[发明专利]一种水泥基复合材料及修补混凝土裂缝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑建材领域，特别是涉及一种水泥基复合材料及修补混凝土裂缝的方法。

背景技术

水泥混凝土是世界上用量最大、使用广泛的建筑材料之一，如钢筋混凝土桥梁是目前桥梁的重要结构形式。但水泥混凝土材料自身存在一些缺陷，如自重大、抗拉强度低、易于干缩开裂（包括塑性收缩开裂、硬化干燥收缩开裂）等，这些缺陷限制了其在结构工程中更广泛的使用。其中水泥混凝土易于干缩开裂（包括塑性收缩开裂、硬化干燥收缩开裂）的缺陷对混凝土质量影响重大，尤其对于高强混凝土。

混凝土开裂的危害如下：1．整体性变差；2．承载力严重下降；3．抗渗透能力严重丧失；4．钢筋严重锈蚀；5．修复困难，费用昂贵；6．使用寿命大大缩短。经过长期实践研究，针对混凝土裂缝的原因分析如下：由于混凝土的组成材料、微观构造及所受外界影响的不同，混凝土中产生裂缝的原因主要是：温度和湿度的变化、混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理、原材料不合格，模板变形，基础均匀沉降等。

现有技术中一般常用的混凝土裂缝修补技术，是将老混凝土凿毛，采用砂浆、纤维混凝土等抹面修补。但由于砂浆、纤维混凝土等修补材料抗拉强度较小，修补层易开裂，并形成贯穿老混凝土裂缝的宽度较大的主裂缝，导致有害侵蚀物质渗入老混凝土结构内部，不能充分实现止裂、保护建筑结构的目的。目前针对混凝土裂缝修补出现的多缝开裂水泥基复合材料是一种较为理想的混凝土补强加固材料，也可以称之为多缝开裂应变硬化水泥基复合材料，是指在拉伸荷载作用下可产生多条细密裂缝的水泥基复合材料，是一种使用短纤维增强的水泥基复合材料，硬化后具有显著的应变硬化特征，极限拉应变达到1%以上，在拉伸荷载作用下可产生多条细裂缝，直接拉伸荷载达到峰值时对应试件的平均裂缝宽度在0.1mm以下，由伸缩应力产生的裂缝宽度一般都小于0.05mm，可满足许多工程对无害化裂缝宽度的限制要求。

现有的修补混凝土裂缝技术，是将老混凝土裂缝进行灌浆处理后，对老混凝土修补面进行凿毛，以增强新老混凝土之间的界面粘结强度，再覆盖一层修补材料，但由于一般的修补材料（普通砂浆、环氧砂浆、混凝土、纤维混凝土等）较低的抗裂能力和单一裂缝破坏特性，修补层一旦开裂就易形成主裂缝。而使用上述多缝开裂水泥基复合材料做修补材料时，该材料具备多条细密裂纹的微观开裂模式，比其他修补材料产生的裂缝宽度小，也更细密；但是由于在外界荷载和温度应力作用下，老混凝土裂缝周边存在较大的应力，容易造成裂缝上端修补层的应力集中，产生贯穿性主裂缝，最终导致修补层的破坏。因此对混凝土裂缝的修补，不仅需要具有较好抗裂性能的修补材料，而且需要减缓和防止形成贯穿性主裂缝的修补方法。中国申请专利CN 101787672 A中公开了一种多缝开裂水泥基复合材料修补混凝土裂缝的方法，该方法利用在裂缝周边打磨光滑或设置隔离层，来减弱或消弱裂缝周边混凝土与覆盖其上的多缝开裂水泥基复合材料的粘结强度，避免老混凝土裂缝处应力集中，使修补层材料开裂形成主裂缝。这种方法虽然较好，且实际可行，但该方法并未过多的考虑混凝土内的钢筋对裂缝的促裂作用，在正常情况下，钢筋混凝土中的钢筋在混凝土保护层的包裹中，由于有氢氧化钙、氢氧化钾、氢氧化钠的存在，混凝土的pH值一般大于12，处于这样的碱性环境下，钢筋表面会形成氢氧化铁钝化膜保护钢筋不受锈蚀的影响。但当环境pH值下降到9或8时，钢筋的钝化膜就会失去稳定性甚至破坏，尤其在混凝土开裂情况下，当钢筋接触到空气、水时，钢筋在氧气与水的共同作用下，钢筋发生锈蚀，其表面生成铁锈即Fe₂O₃·xH₂O，铁锈是松动的，不能阻气、隔水，从而使钢筋一直锈蚀下去。钢筋锈蚀时会产生2-4倍的体积膨胀，致使外围混凝土保护层被涨裂甚至脱落，影响结构正常功能的发挥和使用，若混凝土原本就有裂缝存在，则钢筋的锈蚀会加剧裂缝的开裂，从而导致原本的裂缝发展成为贯穿性的主裂缝，影响建筑结构本体。而这种内部的钢筋锈蚀一旦发生后，仅在外部涂刷多缝开裂水泥基复合材料是不能阻止钢筋的锈蚀的，因为多缝开裂水泥基复合材料本身易形成微小的多缝，不能阻止空气、氧气渗透入内。并且这种仅依靠在裂缝周边浇铸修补层来分散界面裂缝扩张时的应力，推迟裂缝嵌入修补材料中的方法，对于宽度较大或受拉伸荷载较大的裂缝来说，其修补效果较弱，需要在此技术上进一步改进，以适应各种裂缝的修补。

发明内容