混凝土裂縫修補材料的初步研究

王 兵 鄭炳峰

（安徽省·水利部淮委水利科學研究院 蚌埠 233000 江蘇省交通科學研究院股份有限公司南京210017）

混凝土裂縫修補材料的初步研究

王 兵 鄭炳峰

（安徽省·水利部淮委水利科學研究院 蚌埠 233000 江蘇省交通科學研究院股份有限公司南京210017）

隨著當前基礎設施建設的發展，國內混凝土的用量與日俱增，但由于水泥基材料具有抗拉強度低、收縮大等缺陷，導致混凝土工程經常會出現早期裂縫的問題，為保證安全需對裂縫進行修補。本文對以鋼渣、礦渣為主要原料制備而成的地聚合物裂縫修補材料進行研究，得出配合比范圍，為進一步研究其性能提供了初始材料。

混凝土裂縫 修補材料 地聚合物 配合比

1 引言

目前國內常用的裂縫修補方法有結構補強法、表面處理法、灌漿法、填充法。結構補強法是使用鋼筋混凝土圍套在構件外部或結構裂縫四周澆筑，將結構構件箍緊，以增加結構構件受力面積；表面處理法是采用彈性涂膜防水材料、聚合物水泥膏及滲透性防水劑等，涂覆于裂縫表面，最終達到減少以至消除裂縫的目的；灌漿法是使用特定的施工設備，將樹脂漿液、水泥漿液或聚合物漿液等專用的灌漿材料灌入裂縫內部，依靠灌漿材料的固化和黏結作用達到修補裂縫的目的；填充法是將修補材料直接填充于裂縫中的一種方法，可以恢復防水性、耐久性以及部分恢復結構整體性。

本文嘗試以地聚合物作為裂縫修補材料，對水泥基材料早期裂縫進行修補。地聚合物材料是高強和高性能混凝土設計的重要組成部分，可以是天然材料、工業廢渣或副產品，例如粉煤灰、高爐礦渣或偏高嶺土等，通常作為火山灰材料用于混凝土中，并且對增強混凝土的力學性能和耐久性有重要的影響。

2 地聚合物材料的制備

2.1概述

本文采用堿—礦渣—鋼渣復合體系來制備地聚合物。首先通過正交試驗，制備地聚合物裂縫修補材料，以地聚合物的抗折強度和抗壓強度作為評價材料性能的主要技術指

標，通過進一步優化抗滲試驗確定地聚合物愈縫材料的最優配合比。在此基礎上，最終確定裂縫修補材料的配方。

2.2試驗內容

2.2.1正交試驗

采用正交試驗制備地聚合物，用正交表安排試驗首先看因素的水平，選取因素水平相同的正交表，然后看因素的數目，因素的個數不能超過正交表的列數，允許有空白列。

制備地聚合物愈縫材料的原材料包括鋼渣、礦渣、水玻璃、氫氧化鈉和水。試驗指標是3d，7d，28d地聚合物的抗折強度和抗壓強度，根據分析，影響抗折強度和抗壓強度的主要因素為鋼渣摻量（記做A），水灰比（記做B），氫氧化鈉摻量（記做C），水玻璃模數（記做D）。根據初步試驗和對文獻的查閱，總結得出此次試驗每種物質的摻量大小。每個因素分別取3個水平做實驗，得因素與水平表，見表1。

2.2.2試驗結果與分析

將養護齡期為3d、7d、28d的地聚合物取出做抗折強度和抗壓強度，強度測定結果和極差分析結果如表2～4所示。

表3 7d地聚合物強度極差分析

從表2可以看出，養護3d的地聚合物抗壓強度均達到45.4MPa以上，最高達到59.3MPa，體現出地聚合物具有早強的特點。水玻璃作為激發劑，礦渣和鋼渣的水硬性可以在較短的時間內被激發出來。從極差分析結果來看，4個因素對抗壓強度的影響大小順序為：A＞C＞B＞D。這是因為鋼渣的摻量（A）會影響到復合膠凝材料本身的性能，如活性物質的含量，而作為主體物質，膠凝材料活性物質的含量直接影響

