混凝土作為一種多相復合基材料,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生裂縫,裂縫產生的材性原因較多。當裂縫產生時,為保證結構的耐久性,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調,以免產生二次裂縫。

(一)收縮

由于大多數修補是在老混凝土結構上進行的,如果有干縮的話,老混凝土結構干縮也很小。因此,修補材料基本上也一定要無收縮或即使有收縮,但沒有失去粘結性。無論任何原因,當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。當收縮引起的應變超過修補材料的極限抗拉強度時,便產生裂縫。

(二)熱膨脹系數

研究混凝土修復材料的熱相容性在溫度經常有很大變化的環境中是很重要的。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,在修補中將經常導致裂縫、剝落和分離。根據聚合物的不同類型,未加填料的聚合物的熱膨脹系數超過混凝土的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仍是混凝土的1.5～5倍。結果是,含有聚合物的修補材料比混凝土基面更易收縮。當修補材料出現膨脹時,先澆混凝土基面上膠結材料產生的約束力引起的應力,能使修補材料出現裂縫或翹曲和剝落。

(三)抗拉塑性變形

在混凝土結構物修補中,修補材料的塑性變形應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點。對于后者,通過抗拉塑性變形釋放的應力減少了裂縫發生的可能性。彈性模量E就工程而言,結構修補材料的彈性模量應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出較低的內部應力和較高的塑性變形,這減少了非結構性或保護性修補中裂縫和分離產生的可能。

(四)拉應力

拉應力是指在沒有形成一條連續的裂縫時,修補材料所能承受的最大應變能力。達到極限應力90%的拉應變通常被定義為極限應變。所有測量拉應力(彎曲、直接拉伸和內部約束)的常規方法中的應變速率比在收縮過程中生產的應變速率快很多。一旦超過最大拉應力或者極限應變,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,規定采用低滲透性修補材料的趨勢應該避免。同樣,注意到下列事實也是重要的,即在修補中產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該是主要的目標。

(六)粘附/膠結

在大多數情況中,在修補材料和先澆混凝土基面之間膠結良好是成功修補的主要要求。準備很好且結實的混凝土基面,總能提供足夠的膠結強度,表面準備所達到的標準最能體現出膠結的情況。直接的拉伸膠結試驗是評估修補材料、表面準備和澆筑過程的最佳技術手段。

(七)抗壓強度

一般認為,修補材料的抗壓強度應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,膠結材料的較高強度表明其含有過多的水泥,這有助于產生更高的水化熱并增加干縮。另外,與高抗壓強度相聯系的較高的彈性模量將降低塑性變形。

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