壓力注漿法修補(bǔ)混凝土裂縫材料試驗(yàn)研究

馮英杰(西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅省新型建材與建筑節(jié)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，甘肅 蘭州 730124)

1 引言

裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)病害，裂縫一旦出現(xiàn)便不可恢復(fù)，而裂縫的存在直接影響混凝土的耐久性，進(jìn)而影響混凝土結(jié)構(gòu)物的正常使用壽命。因此，裂縫修補(bǔ)成為工程界普遍關(guān)注的問(wèn)題。目前，裂縫修補(bǔ)技術(shù)日漸成熟，修補(bǔ)材料的品種也越來(lái)越多。盡管對(duì)于混凝土裂縫修補(bǔ)的研究，國(guó)內(nèi)外從材料、施工等方面已積累了一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)。但從相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)看，對(duì)于我國(guó)西北地區(qū)干寒、超低溫、強(qiáng)紫外線等復(fù)雜的環(huán)境條件下裂縫修補(bǔ)材料和修補(bǔ)技術(shù)的研究相對(duì)較少，尚需更多的試驗(yàn)和實(shí)踐來(lái)確定經(jīng)濟(jì)有效、便于施工的工藝方法，對(duì)已經(jīng)開(kāi)裂的混凝土構(gòu)筑物進(jìn)行修復(fù)。

目前廣泛使用的裂縫修補(bǔ)方法主要有：表面覆蓋法、壓力注漿法、嵌縫封堵法、碳纖維粘貼法、混凝土置換法、電化學(xué)防護(hù)法、仿生自愈法。如果將兩種方法結(jié)合起來(lái)，然后對(duì)所用方法和材料進(jìn)行改進(jìn)，可修補(bǔ)不同程度的混凝土裂縫，適用于寒旱地區(qū)惡劣的環(huán)境條件。本文將表面覆蓋法和壓力注漿法結(jié)合[1]，對(duì)所用材料進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出較能滿足我國(guó)西北部地區(qū)特殊環(huán)境使用的裂縫修補(bǔ)材料。

2 裂縫修補(bǔ)環(huán)境條件

我國(guó)西北廣大地區(qū)，由于受西伯利亞寒流、多年凍土及現(xiàn)代冰川的影響，氣候干旱少雨，年平均氣溫較低，日溫差較大，紫外線照射強(qiáng)烈，冬期常在3～6個(gè)月，個(gè)別地方長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月，氣候主要特點(diǎn)為干燥、低溫、干濕交變頻繁。這些因素極大的加劇了混凝土的塑性收縮、自收縮、干燥收縮、冷收縮等。尤其是每日的溫度、濕度的交替變化，使得混凝土的應(yīng)力不斷累加，極易導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂。混凝土內(nèi)部及外部的各種約束作用，使內(nèi)部的應(yīng)力重新分布、導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂更為復(fù)雜，而對(duì)裂縫修補(bǔ)材料應(yīng)能夠在該惡劣環(huán)境條件使用，并能使裂縫修補(bǔ)達(dá)到滿意的效果。

3 對(duì)裂縫修補(bǔ)的要求

3.1 壓力注漿材料的要求

壓力注漿材料的主要作用是對(duì)已開(kāi)裂的混凝土進(jìn)行粘合，恢復(fù)構(gòu)件的整體性，重新建立力的傳導(dǎo)。因此，要求注漿材料與混凝土有很強(qiáng)的粘結(jié)力；同時(shí)由于混凝土構(gòu)件在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生變形，所以注漿材料應(yīng)有隨混凝土構(gòu)件同步變形的能力，具有較好的延性；針對(duì)我國(guó)西北部地區(qū)晝夜溫差大的氣候條件特點(diǎn)，還要求材料有較好的耐溫變性；考慮到低溫條件下的使用和施工要求，注漿材料應(yīng)具有很好的低溫柔性和低溫可灌性。

3.2 涂層材料的要求

涂層材料分兩層涂覆，底層材料的作用封閉、粘合混凝土表面的微裂縫(裂縫寬度≤0.1mm)，防止混凝土的堿性影響表面涂層材料的性能，因此底層材料應(yīng)選擇滲透性好、與混凝土粘結(jié)力強(qiáng)、塑性好，與表面涂層材料有較好的粘結(jié)力的材料，同時(shí)考慮到環(huán)境特點(diǎn)還應(yīng)具有較好的耐溫變性和一定的低溫柔性。

