混凝土作為一種多相復(fù)合基材料,具有較高彈性模量和抗壓強度及較低的抗拉強度,在受約束作用下少許收縮就會產(chǎn)生裂縫,裂縫產(chǎn)生的材性原因較多。當(dāng)裂縫產(chǎn)生時,為保證結(jié)構(gòu)的耐久性,就需要修補,修補材料的材性和基性材料的材性需要有效協(xié)調(diào),以免產(chǎn)生二次裂縫。
(一)收縮
由于大多數(shù)修補是在老混凝土結(jié)構(gòu)上進行的,如果有干縮的話,老混凝土結(jié)構(gòu)干縮也很小。因此,修補材料基本上也一定要無收縮或即使有收縮,但沒有失去粘結(jié)性。無論任何原因,當(dāng)以水泥為主的修補材料失去水分時,它會收縮。而且,這種收縮通常被先澆混凝土的基面膠合力所約束。當(dāng)收縮引起的應(yīng)變超過修補材料的極限抗拉強度時,便產(chǎn)生裂縫。
(二)熱膨脹系數(shù)
研究混凝土修復(fù)材料的熱相容性在溫度經(jīng)常有很大變化的環(huán)境中是很重要的。特別是在大面積修補和覆蓋中,使用的修補材料如聚合物,有更高的熱膨脹系數(shù),在修補中將經(jīng)常導(dǎo)致裂縫、剝落和分離。根據(jù)聚合物的不同類型,未加填料的聚合物的熱膨脹系數(shù)超過混凝土的6～14倍,在聚合物中增加填料或骨料將使情況有所改善。但是加骨料的聚合物的熱膨脹系數(shù)仍是混凝土的1.5～5倍。結(jié)果是,含有聚合物的修補材料比混凝土基面更易收縮。當(dāng)修補材料出現(xiàn)膨脹時,先澆混凝土基面上膠結(jié)材料產(chǎn)生的約束力引起的應(yīng)力,能使修補材料出現(xiàn)裂縫或翹曲和剝落。
(三)抗拉塑性變形
在混凝土結(jié)構(gòu)物修補中,修補材料的塑性變形應(yīng)該與混凝土基面塑性變形類似,然而在保護性的修補中,更高塑性變形也有其優(yōu)點。對于后者,通過抗拉塑性變形釋放的應(yīng)力減少了裂縫發(fā)生的可能性。彈性模量E就工程而言,結(jié)構(gòu)修補材料的彈性模量應(yīng)該與混凝土基面的彈性模量相同,使載荷能均勻地穿過修補的地方。盡管如此,有較低彈性模量的修補材料將表現(xiàn)出較低的內(nèi)部應(yīng)力和較高的塑性變形,這減少了非結(jié)構(gòu)性或保護性修補中裂縫和分離產(chǎn)生的可能。
(四)拉應(yīng)力
拉應(yīng)力是指在沒有形成一條連續(xù)的裂縫時,修補材料所能承受的最大應(yīng)變能力。達(dá)到極限應(yīng)力90%的拉應(yīng)變通常被定義為極限應(yīng)變。所有測量拉應(yīng)力(彎曲、直接拉伸和內(nèi)部約束)的常規(guī)方法中的應(yīng)變速率比在收縮過程中生產(chǎn)的應(yīng)變速率快很多。一旦超過最大拉應(yīng)力或者極限應(yīng)變,混凝土就開裂。
(五)滲透性
滲透性即材料滲透液體或氣體的能力,在許多修補中是重要的材料性能。然而,不顧具體情況,規(guī)定采用低滲透性修補材料的趨勢應(yīng)該避免。同樣,注意到下列事實也是重要的,即在修補中產(chǎn)生的一些貫穿裂縫將大大抵消使用很低滲透性修補材料所帶來的好處。因此,在提出耐久性修補時,無裂縫的混凝土修補應(yīng)該是主要的目標(biāo)。
(六)粘附/膠結(jié)
在大多數(shù)情況中,在修補材料和先澆混凝土基面之間膠結(jié)良好是成功修補的主要要求。準(zhǔn)備很好且結(jié)實的混凝土基面,總能提供足夠的膠結(jié)強度,表面準(zhǔn)備所達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)最能體現(xiàn)出膠結(jié)的情況。直接的拉伸膠結(jié)試驗是評估修補材料、表面準(zhǔn)備和澆筑過程的最佳技術(shù)手段。
(七)抗壓強度
一般認(rèn)為,修補材料的抗壓強度應(yīng)該與先澆混凝土基面的抗壓強度相同,修補材料的抗壓強度高于混凝土基面的抗壓強度,不一定就有多少好處。事實上,膠結(jié)材料的較高強度表明其含有過多的水泥,這有助于產(chǎn)生更高的水化熱并增加干縮。另外,與高抗壓強度相聯(lián)系的較高的彈性模量將降低塑性變形。
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