工程管理中的混凝土裂縫快速修復技術研究

摘要：為修復各混凝土工程中的裂縫，延長各建筑工程的服役壽命，本試驗主要采用吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料作為雙組分修復劑，結(jié)合水泥等材料制備一種混凝土裂縫快速修復材料。并對材料配方進行優(yōu)化，研究其裂縫修復性能。結(jié)果表明，當修復劑中吸水樹脂占比為40%、修復劑摻量為20%時，混凝土裂縫快速修復材料的裂縫修復效果更好，材料的裂縫修復最大寬度能達到0.7 mm。當裂縫寬度越小時，這種修復材料的裂縫修復效果越好。且對于0.6 mm及以下寬度的裂縫，該修復材料能夠?qū)崿F(xiàn)在5 min內(nèi)快速修復。綜上，本試驗制備的混凝土裂縫快速修復材料修復效果較好。在工程管理中，可以適當調(diào)整修復劑中的吸水樹脂占比，對材料成本進行控制，并達到裂縫修復、提高混凝土材料服役壽命的目的。

關鍵詞：吸水樹脂；水泥基滲透結(jié)晶防水材料；修復劑；裂縫修復；裂縫寬度

中圖分類號：TQ314.2文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）04-0174-04

Research on rapid repair technology for concrete cracks in engineering management

LIU Yong

（Beijing Friendship Hospital，Capital Medical University，Beijing 100050，China）

Abstract：In order to repair cracks in various concrete projects and extend the service life of each building project，this experiment mainly uses absorbent resin and cement-based permeable crystalline waterproof material as two-component repair agents，combined with materials such as cement to prepare a rapid repair material for con?crete cracks.And optimize the material formula to study its crack repair performance.The experimental results show that when the proportion of absorbent resin in the repair agent is 40%and the amount of repair agent is 20%，the crack repair effect of the rapid repair material for concrete cracks is better，and the maximum crack repair width of the material can reach 0.7 mm.The smaller the crack width，the better"the crack repair effect of this repair materi?al.And for cracks with a width of 0.6 mm and below，this repair material can achieve rapid repair within 5 minutes.In summary，the rapid repair material for concrete cracks prepared in this experiment has a good repair effect.In en?gineering management，the proportion of absorbent resin in the repair agent can be adjusted appropriately to control material costs and achieve crack repair and improve the service life of concrete materials.

Key words：water absorbent resin；cement based permeable crystalline waterproof material；repair agent；crack re?pair；crack width

由于荷載、天氣環(huán)境等影響，各混凝土建筑工程中常常面臨混凝土材料開裂的問題。這些裂縫的存在使各混凝土建筑工程的服役壽命減少，安全性降低，為工程管理帶來較多的困難和問題。因此，在科學研究領域中，混凝土裂縫修復材料逐漸成為一個熱點。對此，雷鐳[1]為解決混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的裂縫問題，將粉煤灰活性摻合料與環(huán)氧樹脂相結(jié)合，制備一種修補材料，并研究其性能。結(jié)果表明，適量粉煤灰的添加會降低修補材料的抗壓強度，但會在一定程度上提高其粘結(jié)性能和抗干縮性能。王險峰等[2]在輕骨料混凝土材料中添加礦物和吸水樹脂，研究該混凝土的自愈能力。試驗結(jié)果表明，礦物和吸水樹脂的添加，使混凝土材料表現(xiàn)出較好的自愈能力，可以實現(xiàn)裂縫填補。王心茹等[3]則使用活化海泡石復合膨脹劑等材料，制備了一種自溶型的水泥基裂縫自修復材料，并研究其性能。結(jié)果表明，當在水泥砂漿中摻入10%該自修復材料時，該材料的裂縫修復最大寬度能達到0.38 mm，且混凝土材料的強度恢復率達到97%、裂縫恢復率達到100%。在以上學者的研究基礎上，本試驗采用物理膨脹修復和化學膨脹修復相結(jié)合的方式，同時使用吸水樹脂以及水泥基滲透結(jié)晶防水材料，制備一種混凝土裂縫快速修復材料。并優(yōu)化材料配方，研究材料的裂縫修復能力。

1試驗部分

1.1材料與設備

主要材料：吸水樹脂（工業(yè)純，春暉高分子材料）；P× O 42.5普通硅酸鹽水泥（工業(yè)純，沃土建材）；水泥基滲透結(jié)晶防水材料（工業(yè)純，金菊建材）；混凝土膨脹劑（工業(yè)純，千奇化工）；碎石（工業(yè)純，榮域礦產(chǎn)，5～20 mm連續(xù)級配）；河砂（工業(yè)純，海濱礦產(chǎn)，模數(shù)2.7）；聚羧酸減水劑（AR，興正和化工）。

