混凝土裂缝修复技术概述

刘民永

莱芜市园林管理局

摘要：混凝土的裂缝，长期以来一直是学术界和工程界所研究的一个重要课题。国内外发表了大量的有关混凝土裂缝的成因、评估与修补的文献。本文简要总结了国内外混凝土裂缝一些的修复技术。

关键词：混凝土；裂缝；自修复

一、自修复

混凝土裂缝的自修复技术是近年来提出的修补混凝土裂缝的新方法。自愈合混凝土是模仿动物的骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理，采用粘接材料和基材相复合的方法，对材料损伤破坏具有自行愈合和再生功能，恢复甚至提高材料性能的新型复合材料[9]。自愈合混凝土可以解决用传统方法不能解决或难以解决的技术关键，在重大土木工程结构和基础设施的及时维修以及减轻台风、地震的冲击等很多方面有很大的潜力，对确保建筑物的安全和耐久性都极其重要。自愈合混凝土的提出对传统的建筑材料的研究、制造、缺陷预防和修复等都提出了强烈的挑战。例如一些关键结构的灾难性故障，都要求能找到出事之前能警告或能预知失事而自动加固、自动修补裂缝的材料，智能自愈合混凝土的发展展示了它在重要混凝土结构中巨大的应用前景。

混凝土的自修复系统对基体微裂缝的修补和有效的延续潜在的危害提供了一种新的方法。一个自修复系统将免去了有效的监听和外部修补所需的高额费用，并且大大有利于复合材料的安全性和耐久性。并为混凝土裂缝自修复的研究提供一些参考。当混凝土出现裂缝时可以直接自行修复，可以降低维修费用，此外，材料的寿命也将延长。

1、自然愈合

自然愈合即依靠自身的进一步水化以及材料内部的钙矾石及氢氧化钙的生成、水中杂质粒子的渗入等进行愈合裂纹。

混凝土裂缝的自愈合的研究最早可以追溯到1925年，Abram发现混凝土试件在抗压强度测定开裂后，将试件放在户外8年后，裂缝居然愈合了，而且其抗压强度为28天强度的两倍多。Clear（1985年）以及Meichsne（1992年）等研究了已损伤的混凝土在水中存放一段时间后的自愈合情况。挪威建筑研究院的StefanJacobsen等（1995、1996年）的研究表明，混凝土在经过冻融循环损伤后，存放在水中2-3月，发现因冻融循环造成损失的50%左右的相对动弹性模量几乎完全恢复，抗压强度有4-5%恢复，Cl-迁移速度降低28-35%；混凝土的愈合程度与混凝土组成、冻融循环停止时的损伤程度有关；自愈合的原因与未水化颗粒的进一步水化（水化产物主要是CSH，局部位置也有钙矾石及氢氧化钙生成）、水中杂质粒子的渗入等因素有关。

2、埋入修复材料灌胶愈合的方法

A．内置液芯胶囊法

在日本，以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的空心胶囊或玻璃纤维掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心纤维破裂，粘结液流出深入裂缝，粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。

美国伊利诺伊斯大学的CarolynDry在1994年采用类似的方法，所不同的是采用空心玻璃纤维代替空心胶囊，将其注入缩醛高分子溶液作为粘结剂，埋入混凝土中，使混凝土产生自愈合效果。

B．多孔纤维网修复法

此法实际上是对仿生自愈合混凝土材料的一种研究探讨。伊利诺伊斯大学的Caro1ynDry在前述试验的基础上，根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试制备仿生混凝土材料。其基本原理是采用磷酸钙水泥（含单聚物）作为基体材料，其中加入多孔的编织纤维网，在水泥水化和硬化过程中，多孔纤维释放出聚合反应引发剂，与单聚物聚合成高聚物，聚合反应留下的水分参与水泥水化。因此，在纤维网的表面形成大量有机及无机物质，它们互相穿插粘结，最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机有机相结合的复合材料，具有优异的强度及延性等性能。而且在材料使用过程中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，纤维网破裂，多孔有机纤维会释放高聚物，使混凝土裂缝重新愈合。后来日本学者H.Hiraishi和英国学者S.M.Bleay分别在1998、2001年采用类似的方法研究了混凝土裂纹的自愈合问题。

C.内掺有机化合物法

在硅酸盐水泥中掺入特殊有机化合物，并搅拌均匀，形成所谓的“生物水泥”。其中一种有机化合物按要求使用时会形成一种含盐度比普通地下水大得多的溶液，该液体携带化合物深入到水泥基材料中，即开始了渗透过程，这种过程可以顺水压也可逆水压发生。另一种常用的有机化合物是不含固化剂的环氧树脂，在碱性和含OH-的环境下，环氧树脂缓慢硬化，自身即形成封闭的膜（Capsule），未硬化的环氧树脂被已经硬化的包住，从而形成自封的微胶囊，一旦有裂缝出现，微胶囊易破裂、流出，充满裂缝，从而将开裂的混凝土粘结在一起，与水泥水化物反应固化，从而使裂缝修复。

二、电解沉积法

电解沉积方法是最近兴起的修复混凝土结构裂缝的一项新的技术，特别适用于传统的技术难以奏效或价格太高的混凝土结构。在20世纪80年代的后期，日本学者尝试利用电沉积方法修复海工混凝土结构的裂缝。研究表明：施加电流可使钢筋混凝土结构的裂缝封闭起来。这种现象对海上结构十分有利，因为传统的修补方法是很不经济的，在很多情况下甚至是无效的。

Minagawa研究了利用电沉积法修补后的地面钢筋混凝土试件的修补效果的试验。一种是将经过电沉积后的试件在室外暴露两年，然后测量其裂纹闭合值和表面水渗透系数，再研究试件的寿命。第二种将实际的钢筋混凝土构件经过电沉积后留在现场两年，然后测量其裂纹闭合值、半晶格电位、极化电阻和碳化深度。试验证明经过电沉积法修补的钢筋混凝土在室外暴露两年后仍然保持修补效果。

参考文献

[1]蒋正武.国外混凝土的自修复技术.建筑技术

[2]姚武.吴科如.智能混凝土的研究现状及其发展趋势.新型建筑材料