淺析混凝土裂縫修復技術的方法

白鏡泉 丁子奇

(揚州大學 江蘇 揚州 225127)

一、混凝土裂縫產(chǎn)生的原因與危害

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的加快，城市基礎設施建設規(guī)模不斷擴大，混凝土抗壓強度高、耐久性好、成本低，以至于它是目前使用最廣泛的建筑材料。然而混凝土作為一種多相非勻質材料，作為一種脆性材料，在工程實際中，受到荷載作用、混凝土干燥收縮、溫度變形、不均勻沉降、施工工藝、養(yǎng)護條件等因素造成混凝土開裂，這些微小裂縫的出現(xiàn)不僅會降低混凝土材料的抗?jié)B能力，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，最終影響到建筑物的承載能力和使用壽命，從而導致人民的生命財產(chǎn)安全將受到威脅。

二、傳統(tǒng)的裂縫修復技術

混凝土結構在出現(xiàn)裂縫后，常用的傳統(tǒng)修復技術有表面修補法、壓力灌漿法、結構補強法、混凝土置換法。

(1)表面修補法：采用人工或機械噴涂的方法，將修補材料涂覆在混凝土裂縫表面。常用的修補材料有水泥漿、環(huán)氧樹脂、油漆、防腐材料等。這種方法主要適用對結構承載力沒有影響的微細裂縫，此方法施工操作簡單，可以有效防止有害介質侵入，但是這種方法不能修復混凝土內(nèi)部的裂縫。

(2)壓力灌漿法：通過高壓設備將修復材料注入到裂縫中以達到修復的目的。常用的修復材料是環(huán)氧樹脂漿材和聚氨酯漿材。漿材凝結硬化后起到補強和恢復結構整體性的作用。適用于寬度較小和較深的裂縫。漿材的性能對裂縫的修補施工和修補效果有決定性的影響。此方法能夠修補較深的裂縫，但是灌漿材料通常有粘度較大、固化之后脆性較大、耐久性能較差、造成環(huán)境污染等缺點。

(3)結構補強法：對混凝土結構損害嚴重的部位進行修復，恢復或增強其承載能力的措施。常用的加固方法有植筋加固法，碳纖維加固法，粘鋼加固法等。結構補強加固主要是針對建筑物的結構承重能力，目的主要是為了建筑物更加的牢固、安全可靠，但這種方法成本較高。

(4)混凝土置換法：混凝土置換法通常應用于混凝土嚴重損壞部分的修補，首先將結構損壞、蜂窩麻面有缺陷的混凝土剔除，再澆注置換材料。常用的置換材料有水泥砂漿或混凝土、聚合物等。該方法施工工藝復雜，不易操作，施工周期長，影響工期。

在混凝土結構中，傳統(tǒng)的維修方法往往需要定期檢查和維修，因為微裂縫很難被及時被檢測出來，常規(guī)的維修手段只能修復裂縫表面，無法對結構內(nèi)部進行修復，且維修成本較高、工作耗時費力，修復效果不理想，無法滿足當代建筑材料對環(huán)境友好型的發(fā)展要求。

三、仿生裂縫自修復技術

受到自然界有機生物體損傷自修復現(xiàn)象的啟發(fā)，近年來國內(nèi)外學者提出了多種混凝土裂縫仿生自修復方式。自修復混凝土的誕生節(jié)省了大量的勞力和資源，對環(huán)境減少了污染。目前國內(nèi)外研究的混凝土裂縫修復技術主要有：形狀記憶合金自修復、中空玻璃纖維管技術、微膠囊自修復、電化學沉積自修復、微生物自修復。

(1)形狀記憶合金自修復技術：在混凝土材料中引用一些形狀記憶合金或者形狀記憶合金聚合物，當裂縫產(chǎn)生時，形狀記憶合金會產(chǎn)生收縮力，使裂縫進行愈合。形狀記憶合金可以對對結構施加較大的預應力，提高結構的強度和剛度，實現(xiàn)對結構的智能控制。但是這種方法價格昂貴，修復控制過程復雜。

