混凝土裂缝修补材料的初步研究

王 兵 郑炳峰

（安徽省·水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000 江苏省交通科学研究院股份有限公司南京210017）

混凝土裂缝修补材料的初步研究

王 兵 郑炳峰

（安徽省·水利部淮委水利科学研究院 蚌埠 233000 江苏省交通科学研究院股份有限公司南京210017）

随着当前基础设施建设的发展，国内混凝土的用量与日俱增，但由于水泥基材料具有抗拉强度低、收缩大等缺陷，导致混凝土工程经常会出现早期裂缝的问题，为保证安全需对裂缝进行修补。本文对以钢渣、矿渣为主要原料制备而成的地聚合物裂缝修补材料进行研究，得出配合比范围，为进一步研究其性能提供了初始材料。

混凝土裂缝 修补材料 地聚合物 配合比

1 引言

目前国内常用的裂缝修补方法有结构补强法、表面处理法、灌浆法、填充法。结构补强法是使用钢筋混凝土围套在构件外部或结构裂缝四周浇筑，将结构构件箍紧，以增加结构构件受力面积；表面处理法是采用弹性涂膜防水材料、聚合物水泥膏及渗透性防水剂等，涂覆于裂缝表面，最终达到减少以至消除裂缝的目的；灌浆法是使用特定的施工设备，将树脂浆液、水泥浆液或聚合物浆液等专用的灌浆材料灌入裂缝内部，依靠灌浆材料的固化和黏结作用达到修补裂缝的目的；填充法是将修补材料直接填充于裂缝中的一种方法，可以恢复防水性、耐久性以及部分恢复结构整体性。

本文尝试以地聚合物作为裂缝修补材料，对水泥基材料早期裂缝进行修补。地聚合物材料是高强和高性能混凝土设计的重要组成部分，可以是天然材料、工业废渣或副产品，例如粉煤灰、高炉矿渣或偏高岭土等，通常作为火山灰材料用于混凝土中，并且对增强混凝土的力学性能和耐久性有重要的影响。

2 地聚合物材料的制备

2.1概述

本文采用碱—矿渣—钢渣复合体系来制备地聚合物。首先通过正交试验，制备地聚合物裂缝修补材料，以地聚合物的抗折强度和抗压强度作为评价材料性能的主要技术指

标，通过进一步优化抗渗试验确定地聚合物愈缝材料的最优配合比。在此基础上，最终确定裂缝修补材料的配方。

2.2试验内容

2.2.1正交试验

采用正交试验制备地聚合物，用正交表安排试验首先看因素的水平，选取因素水平相同的正交表，然后看因素的数目，因素的个数不能超过正交表的列数，允许有空白列。

制备地聚合物愈缝材料的原材料包括钢渣、矿渣、水玻璃、氢氧化钠和水。试验指标是3d，7d，28d地聚合物的抗折强度和抗压强度，根据分析，影响抗折强度和抗压强度的主要因素为钢渣掺量（记做A），水灰比（记做B），氢氧化钠掺量（记做C），水玻璃模数（记做D）。根据初步试验和对文献的查阅，总结得出此次试验每种物质的掺量大小。每个因素分别取3个水平做实验，得因素与水平表，见表1。

2.2.2试验结果与分析

将养护龄期为3d、7d、28d的地聚合物取出做抗折强度和抗压强度，强度测定结果和极差分析结果如表2～4所示。

表3 7d地聚合物强度极差分析

从表2可以看出，养护3d的地聚合物抗压强度均达到45.4MPa以上，最高达到59.3MPa，体现出地聚合物具有早强的特点。水玻璃作为激发剂，矿渣和钢渣的水硬性可以在较短的时间内被激发出来。从极差分析结果来看，4个因素对抗压强度的影响大小顺序为：A＞C＞B＞D。这是因为钢渣的掺量（A）会影响到复合胶凝材料本身的性能，如活性物质的含量，而作为主体物质，胶凝材料活性物质的含量直接影响