主要設備：JA5003B型電子天平（儀田儀器）；WKT-RZ1000型熱重分析儀（維科美拓）；HTS-576型干燥箱（世測儀器）；NJ-160B型水泥膠砂攪拌機（華恒試驗儀）；RTC-G型磁力攪拌器（佰年儀器）；水滲透裝置（自制）。

1.2試驗方法

1.2.1試驗方案設計

以C40混凝土為基準混凝土，采用水泥、河砂等原料，水膠比設定為0.45，具體配比如表1所示[4-5]。

然后，在C40基準混凝土材料的基礎上，以吸水樹脂作為主要得物理類修復劑，以水泥基滲透結(jié)晶防水材料作為主要的化學類修復劑，進行修復材料的制備。

1.2.2修復材料的制備

根據(jù)表1中的基礎配比，稱取一定量的水泥、河砂等原材料，加入到攪拌機中，混勻。之后，向混合物料中加入適量的吸水樹脂、水泥基滲透結(jié)晶防水材料，并加入少量混凝土膨脹劑，混勻。即獲得混凝土裂縫快速修復材料。

1.3性能測試

1.3.1裂縫修復性能

為探究這種混凝土裂縫快速修復材料的裂縫修復性能，進行水滲透試驗。首先，使用蓄水池、閥門等裝置構(gòu)建加水裝置，使用帶孔水槽、水流控制裝置等構(gòu)建滲水裝置，并使用燒杯、電子天平等構(gòu)建測量裝置。然后，以加水、滲水、測量這3種裝置共同構(gòu)建水滲透試驗裝置。其中，預留一定體積作為混凝土裂縫快速修復材料加料室。并在加料室兩側(cè)設置好不銹鋼間隙片，以對裂縫修復寬度進行調(diào)整。最后，向加料室中添加混凝土裂縫快速修復材料，開啟水滲透試驗裝置，按照100 mm水頭高度對混凝土裂縫快速修復材料進行水滲透。測試混凝土裂縫快速修復材料的可修復裂縫最大寬度，并以此分析材料的裂縫修復性能。本試驗中，水滲透試驗裝置情況如圖1所示。

1.3.2熱重分析

對混凝土裂縫快速修復材料進行水滲透處理7 d，然后使用無水酒精使水化終止。取一定量自修復產(chǎn)物，烘干，并研磨，過篩，將材料粒徑控制在80μm。再使用熱重分析儀對粉體狀的混凝土裂縫快速修復材料自修復產(chǎn)物進行測試。

2結(jié)果與分析

2.1修復劑配比優(yōu)化

為優(yōu)化混凝土裂縫快速修復材料中的吸水樹脂、水泥基滲透結(jié)晶防水材料配比，以0.4 mm的裂縫寬度為有害裂縫寬度，將修復劑在混凝土修復材料中的摻量控制為20%，對不同修復劑配比的材料進行裂縫修復性能測試，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，當修復劑中的吸水樹脂占比逐漸增多時，混凝土裂縫快速修復材料能夠修復裂縫的最大寬度在不斷增大。當修復劑中的吸水樹脂占比為0%時，表面此時添加的修復劑材料全為水泥基滲透結(jié)晶防水材料，此時的裂縫修復最大寬度最小，僅為0.4 mm。當修復劑中的吸水樹脂占比增加到40%、60%時，裂縫修復最大寬度明顯提高，均為0.7 mm。當修復劑中吸水樹脂占比達到100%，相當于不添加水泥基滲透結(jié)晶防水材料，此時的裂縫修復最大寬度最大，達到1.0 mm。由此可見，相比于純水泥基滲透結(jié)晶防水材料，以純吸水樹脂作為修復劑時，修復材料可以獲得更加優(yōu)異的吸水膨脹能力，對混凝土裂縫有著更好的修復效果。而當以吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料進行復配時，混凝土裂縫快速修復材料也有著較好的裂縫修復能力，且優(yōu)于純水泥基滲透結(jié)晶防水材料。

在混凝土裂縫快速修復材料中，吸水樹脂的存在讓材料中含有較多的親水基團。同時，材料基體中會形成一種低交聯(lián)網(wǎng)絡狀的三維結(jié)構(gòu)。因此，吸水樹脂能夠使混凝土裂縫快速修復材料可以大量吸收水分，不斷膨脹[6-8]。除此之外，隨著水泥水化反應的進行，水泥基滲透結(jié)晶防水材料可以作為活性物質(zhì)的載體，進而產(chǎn)生一些不會溶于水的物質(zhì)，對周圍的微小裂縫、孔洞等進行填充，從而起到修復裂縫的效果[9-11]。因此，根據(jù)圖2中的試驗結(jié)果，在混凝土裂縫快速修復材料中，應同時含有吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料。綜上，修復劑中吸水樹脂占比為40%較好，此時，裂縫修復最大寬度能達到0.7 mm。

