(gòu)重要 性和環(huán)境條件等因素確定。 對(duì)于結(jié)構(gòu)承載力不足而引起的裂縫, 除了 應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ),還應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施。對(duì)于活動(dòng)裂縫,即尚 在繼續(xù)發(fā)展或不能穩(wěn)定的裂縫, 應(yīng)在采取措施使裂縫發(fā)展停止后, 再 采取修補(bǔ)措施。 如果裂縫的發(fā)展不能控制, 則應(yīng)采取措施限制裂縫的發(fā)展程度, 并用柔性材料修補(bǔ)裂縫。 混凝土裂縫修補(bǔ)常用的方法有結(jié) 構(gòu)加固法、表面處理法、灌漿法、填充法等對(duì)

18、于事后維修與加固這種 停留在被動(dòng)和計(jì)劃模式下的修復(fù)方式存在一定弊端, 如事后裂縫的修 補(bǔ)需要較大寬度, 而對(duì)于細(xì)微裂縫可能達(dá)不到其修復(fù)效果, 而且一旦 微裂縫修補(bǔ)不及時(shí)可能引起微觀裂縫的擴(kuò)展和貫通, 影響整個(gè)建筑物 的安全穩(wěn)定或正常使用,另外,隨著科學(xué)社會(huì)的發(fā)展,面對(duì)各種自然 環(huán)境及自然災(zāi)害, 人們對(duì)常用的建筑物或構(gòu)筑物的安全等級(jí)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(yīng)現(xiàn)代多功能 和智能建筑對(duì)混凝土材料提出的要求。 因此研究和開發(fā)自修復(fù)混凝土 及自修復(fù)技術(shù)己經(jīng)昭顯其重要性。 針對(duì)這一問題, 科學(xué)家們提出了材 料損傷的自診斷和自修復(fù)概念 3, 4,與 , 設(shè)想制造出一種能自

19、我修 復(fù)的材料延長材料的壽命 2。 研究并設(shè)計(jì)混凝土裂縫自修復(fù)的技術(shù) 是國外近些年提出的混凝土裂縫修補(bǔ)的新方法, 而且隨著科技的發(fā)展, 混凝土裂縫自修復(fù)技術(shù)及自修復(fù)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(yàn)來驗(yàn)證。 研究和開發(fā)混凝土自修復(fù)技術(shù)、 找出 適應(yīng)混凝土特性的修復(fù)材料, 使其能夠主動(dòng)、 自動(dòng)的對(duì)損傷部位進(jìn)行 修復(fù)、 恢復(fù)并提高混凝土材料的性能己經(jīng)成為結(jié)構(gòu)一一功能 (智能 一體化混凝土的發(fā)展趨勢(shì)。裂縫自修復(fù)技術(shù)指混凝土在外部或內(nèi)部條件的作用下, 釋放或 生成新的物質(zhì)自行封閉、愈合其裂縫。自修復(fù)混凝土,是一種具有感 知和修復(fù)性能的混凝土。 從嚴(yán)格意義上來說, 應(yīng)該是一種機(jī)敏混凝土

20、。 它是混凝土向智能材料發(fā)展的一個(gè)高級(jí)階段。 自修復(fù)混凝土, 是模仿生物機(jī)體受創(chuàng)傷后的再生、 恢復(fù)機(jī)理, 采用修復(fù)膠粘劑和混凝土材料 相復(fù)合的方法, 對(duì)材料損傷破壞具有自修復(fù)和再生功能的一種新型復(fù) 合材料。1.3粘結(jié)劑混凝土裂縫修復(fù)過程中要求粘結(jié)劑要具有良好的修復(fù)性能, 包括 粘結(jié)劑與混凝土得性能匹配,粘結(jié)劑的抗老化、化學(xué)穩(wěn)定性、粘結(jié)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(zhì)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(jìn)韌性的 增韌劑和增塑劉, 改進(jìn)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(jìn)齊 、 偶聯(lián)劑、 增粘劑、 防老劑 (如抗氧劑等 、 穩(wěn)定劑、顏料、香料等等。有的膠粘劑其組分較多較復(fù)雜,有的建筑 膠粘劑的組分則較少較單一, 主要是根據(jù)使用要求、 工藝條件及成本 等幾個(gè)主要因素來決定的。 只有準(zhǔn)確地、 較深入地了解其建筑膠粘劑 的主要組成,才能進(jìn)行合