到碱激发的效果。作为辅助物质，氢氧化钠掺量（C）、水灰比（B）、水玻璃模数（D）对强度的影响相对较小。

对于养护3d的地聚合物抗折强度，在1.81MPa以上，最高达到5.16MPa，极差分析结果显示，4个因素对抗折强度的影响大小顺序为：D＞A＞C＞B。与抗压强度极差分析结果有所不同的是，水灰比（B）对抗折强度的影响最小。

根据各因素水平关系，结合各因素极差的大小，得到强度较好的配合比为A2B2C1D1和A2B3C1D1。

养护7d的地聚合物抗压强度有一定的增长，在50.9MPa以上，见表3，最高达到66.4MPa，说明在这段时间内，地聚合物抗压强度持续发展。从极差分析结果来看，4个因素对抗压强度的影响大小顺序为：B＞D＞A＞C。养护7d的地聚合物抗折强度也有增长，在3.87MPa以上，最高达到6.71MPa。从极差分析结果来看，4个因素对抗压强度的影响大小顺序为：B＞C＞D＞A。根据各因素水平关系，结合各因素极差的大小，得到强度较好的配合比为A1B2C3D1和A1B2C2D1。

养护28d的地聚合物抗压强度有一定的增长，见表4，在70.4MPa以上，最高达到93.1MPa，说明在28d中，地聚合物抗压强度持续不断地发展，较为均衡，后期还有发展的潜力。从极差分析结果来看，4个因素对抗压强度的影响大小顺序为：A＞C＞D＞B。养护28d的地聚合物抗折强度也有增长，在5.46MPa以上，最高达到10.50MPa，后期抗折强度的发展非常大，根据各因素水平关系，结合各因素极差的大小，得到强度较好的配合比为A1B3C2D1和A3B2C1D2。

表4 28d地聚合物强度极差分析

2.3配合比范围

根据3d、7d、28d地聚合物强度的实验结果，存在一定的差异，但是先结合极差分析，能够初步确定配合比的范围。钢渣的掺量（A）为34%～38%，水灰比（B）为0.25，氢氧化钠掺量（C）为4%～7%，水玻璃模数（D）为1.2。

2.4配合比的优化

根据前面的分析，此次试验主要是确定钢渣的掺量。根据两次正交试验结果，钢渣掺量依次取34%、35%、36%、37%、38%制备地聚合物抗渗试块，按照顺序依次编号为1～5号，每组成型3个。在标准条件下，养护至28d，水压均为1.5MPa，取出做抗渗试验，试验结果表明1～5号的试块渗水高度分别为1.1cm、1.0cm、0.7cm、1.1cm、0.9cm。

从数据中可以看出随着钢渣掺量的增加，抗渗能力也随之逐渐增加，抗渗性能明显增强，当钢渣掺量为36%，抗渗能力达到最大，当钢渣掺量增加为37%时，抗渗能力又开始降低。试验最后显示3号抗渗能力最强，因此，最终选择钢渣掺量为36%。根据上述试验结果分析，得出地聚合物愈缝材料最佳的配合比为：钢渣的掺量（A）为36%、矿渣的掺量为64%、水灰比（B）为0.25、氢氧化钠掺量（C）为4%～7%、水玻璃模数（D）为1.2。

3 结语

地聚合物愈缝材料主要的生产原料是工业废渣，充分利用和开发这些资源，对保护环境、节约能源都有很强的现实意义。

本文通过正交试验，得出了混凝土愈缝材料地聚合物的配合比范围，即钢渣掺量为36%，矿粉掺量为64%，水灰比为0.25，氢氧化钠掺量为4%～7%，水玻璃模数为1.2。通过进一步试验，预期还能够得到地聚合物的最优配合比，这部分工作将在今后的研究中展开。

地聚合物的抗渗性能十分优越，可以满足实际需求，流动性也很好。但是地聚合物的干缩较大，原因主要是矿渣和钢渣自身的性能存在一定的缺陷，应对地聚合物的配合比进行进一步的优化，寻找一些干缩性能较小的原材料，从而使其使用性能更加满足市场的需求■