混凝土裂缝修复技术及材料的研究

1、硕士研究生学位论文论文题目 :混凝土裂缝修复技术及材料的研究硕士生 :张芳指导教师 :郝进锋教授学科专业 :防灾减灾工程及防护工程X009年 6月 24日混凝土裂缝修复技术及材料的研究摘要混凝土材料以其抗压强度高、耐火性好、使用灵活、施工方便等 优点成为当今世界上用途最广、 用量最大的建筑材料之一, 发挥着其 它材料无法替代的作用和功能。但是,混凝土材料脆性大、易腐蚀, 在其服役的过程中会受到内部因素和外部环境的作用, 产生裂纹、 局 部损伤和腐蚀等病害,口积月累,这些病害会逐渐加重,致使混凝土 材料的性能不断降低, 轻者会影响结构的正常使用或缩短结构的使用 寿命, 重者会产生灾难性的事故,

2、给国民经济和人民的生命安全带来 巨大的损失。 虽然说混凝土裂缝几乎是不可避免的, 但大部分裂缝都 可以通过修补使混凝土结构物恢复原有功能。 为了提高混凝土结构的 耐久性, 增强混凝土结构的使用功能, 可以对结构构件中出现的混凝 土裂缝进行修复。 可以说混凝土裂缝的修复有着巨大的理论价值和实 践。 混凝土裂缝的修复从其修复理论上有两种途径, 一种是混凝土裂 缝的事后维修, 包括从建筑物使用的美观角度或防渗漏等特殊方面考 虑的对混凝土裂缝的修补和考虑结构安全耐久性考虑的结构加固 ; 另一种就是结构构件本身对裂缝的自修复。 本论文主要研究的内容包括 混凝土裂缝修复技术及处理方法, 粘结剂的性能分析及

3、选用, 以及对 粘结剂性能的验证。关键字 :混凝土裂缝 ; 事后维修 ; 自修复 ; 修复材料 ; 粘结剂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摘要本文论述了混凝土裂缝的产

10、生及修复技术, 以裂缝修复机理阐述 在裂缝修复过程中粘结剂性能及选择对裂缝修复的重要性,具体创新点如下 :1以裂缝危害引出裂缝修复,给出了粘结剂修复的基本方法 ;2根据事后修复的缺点, 提出了结构的自修复, 给出了自修复材 料的基本构成和应具有的基本性能 ;3通过试验验证自修复所用的粘结剂力学性能。第一章绪论工程裂缝现象是各类建 (构 筑物中普遍存在的一种质量缺陷, 混 凝土结构的裂缝是一个很普遍的技术问题, 任何一幢钢筋混凝土建筑 物由于种种的外因和内因都存在不同程度的裂缝。 房屋的破坏和倒塌 大多是从裂缝的扩展开始的。 钢筋混凝土工程中裂缝吸收水分和气体, 从而使钢筋不断锈蚀, 锈蚀钢筋体

11、积膨胀加剧, 裂缝扩大, 如此循环, 破坏结构的整齐性。 裂缝的存在会明显的降低结构构件的承载力、 持 久强度和耐久性, 有可能在结构未达到设计要求的荷载前就造成破坏, 影响整个工程的安全。 简言之, 裂缝及其扩展是结构破坏和倒塌的先 兆,裂缝降低了结构的承载力,裂缝引起钢筋锈蚀、混凝土碳化、保 护层脱落、渗漏及构件持久强度的降低等。尽管采取合理的材料、 设计构造和施工措施等可以获得一定的裂 缝控制效果, 但由于混凝土自身的材料特性以及多种因素的复杂影响,建筑工程中, 混凝土结构的开裂实际上是无法完全杜绝的。 裂缝一旦 形成, 往往还会伴随后期结构承载情况以及环境因素的变化, 持续运 动和发展