2.2修復劑摻量優(yōu)化

在2.1基礎上，本試驗選擇同時添加吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料，將這種雙組分修復劑中的吸水樹脂占比控制在40%。然后，以這些修復劑代替C40基準混凝土中的部分水泥，制備修復材料。并以0.4 mm的裂縫寬度為有害裂縫寬度，研究不同修復劑摻量條件下修復材料的裂縫修復性能，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，當混凝土裂縫快速修復材料中的修復劑摻量從10%逐級增多到30%時，材料的裂縫修復最大寬度整體上呈現(xiàn)增大的趨勢。同時，當修復劑摻量僅為10%時，修復材料的裂縫修復最大寬度最小，僅為0.5 mm。而當修復劑摻量為30%時，混凝土裂縫快速修復材料的裂縫修復最大寬度最大，達到0.8 mm。另外，當混凝土裂縫快速修復材料中的修復劑摻量為20%或25%時，裂縫修復的最大寬度均為0.7 mm。以上這些試驗數(shù)據(jù)表明，隨著混凝土裂縫快速修復材料中的摻入的修復劑越多，材料可以擁有更好的裂縫修復能力。在雙組分修復劑中吸水樹脂占比一定的條件下，增加修復劑摻量也就相當于增加了吸水樹脂的含量。考慮到吸水樹脂的價格較貴，且強度較低，因此，為降低裂縫修復成本，保證材料強度，吸水樹脂不宜過多。綜上，在混凝土裂縫快速修復材料中，修復劑摻量應為20%。

2.3裂縫寬度的影響

以吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料作為雙組分修復劑，其中吸水樹脂占比為40%。以該修復劑按照20%摻量制備混凝土裂縫快速修復材料，并以不同裂縫寬度進行水滲透試驗，分析修復材料的裂縫修復效果，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，對于寬度在0.6 mm及以下的裂縫，該混凝土裂縫快速修復材料有著更好的裂縫修復效果。該修復材料基本可以實現(xiàn)在5 min內(nèi)到達滲水量為0 g×（30s）-1。而當裂縫寬度達到0.8 mm和1.0 mm時，混凝土裂縫快速修復材料的滲水量整體上均呈現(xiàn)下迅速減小后緩慢增大的變化。在裂縫寬度為0.8 mm和1.0 mm的滲水量變化曲線中，當水滲透時間在20 min以內(nèi)時，滲水量基本呈現(xiàn)快速減小的趨勢。這是因為，在混凝土裂縫快速修復材料中含有吸水樹脂，與水相接觸就會快速吸收水分，使材料快速膨脹，從而使裂縫呈現(xiàn)短暫閉合的效果。但是，由于裂縫較大，水流會將這些修復物質(zhì)沖走，裂縫也從原來的短暫閉合開始增大[12-15]。因此，較大的裂縫寬度下，該混凝土裂縫快速修復材料的修復效果會大大下降。從整體上看，當裂縫寬度越小時，這種修復材料對裂縫的修復效果就越好。當裂縫寬度越大時，這種修復材料對裂縫的修復效果就越差。

2.4熱重分析

將修復劑中的吸水樹脂占比固定為40%，修復劑摻量固定為20%。并對該混凝土裂縫修復材料進行熱重分析，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，當溫度升高時，材料質(zhì)量會不斷損失。其中，在50～150℃、400～500℃以及700～800℃這3個區(qū)間內(nèi)，材料的質(zhì)量快速下降。當溫度從50℃升高到150℃時，材料中含有的水分會不斷流失，從而出現(xiàn)質(zhì)量快速下降的現(xiàn)象[16-17]。當溫度在400～500℃內(nèi)時，材料中的氫氧化鈣會分解為氧化鈣和水。而當溫度在700～800℃內(nèi)時，材料中的碳酸鈣會分解為氧化鈣和二氧化碳。在本試驗制備的混凝土裂縫快速修復材料中，吸水樹脂會吸收并保留較多的水分，促進水泥水化反應，進而產(chǎn)生氫氧化鈣。然后，氫氧化鈣與空氣中二氧化碳、材料中的碳酸根離子進行反應，產(chǎn)生碳酸鈣。這些碳酸鈣材料可以對裂縫進行修復[18-20]。因此，以吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料作為雙組分修復劑，進而制備混凝土裂縫快速修復材料。這對材料中水化反應的進行以及碳酸鈣的生成有正向促進作用，從而達到修復裂縫的效果。

3結(jié)語

（1）隨著修復劑中吸水樹脂占比增多，材料對裂縫的修復效果越好。當吸水樹脂占比為40%時，裂縫修復最大寬度為0.7 mm；

（2）隨著混凝土裂縫快速修復材料中修復劑摻量從10%增加到30%時，裂縫修復最大寬度增加；

（3）裂縫寬度越小，混凝土裂縫快速修復材料的裂縫修復效果越好。當修復劑中吸水樹脂占比為40%、修復劑摻量為20%時，該混凝土裂縫快速修復材料能夠快速修復0.6 mm及以下寬度的裂縫。

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（責任編輯：李睿）