(2)中空玻璃纖維管自修復技術：在玻璃纖維管內(nèi)封裝愈合液體，并埋入混凝土材料中，在裂紋擴展時自愈合液體釋放出來，在裂縫處固化，修復裂縫。纖維尺寸、摻量、水灰比等對混凝土修復性能有影響。但這種方法制備工藝復雜，無法與混凝土共同攪拌等問題。

(3)微膠囊自修復技術：利用含有熱固性聚合物的微膠囊，使嵌入的微膠囊在裂縫發(fā)展的過程中破裂，導致愈合劑在毛細血管力或重力作用下流入裂縫。然后，愈合劑與基體材料發(fā)生化學反應。微膠囊應具有合適的尺寸、殼厚、愈合劑、攪拌時的存活能力、良好的界面粘結性和與混凝土基質的相容性、化學和機械穩(wěn)定性等要求。但是微膠囊容量較小，無法實現(xiàn)二次修復。

(4)電化學沉積自修復技術：在土木工程領域，將該方法與鋼筋混凝土的結構特性與水環(huán)境特點相結合，以水或海水中各類礦物化合物作為電解質溶液，以混凝土結構中鋼筋為陰極，并在混凝土結構附近設置一定面積的陽極，形成閉合回路。施加一定的電壓，通過電解沉積作用，在混凝土結構裂縫內(nèi)和表面生長，并沉積一層無機化合物，從而填充密實混凝土縫隙。可實現(xiàn)電化學沉積技術修復水工、海工等混凝土結構的裂縫,甚至可以應用到陸基混凝土結構裂縫的修復上。該方法充分利用電化學沉積法的推廣應用可大大降低海工、水工混凝土結構裂縫修復成本，從根本上解決水環(huán)境下鋼筋混凝土裂縫修復的技術難題,同時，該方法也是一項有意義的學科交叉應用研究方向。目前，國內(nèi)外關于電化學沉積方法應用到混凝土裂縫修復方面的研究還較少。在已有的研究中，日本學者對海上混凝土結構的裂縫修復進行了初步的嘗試研究，認為電化學沉積作用可以封閉鋼筋結構的裂縫。

(5)微生物自修復技術：作為仿生自修復的其中一種方式，由于環(huán)境友好性和自修復潛力受到廣泛關注。其核心工作原理就是將耐堿微生物和特定底物在拌合時預先埋入混凝土中，一旦混凝土開裂，水分及氧氣的進入激活休眠的微生物，經(jīng)過一系列生物化學反應，將混凝土中預埋的底物代謝轉化為碳酸鈣沉淀，填充裂縫從而實現(xiàn)自修復。盡管微生物芽孢生存能力較強，但由于混凝土攪拌過程中有較大的剪切力，混凝土的高堿性環(huán)境其中的pH值高達13以上，隨著混凝土的水化反應，混凝土的內(nèi)部孔徑減小，芽孢受到擠壓，從而微生物的活性降低，抑制微生物的自修復行為。目前針對以上問題，為了更好地保護微生物芽孢在混凝土內(nèi)部保持長期的活性，國內(nèi)外學者在保護微生物的載體的選擇上進行相關的研究，目前微生物載體的類型有聚氨酯、膨脹珍珠巖、硅藻土、陶粒等。目前多采用載體保護技術來延長微生物在混凝土中的存活時間，但尚未有效解決微生物載體與混凝土之間的相容性問題。

綜上所述，混凝土仿生自修復技術可以有效增強混凝土裂縫的自修復的能力，從而提高混凝土結構的耐久性，降低維修成本。這些生命科學、有機化學與傳統(tǒng)的建筑材料結合在一起，具有很強的研究價值和工程經(jīng)濟型。目前仿生自修復技術仍停留在實驗室研究階段，真正用于實際工程少，需要積極尋求其效果好、價格低廉、對施工條件要求低的混凝土自修復材料仍是解決問題的關鍵。