12、,表现为裂缝数量不断增多,深度、宽度不断加大。其结果 不但对结构的安全可靠性可能发生影响, 而且会对建筑物的耐久性及 正常的使用功能造成严重的危害。此外,即使是无害裂缝,也会影响 建筑物的外观,并引起用户心理上的恐惧和不安。因此,混凝土结构 裂缝达到肉眼可视宽度时, 一般必须进行修复, 以确保建筑物的安全 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。 现有国内外对裂缝修复的研究一般都是考虑其修复技术, 而并未 真正考虑粘结剂的选用对裂缝的修复效果, 因此本论文把粘结剂的性 能研究与选用作为一个重要部分与修复技术同时展开讨论。1. 1混凝土裂缝简述裂缝是混凝土工程中最常见的一种缺

13、陷。 这里所说的裂缝是指肉 眼可见的宏观裂缝,而不是微观裂缝,其宽度应在 0. 05mm 以上。混 凝土出现宏观裂缝的原因多种多样, 通常因为混凝土发生体积变化时 受到约束, 或因受到荷载作用时, 在混凝土内部引起过大的拉应力 (或 拉应变 而产生裂缝。混凝土的微观裂缝则为一般混凝土所固有,因 为混凝土是由水泥浆体水化硬化后的水泥石与砂、 石骨料组成, 它们 的物理力学性质并不一致, 水泥浆体硬化后的干缩值较大, 而混凝土 中的骨料则限制了水泥浆体的自由收缩, 这种约束等作用使混凝土内 部从硬化开始就在骨料与水泥浆体的粘结面上出现了微裂缝。 也就是 说, 即使没有外部荷载作用, 或者即使混凝土

14、发生体积变化时没有受到外部的约束, 混凝土内部己经有了微裂缝, 但是这些微裂缝在不大 的外力或变形作用下是稳定的 ; 当外力或变形作用较大时,这些粘结 面上微裂缝就会发展 ; 当外力或变形作用更大时,微裂缝就会扩展穿 过硬化后的水泥石,逐渐发展成可见的宏观裂缝。混凝土产生裂缝的原因有多种, 但根本原因是混凝土中的拉应力 超过了混凝土的抗拉强度。 具体可归结为由变形引起的裂缝和由外荷 载引起的变形。由外荷载引起的裂缝也称结构性裂缝、荷载缝、受力裂缝。其裂 缝与荷载有关, 预示结构承载力可能不足或存在严重问题。 由荷载引 起的裂缝约占结构总裂缝的 20%0多数轻微细小的宏观裂缝,多为由 变形引起的

15、裂缝, 对工程结构的承载能力、 使用功能和耐久性不会有 大的影响,只是有损结构的外观,引起对工程质量的疑虑。由外荷 载引起的裂缝一般较大, 当可见的宏观裂缝较宽较深时, 会影响结构 的抗渗能力, 导致水分及有害物质渗入, 诱发钢筋锈蚀或加速混凝土 的自然老化,从而损害工程结构的承载能力、使用功能和耐久性。混 凝土结构产生宏观裂缝不外乎是由于混凝土原材料质量低劣、 配合比选定不当 ; 或是由于施工过程的施工方法有误或工艺欠佳 ; 或是由于 设计有误 ; 或对温度变化和混凝土收缩产生的拉应力估计不足 ; 或混 凝土己遭受腐蚀或重大损伤, 结构存在严重薄弱环节, 成为结构面临 破坏的前兆。 所以必须

16、采取各种措施预防以减少产生宏观裂缝, 一旦 出现宏观裂缝,就必须分析其原因,并采取适当的修补措施。1.2混凝土裂缝的修复方法改革开放以来,尤其近十多年来,我国社会经济迅速发展,建设 规模口趋宏大, 钢筋混凝土结构应用更为广泛, 结构形式更趋复杂多 样, 混凝土所用材料及施工工艺也发生了巨大变化, 而人们对工程质 量的要求口益提高, 混凝土工程裂缝问题也倍受社会各界人士的关注, 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、 控制与修补的文献。 近年来, 尽管混凝土从原材料控制、 配合比计量控制以及施工技术等 均有了空前的提高, 但

