浅析混凝土裂缝修复技术的方法

白镜泉 丁子奇

(扬州大学 江苏 扬州 225127)

一、混凝土裂缝产生的原因与危害

随着我国城镇化进程的加快，城市基础设施建设规模不断扩大，混凝土抗压强度高、耐久性好、成本低，以至于它是目前使用最广泛的建筑材料。然而混凝土作为一种多相非匀质材料，作为一种脆性材料，在工程实际中，受到荷载作用、混凝土干燥收缩、温度变形、不均匀沉降、施工工艺、养护条件等因素造成混凝土开裂，这些微小裂缝的出现不仅会降低混凝土材料的抗渗能力，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，最终影响到建筑物的承载能力和使用寿命，从而导致人民的生命财产安全将受到威胁。

二、传统的裂缝修复技术

混凝土结构在出现裂缝后，常用的传统修复技术有表面修补法、压力灌浆法、结构补强法、混凝土置换法。

(1)表面修补法：采用人工或机械喷涂的方法，将修补材料涂覆在混凝土裂缝表面。常用的修补材料有水泥浆、环氧树脂、油漆、防腐材料等。这种方法主要适用对结构承载力没有影响的微细裂缝，此方法施工操作简单，可以有效防止有害介质侵入，但是这种方法不能修复混凝土内部的裂缝。

(2)压力灌浆法：通过高压设备将修复材料注入到裂缝中以达到修复的目的。常用的修复材料是环氧树脂浆材和聚氨酯浆材。浆材凝结硬化后起到补强和恢复结构整体性的作用。适用于宽度较小和较深的裂缝。浆材的性能对裂缝的修补施工和修补效果有决定性的影响。此方法能够修补较深的裂缝，但是灌浆材料通常有粘度较大、固化之后脆性较大、耐久性能较差、造成环境污染等缺点。

(3)结构补强法：对混凝土结构损害严重的部位进行修复，恢复或增强其承载能力的措施。常用的加固方法有植筋加固法，碳纤维加固法，粘钢加固法等。结构补强加固主要是针对建筑物的结构承重能力，目的主要是为了建筑物更加的牢固、安全可靠，但这种方法成本较高。

(4)混凝土置换法：混凝土置换法通常应用于混凝土严重损坏部分的修补，首先将结构损坏、蜂窝麻面有缺陷的混凝土剔除，再浇注置换材料。常用的置换材料有水泥砂浆或混凝土、聚合物等。该方法施工工艺复杂，不易操作，施工周期长，影响工期。

在混凝土结构中，传统的维修方法往往需要定期检查和维修，因为微裂缝很难被及时被检测出来，常规的维修手段只能修复裂缝表面，无法对结构内部进行修复，且维修成本较高、工作耗时费力，修复效果不理想，无法满足当代建筑材料对环境友好型的发展要求。

三、仿生裂缝自修复技术

受到自然界有机生物体损伤自修复现象的启发，近年来国内外学者提出了多种混凝土裂缝仿生自修复方式。自修复混凝土的诞生节省了大量的劳力和资源，对环境减少了污染。目前国内外研究的混凝土裂缝修复技术主要有：形状记忆合金自修复、中空玻璃纤维管技术、微胶囊自修复、电化学沉积自修复、微生物自修复。

(1)形状记忆合金自修复技术：在混凝土材料中引用一些形状记忆合金或者形状记忆合金聚合物，当裂缝产生时，形状记忆合金会产生收缩力，使裂缝进行愈合。形状记忆合金可以对对结构施加较大的预应力，提高结构的强度和刚度，实现对结构的智能控制。但是这种方法价格昂贵，修复控制过程复杂。

(2)中空玻璃纤维管自修复技术：在玻璃纤维管内封装愈合液体，并埋入混凝土材料中，在裂纹扩展时自愈合液体释放出来，在裂缝处固化，修复裂缝。纤维尺寸、掺量、水灰比等对混凝土修复性能有影响。但这种方法制备工艺复杂，无法与混凝土共同搅拌等问题。

(3)微胶囊自修复技术：利用含有热固性聚合物的微胶囊，使嵌入的微胶囊在裂缝发展的过程中破裂，导致愈合剂在毛细血管力或重力作用下流入裂缝。然后，愈合剂与基体材料发生化学反应。微胶囊应具有合适的尺寸、壳厚、愈合剂、搅拌时的存活能力、良好的界面粘结性和与混凝土基质的相容性、化学和机械稳定性等要求。但是微胶囊容量较小，无法实现二次修复。

(4)电化学沉积自修复技术：在土木工程领域，将该方法与钢筋混凝土的结构特性与水环境特点相结合，以水或海水中各类矿物化合物作为电解质溶液，以混凝土结构中钢筋为阴极，并在混凝土结构附近设置一定面积的阳极，形成闭合回路。施加一定的电压，通过电解沉积作用，在混凝土结构裂缝内和表面生长，并沉积一层无机化合物，从而填充密实混凝土缝隙。可实现电化学沉积技术修复水工、海工等混凝土结构的裂缝,甚至可以应用到陆基混凝土结构裂缝的修复上。该方法充分利用电化学沉积法的推广应用可大大降低海工、水工混凝土结构裂缝修复成本，从根本上解决水环境下钢筋混凝土裂缝修复的技术难题,同时，该方法也是一项有意义的学科交叉应用研究方向。目前，国内外关于电化学沉积方法应用到混凝土裂缝修复方面的研究还较少。在已有的研究中，日本学者对海上混凝土结构的裂缝修复进行了初步的尝试研究，认为电化学沉积作用可以封闭钢筋结构的裂缝。

(5)微生物自修复技术：作为仿生自修复的其中一种方式，由于环境友好性和自修复潜力受到广泛关注。其核心工作原理就是将耐碱微生物和特定底物在拌合时预先埋入混凝土中，一旦混凝土开裂，水分及氧气的进入激活休眠的微生物，经过一系列生物化学反应，将混凝土中预埋的底物代谢转化为碳酸钙沉淀，填充裂缝从而实现自修复。尽管微生物芽孢生存能力较强，但由于混凝土搅拌过程中有较大的剪切力，混凝土的高碱性环境其中的pH值高达13以上，随着混凝土的水化反应，混凝土的内部孔径减小，芽孢受到挤压，从而微生物的活性降低，抑制微生物的自修复行为。目前针对以上问题，为了更好地保护微生物芽孢在混凝土内部保持长期的活性，国内外学者在保护微生物的载体的选择上进行相关的研究，目前微生物载体的类型有聚氨酯、膨胀珍珠岩、硅藻土、陶粒等。目前多采用载体保护技术来延长微生物在混凝土中的存活时间，但尚未有效解决微生物载体与混凝土之间的相容性问题。

综上所述，混凝土仿生自修复技术可以有效增强混凝土裂缝的自修复的能力，从而提高混凝土结构的耐久性，降低维修成本。这些生命科学、有机化学与传统的建筑材料结合在一起，具有很强的研究价值和工程经济型。目前仿生自修复技术仍停留在实验室研究阶段，真正用于实际工程少，需要积极寻求其效果好、价格低廉、对施工条件要求低的混凝土自修复材料仍是解决问题的关键。