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(qiáng)度及較低的抗拉強(qiáng)度,在受約束作用下少許收縮就會(huì)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(shí),為保證結(jié)構(gòu)的耐久性,就需要修補(bǔ),修補(bǔ)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(bǔ)是在老混凝土結(jié)構(gòu)上進(jìn)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(bǔ)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(bǔ)材料失去水分時(shí),它會(huì)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(bǔ)材料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí),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(bǔ)和覆蓋中,使用的修補(bǔ)材料如聚合物,有更高的熱膨脹系數(shù),在修補(bǔ)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(bǔ)材料比混凝土基面更易收縮。當(dāng)修補(bǔ)材料出現(xiàn)膨脹時(shí),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(bǔ)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(bǔ)中,修補(bǔ)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(hù)性的修補(bǔ)中,更高塑性變形也有其優(yōu)點(diǎn)。對(duì)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(bǔ)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(bǔ)的地方。盡管如此,有較低彈性模量的修補(bǔ)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(hù)性修補(bǔ)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(shí),修補(bǔ)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(cè)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(bǔ)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(bǔ)材料的趨勢(shì)應(yīng)該避免。同樣,注意到下列事實(shí)也是重要的,即在修補(bǔ)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(bǔ)材料所帶來的好處。因此,在提出耐久性修補(bǔ)時(shí),無裂縫的混凝土修補(bǔ)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(bǔ)材料和先澆混凝土基面之間膠結(jié)良好是成功修補(bǔ)的主要要求。準(zhǔn)備很好且結(jié)實(shí)的混凝土基面,總能提供足夠的膠結(jié)強(qiáng)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(yàn)是評(píng)估修補(bǔ)材料、表面準(zhǔn)備和澆筑過程的最佳技術(shù)手段。
(七)抗壓強(qiáng)度
一般認(rèn)為,修補(bǔ)材料的抗壓強(qiáng)度應(yīng)該與先澆混凝土基面的抗壓強(qiáng)度相同,修補(bǔ)材料的抗壓強(qiáng)度高于混凝土基面的抗壓強(qiáng)度,不一定就有多少好處。事實(shí)上,膠結(jié)材料的較高強(qiáng)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(qiáng)度相聯(lián)系的較高的彈性模量將降低塑性變形。
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