表面涂層材料涂覆于底層材料和注漿材料表面，其作用是保護(hù)注漿材料和底層材料在干濕交變、強(qiáng)紫外線等復(fù)雜環(huán)境下材料性能不降低，因此要求表面涂層材料除具有注漿材料和底層材料所共有的低溫柔性外還應(yīng)具有更好的耐干濕交變和耐紫外線老化性。

4 材料性能測(cè)試

4.1 試驗(yàn)方法

1)粘度采用斯托莫粘度計(jì)測(cè)定粘度，當(dāng)材料的粘度＜110 ku時(shí)可灌性能達(dá)到0.1mm，即環(huán)境溫度10℃以上時(shí)注漿效果較好，

2)適用期的測(cè)定參照《聚氨酯防水涂料》JC500-92進(jìn)行；

3)可灌性測(cè)定方法采用在已有裂縫的混凝土構(gòu)件中，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)試裂縫寬度；然后對(duì)裂縫進(jìn)行注漿，待漿液固化后，鉆芯取樣；用放大鏡觀測(cè)漿液飽滿情況，漿液飽滿時(shí)的最小裂縫寬度，即為可灌性所達(dá)到的指標(biāo)。

4)體積收縮率的測(cè)定，采用將材料以2mm平鋪于涂油石蠟的模板內(nèi)，待固化后，脫模，測(cè)定材料的尺寸，與模板的尺寸相比較，計(jì)算體積收縮率；

5)粘結(jié)強(qiáng)度按《涂層附著力的測(cè)定法 拉開(kāi)法》GB 5210-58進(jìn)行；

6)與混凝土的相容性，采用試件在濃度為0.1M的KOH溶液中浸泡后，按《涂層附著力的測(cè)定法 拉開(kāi)法》GB 5210-58進(jìn)行；

7)延性試驗(yàn)參照《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》GB/T16777-1997進(jìn)行；

8)低溫柔性按《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》GB/T 1677-1997進(jìn)行；

9)耐紫外線老化性按《機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料人工氣候加速試驗(yàn)方法》GB/T 14522-93 進(jìn)行[3]；

10)耐溫變性按《建筑涂料涂層耐凍融循環(huán)性能測(cè)定方法》JG/T 25-1999進(jìn)行。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

目前，我國(guó)建筑科學(xué)研究會(huì)同其他相關(guān)單位針對(duì)混凝土裂縫修補(bǔ)注漿材料編制了《混凝土裂縫修補(bǔ)注漿材料技術(shù)條件》并規(guī)定了相應(yīng)性能指標(biāo)[2]如表1。

表1 聚合物基料類灌漿材料性能指標(biāo)

對(duì)材料的性能的要求除了考慮以上技術(shù)性能指標(biāo)外，還要考慮不同材料所發(fā)揮的作用，更重要的是我國(guó)西北地區(qū)的低溫、晝夜溫差大、強(qiáng)紫外線等環(huán)境特點(diǎn)，試驗(yàn)材料性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

從試驗(yàn)結(jié)果看，注漿材料、底層材料完全能滿足我國(guó)《混凝土裂縫修補(bǔ)注漿材料技術(shù)條件》所規(guī)定相應(yīng)性能指標(biāo)。對(duì)表面涂層材料除滿足規(guī)定要求外，特別做了耐紫外線老化試驗(yàn)，從表3和表4對(duì)比可見(jiàn)表面涂層材料1的耐紫外線老化性能更優(yōu)，但價(jià)格較高，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，對(duì)于受紫外線照射強(qiáng)烈的建筑物部位可選擇表面涂層材料1涂覆表面，而對(duì)于不受紫外線照射的部位如建筑物內(nèi)部、橋梁箱梁內(nèi)側(cè)可選擇表面涂層材料2涂覆表面。

表2 試驗(yàn)材料性能測(cè)試結(jié)果

表3 表面涂層材料1耐紫外線老化性能試驗(yàn)結(jié)果

表4 表面涂層材料2的耐紫外線老化性能試驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種各樣的建筑物 (如房屋、橋梁、隧道等)越來(lái)越多，但由于歷年的老朽化、施工質(zhì)量、地震和其他意外損傷等原因，大量的建筑物都亟待進(jìn)行加固修復(fù)，以延長(zhǎng)其使用壽命。這是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)問(wèn)題，也是建筑工程中急需研究的重大課題。

采用本文試驗(yàn)研究材料，對(duì)西北地區(qū)部分建筑物進(jìn)行修補(bǔ)，取得較好的修補(bǔ)效果。

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