混凝土的修補材料及其作用機理

劉數華

（武漢大學，博士、副教授）

當前，用于新老混凝土界面粘結的修補材料主要分無機和有機材料兩類。無機類有水泥或水泥砂漿，其主要缺點是粘結性差，達不到消除薄弱界面的目的。有機類的粘結強度相對較高，但與混凝土的線膨脹系數相差太大，易變形剝離，且耐久性差、價格高、需干面施工、有毒。

在對新老混凝土界面粘結或對老化病害混凝土進行修補時，一般要求界面粘結材料或修補材料的力學強度應略優于混凝土，而物理變形特性盡可能與混凝土接近，這樣才能達到既消除薄弱界面形成整體，又使兩種材料長期共存的目的。

基于此，武漢大學研發了一種新型水泥基無機粘結膠，并已在實際工程中推廣應用，解決了新老混凝土界面的粘結問題。該修補材料的應用機理主要有：

（1）化學吸附：有新的水化產物生成，并產生很強的化學鍵，將新老混凝土粘結。化學鍵理論認為，膠粘劑與被膠物的表面通過化學反應形成化學鍵而產生膠結強度。化學鍵分為離子鍵、共價鍵與金屬鍵，比范德華力能量要大得多，因而無機粘結膠與新老混凝土表面形成的化學鍵，有利于膠結強度的提高，對抵抗應力集中、防止裂縫擴展的能力貢獻大。

（2）機械膠結：任何物體的表面，即使是經過細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；無機粘結膠滲入新老混凝土的孔穴和溝槽中，待其固化后，就把兩個物體的表面“鉚”在一起了；在實際施工中，為了增加膠結強度，往往將物體表面打毛。一方面是可增加膠結面積，另一方面是為了增加機械“鉚”接點。

（3）吸附作用，即膠粘劑充分濕潤被膠物的表面，分子間的吸附力就足以產生很高的粘附強度。第一階段是膠粘劑的大分子通過布朗運動遷移至被粘物體的表面，膠粘劑中的極性基團逐漸向被粘物的極性基團靠近。第二階段是吸附作用，當膠粘劑與被粘物之間的距離小于5? 時，分子間的引力發生作用。根據計算，當兩個理想平面距離為10? 時，由于范德華力的作用，它們的吸引力可達到10 ～100MPa，距離為3 ～4? 時可達到100 ～1000MPa，這個數值已遠遠超過現代最好的結構膠結劑所能達到的膠結強度。然而理想平面很難達到，即使經過精密拋光，兩個固體的接觸總面積還不到1%，因此只要膠結劑充分浸潤被膠物的表面，分子間的作用力就足以產生很高的粘附強度。