17、混凝土的裂缝却屡见不鲜, 成了不可避免的事, 真可谓是没有不裂的混凝土, 也使得裂缝修复工作口益显示出其重要 性。现有混凝土裂缝的修复形式主要是事后维修和定时维修, 修补方 法和材料主要根据结构的功能要求、开裂原因、裂缝形状、结构重要 性和环境条件等因素确定。 对于结构承载力不足而引起的裂缝, 除了 应对裂缝进行修补,还应采取相应的加固措施。对于活动裂缝,即尚 在继续发展或不能稳定的裂缝, 应在采取措施使裂缝发展停止后, 再 采取修补措施。 如果裂缝的发展不能控制, 则应采取措施限制裂缝的发展程度, 并用柔性材料修补裂缝。 混凝土裂缝修补常用的方法有结 构加固法、表面处理法、灌浆法、填充法等对

18、于事后维修与加固这种 停留在被动和计划模式下的修复方式存在一定弊端, 如事后裂缝的修 补需要较大宽度, 而对于细微裂缝可能达不到其修复效果, 而且一旦 微裂缝修补不及时可能引起微观裂缝的扩展和贯通, 影响整个建筑物 的安全稳定或正常使用,另外,随着科学社会的发展,面对各种自然 环境及自然灾害, 人们对常用的建筑物或构筑物的安全等级要求口益 提高, 因此这种事后维修或加固在一定程度上己不能适应现代多功能 和智能建筑对混凝土材料提出的要求。 因此研究和开发自修复混凝土 及自修复技术己经昭显其重要性。 针对这一问题, 科学家们提出了材 料损伤的自诊断和自修复概念 3, 4,与 , 设想制造出一种能自

19、我修 复的材料延长材料的寿命 2。 研究并设计混凝土裂缝自修复的技术 是国外近些年提出的混凝土裂缝修补的新方法, 而且随着科技的发展, 混凝土裂缝自修复技术及自修复材料被越来越多的研究人员纳入研 究课题并通过各种试验来验证。 研究和开发混凝土自修复技术、 找出 适应混凝土特性的修复材料, 使其能够主动、 自动的对损伤部位进行 修复、 恢复并提高混凝土材料的性能己经成为结构一一功能 (智能 一体化混凝土的发展趋势。裂缝自修复技术指混凝土在外部或内部条件的作用下, 释放或 生成新的物质自行封闭、愈合其裂缝。自修复混凝土,是一种具有感 知和修复性能的混凝土。 从严格意义上来说, 应该是一种机敏混凝土

20、。 它是混凝土向智能材料发展的一个高级阶段。 自修复混凝土, 是模仿生物机体受创伤后的再生、 恢复机理, 采用修复胶粘剂和混凝土材料 相复合的方法, 对材料损伤破坏具有自修复和再生功能的一种新型复 合材料。1.3粘结剂混凝土裂缝修复过程中要求粘结剂要具有良好的修复性能, 包括 粘结剂与混凝土得性能匹配,粘结剂的抗老化、化学稳定性、粘结剂 的固化程度等等。而建筑胶粘剂品种繁多,性能各异。但不论何类胶 种,均以一成膜物质作为主要组分,称之为粘料或基料,它使胶粘剂 具有粘附特性。 此外还有固化剂 (或叫硬化剂 或硫化剂, 改进韧性的 增韧剂和增塑刘, 改进工艺性能的稀释剂或溶剂, 给予某些指定特性 的填科以及催化剂或促进齐 、 偶联剂、 增粘剂、 防老剂 (如抗氧剂等 、 稳定剂、颜料、香料等等。有的胶粘剂其组分较多较复杂,有的建筑 胶粘剂的组分则较少较单一, 主要是根据使用要求、 工艺条件及成本 等几个主要因素来决定的。 只有准确地、 较深入地了解其建筑胶粘剂 的主要组成,才能进行合