混凝土的修补材料及其作用机理

刘数华

（武汉大学，博士、副教授）

当前，用于新老混凝土界面粘结的修补材料主要分无机和有机材料两类。无机类有水泥或水泥砂浆，其主要缺点是粘结性差，达不到消除薄弱界面的目的。有机类的粘结强度相对较高，但与混凝土的线膨胀系数相差太大，易变形剥离，且耐久性差、价格高、需干面施工、有毒。

在对新老混凝土界面粘结或对老化病害混凝土进行修补时，一般要求界面粘结材料或修补材料的力学强度应略优于混凝土，而物理变形特性尽可能与混凝土接近，这样才能达到既消除薄弱界面形成整体，又使两种材料长期共存的目的。

基于此，武汉大学研发了一种新型水泥基无机粘结胶，并已在实际工程中推广应用，解决了新老混凝土界面的粘结问题。该修补材料的应用机理主要有：

（1）化学吸附：有新的水化产物生成，并产生很强的化学键，将新老混凝土粘结。化学键理论认为，胶粘剂与被胶物的表面通过化学反应形成化学键而产生胶结强度。化学键分为离子键、共价键与金属键，比范德华力能量要大得多，因而无机粘结胶与新老混凝土表面形成的化学键，有利于胶结强度的提高，对抵抗应力集中、防止裂缝扩展的能力贡献大。

（2）机械胶结：任何物体的表面，即使是经过细致抛光后的物体表面，放大后观察还是十分粗糙的，布满空穴与沟槽；无机粘结胶渗入新老混凝土的孔穴和沟槽中，待其固化后，就把两个物体的表面“铆”在一起了；在实际施工中，为了增加胶结强度，往往将物体表面打毛。一方面是可增加胶结面积，另一方面是为了增加机械“铆”接点。

（3）吸附作用，即胶粘剂充分湿润被胶物的表面，分子间的吸附力就足以产生很高的粘附强度。第一阶段是胶粘剂的大分子通过布朗运动迁移至被粘物体的表面，胶粘剂中的极性基团逐渐向被粘物的极性基团靠近。第二阶段是吸附作用，当胶粘剂与被粘物之间的距离小于5Å 时，分子间的引力发生作用。根据计算，当两个理想平面距离为10Å 时，由于范德华力的作用，它们的吸引力可达到10 ～100MPa，距离为3 ～4Å 时可达到100 ～1000MPa，这个数值已远远超过现代最好的结构胶结剂所能达到的胶结强度。然而理想平面很难达到，即使经过精密抛光，两个固体的接触总面积还不到1%，因此只要胶结剂充分浸润被胶物的表面，分子间的作用力就足以产生很高的粘附强度。