混凝土的修補(bǔ)材料及其作用機(jī)理

劉數(shù)華

（武漢大學(xué)，博士、副教授）

當(dāng)前，用于新老混凝土界面粘結(jié)的修補(bǔ)材料主要分無(wú)機(jī)和有機(jī)材料兩類。無(wú)機(jī)類有水泥或水泥砂漿，其主要缺點(diǎn)是粘結(jié)性差，達(dá)不到消除薄弱界面的目的。有機(jī)類的粘結(jié)強(qiáng)度相對(duì)較高，但與混凝土的線膨脹系數(shù)相差太大，易變形剝離，且耐久性差、價(jià)格高、需干面施工、有毒。

在對(duì)新老混凝土界面粘結(jié)或?qū)匣『炷吝M(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，一般要求界面粘結(jié)材料或修補(bǔ)材料的力學(xué)強(qiáng)度應(yīng)略優(yōu)于混凝土，而物理變形特性盡可能與混凝土接近，這樣才能達(dá)到既消除薄弱界面形成整體，又使兩種材料長(zhǎng)期共存的目的。

基于此，武漢大學(xué)研發(fā)了一種新型水泥基無(wú)機(jī)粘結(jié)膠，并已在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用，解決了新老混凝土界面的粘結(jié)問(wèn)題。該修補(bǔ)材料的應(yīng)用機(jī)理主要有：

（1）化學(xué)吸附：有新的水化產(chǎn)物生成，并產(chǎn)生很強(qiáng)的化學(xué)鍵，將新老混凝土粘結(jié)。化學(xué)鍵理論認(rèn)為，膠粘劑與被膠物的表面通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵而產(chǎn)生膠結(jié)強(qiáng)度。化學(xué)鍵分為離子鍵、共價(jià)鍵與金屬鍵，比范德華力能量要大得多，因而無(wú)機(jī)粘結(jié)膠與新老混凝土表面形成的化學(xué)鍵，有利于膠結(jié)強(qiáng)度的提高，對(duì)抵抗應(yīng)力集中、防止裂縫擴(kuò)展的能力貢獻(xiàn)大。

（2）機(jī)械膠結(jié)：任何物體的表面，即使是經(jīng)過(guò)細(xì)致拋光后的物體表面，放大后觀察還是十分粗糙的，布滿空穴與溝槽；無(wú)機(jī)粘結(jié)膠滲入新老混凝土的孔穴和溝槽中，待其固化后，就把兩個(gè)物體的表面“鉚”在一起了；在實(shí)際施工中，為了增加膠結(jié)強(qiáng)度，往往將物體表面打毛。一方面是可增加膠結(jié)面積，另一方面是為了增加機(jī)械“鉚”接點(diǎn)。

（3）吸附作用，即膠粘劑充分濕潤(rùn)被膠物的表面，分子間的吸附力就足以產(chǎn)生很高的粘附強(qiáng)度。第一階段是膠粘劑的大分子通過(guò)布朗運(yùn)動(dòng)遷移至被粘物體的表面，膠粘劑中的極性基團(tuán)逐漸向被粘物的極性基團(tuán)靠近。第二階段是吸附作用，當(dāng)膠粘劑與被粘物之間的距離小于5? 時(shí)，分子間的引力發(fā)生作用。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)兩個(gè)理想平面距離為10? 時(shí)，由于范德華力的作用，它們的吸引力可達(dá)到10 ～100MPa，距離為3 ～4? 時(shí)可達(dá)到100 ～1000MPa，這個(gè)數(shù)值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)代最好的結(jié)構(gòu)膠結(jié)劑所能達(dá)到的膠結(jié)強(qiáng)度。然而理想平面很難達(dá)到，即使經(jīng)過(guò)精密拋光，兩個(gè)固體的接觸總面積還不到1%，因此只要膠結(jié)劑充分浸潤(rùn)被膠物的表面，分子間的作用力就足以產(chǎn)生很高的粘附強(qiáng)度。