到堿激發的效果。作為輔助物質，氫氧化鈉摻量（C）、水灰比（B）、水玻璃模數（D）對強度的影響相對較小。

對于養護3d的地聚合物抗折強度，在1.81MPa以上，最高達到5.16MPa，極差分析結果顯示，4個因素對抗折強度的影響大小順序為：D＞A＞C＞B。與抗壓強度極差分析結果有所不同的是，水灰比（B）對抗折強度的影響最小。

根據各因素水平關系，結合各因素極差的大小，得到強度較好的配合比為A2B2C1D1和A2B3C1D1。

養護7d的地聚合物抗壓強度有一定的增長，在50.9MPa以上，見表3，最高達到66.4MPa，說明在這段時間內，地聚合物抗壓強度持續發展。從極差分析結果來看，4個因素對抗壓強度的影響大小順序為：B＞D＞A＞C。養護7d的地聚合物抗折強度也有增長，在3.87MPa以上，最高達到6.71MPa。從極差分析結果來看，4個因素對抗壓強度的影響大小順序為：B＞C＞D＞A。根據各因素水平關系，結合各因素極差的大小，得到強度較好的配合比為A1B2C3D1和A1B2C2D1。

養護28d的地聚合物抗壓強度有一定的增長，見表4，在70.4MPa以上，最高達到93.1MPa，說明在28d中，地聚合物抗壓強度持續不斷地發展，較為均衡，后期還有發展的潛力。從極差分析結果來看，4個因素對抗壓強度的影響大小順序為：A＞C＞D＞B。養護28d的地聚合物抗折強度也有增長，在5.46MPa以上，最高達到10.50MPa，后期抗折強度的發展非常大，根據各因素水平關系，結合各因素極差的大小，得到強度較好的配合比為A1B3C2D1和A3B2C1D2。

表4 28d地聚合物強度極差分析

2.3配合比范圍

根據3d、7d、28d地聚合物強度的實驗結果，存在一定的差異，但是先結合極差分析，能夠初步確定配合比的范圍。鋼渣的摻量（A）為34%～38%，水灰比（B）為0.25，氫氧化鈉摻量（C）為4%～7%，水玻璃模數（D）為1.2。

2.4配合比的優化

根據前面的分析，此次試驗主要是確定鋼渣的摻量。根據兩次正交試驗結果，鋼渣摻量依次取34%、35%、36%、37%、38%制備地聚合物抗滲試塊，按照順序依次編號為1～5號，每組成型3個。在標準條件下，養護至28d，水壓均為1.5MPa，取出做抗滲試驗，試驗結果表明1～5號的試塊滲水高度分別為1.1cm、1.0cm、0.7cm、1.1cm、0.9cm。

從數據中可以看出隨著鋼渣摻量的增加，抗滲能力也隨之逐漸增加，抗滲性能明顯增強，當鋼渣摻量為36%，抗滲能力達到最大，當鋼渣摻量增加為37%時，抗滲能力又開始降低。試驗最后顯示3號抗滲能力最強，因此，最終選擇鋼渣摻量為36%。根據上述試驗結果分析，得出地聚合物愈縫材料最佳的配合比為：鋼渣的摻量（A）為36%、礦渣的摻量為64%、水灰比（B）為0.25、氫氧化鈉摻量（C）為4%～7%、水玻璃模數（D）為1.2。

3 結語

地聚合物愈縫材料主要的生產原料是工業廢渣，充分利用和開發這些資源，對保護環境、節約能源都有很強的現實意義。

本文通過正交試驗，得出了混凝土愈縫材料地聚合物的配合比范圍，即鋼渣摻量為36%，礦粉摻量為64%，水灰比為0.25，氫氧化鈉摻量為4%～7%，水玻璃模數為1.2。通過進一步試驗，預期還能夠得到地聚合物的最優配合比，這部分工作將在今后的研究中展開。

地聚合物的抗滲性能十分優越，可以滿足實際需求，流動性也很好。但是地聚合物的干縮較大，原因主要是礦渣和鋼渣自身的性能存在一定的缺陷，應對地聚合物的配合比進行進一步的優化，尋找一些干縮性能較小的原材料，從而使其使用性能更加滿足市場的需求■