摘要：為修復(fù)各混凝土工程中的裂縫，延長各建筑工程的服役壽命，本試驗主要采用吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料作為雙組分修復(fù)劑，結(jié)合水泥等材料制備一種混凝土裂縫快速修復(fù)材料。并對材料配方進行優(yōu)化，研究其裂縫修復(fù)性能。結(jié)果表明，當(dāng)修復(fù)劑中吸水樹脂占比為40%、修復(fù)劑摻量為20%時，混凝土裂縫快速修復(fù)材料的裂縫修復(fù)效果更好，材料的裂縫修復(fù)最大寬度能達到0.7 mm。當(dāng)裂縫寬度越小時，這種修復(fù)材料的裂縫修復(fù)效果越好。且對于0.6 mm及以下寬度的裂縫，該修復(fù)材料能夠?qū)崿F(xiàn)在5 min內(nèi)快速修復(fù)。綜上，本試驗制備的混凝土裂縫快速修復(fù)材料修復(fù)效果較好。在工程管理中，可以適當(dāng)調(diào)整修復(fù)劑中的吸水樹脂占比，對材料成本進行控制，并達到裂縫修復(fù)、提高混凝土材料服役壽命的目的。

關(guān)鍵詞：吸水樹脂；水泥基滲透結(jié)晶防水材料；修復(fù)劑；裂縫修復(fù)；裂縫寬度

中圖分類號：TQ314.2文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）04-0174-04

Research on rapid repair technology for concrete cracks in engineering management

LIU Yong

（Beijing Friendship Hospital，Capital Medical University，Beijing 100050，China）

Abstract：In order to repair cracks in various concrete projects and extend the service life of each building project，this experiment mainly uses absorbent resin and cement-based permeable crystalline waterproof material as two-component repair agents，combined with materials such as cement to prepare a rapid repair material for con?crete cracks.And optimize the material formula to study its crack repair performance.The experimental results show that when the proportion of absorbent resin in the repair agent is 40%and the amount of repair agent is 20%，the crack repair effect of the rapid repair material for concrete cracks is better，and the maximum crack repair width of the material can reach 0.7 mm.The smaller the crack width，the better"the crack repair effect of this repair materi?al.And for cracks with a width of 0.6 mm and below，this repair material can achieve rapid repair within 5 minutes.In summary，the rapid repair material for concrete cracks prepared in this experiment has a good repair effect.In en?gineering management，the proportion of absorbent resin in the repair agent can be adjusted appropriately to control material costs and achieve crack repair and improve the service life of concrete materials.

Key words：water absorbent resin；cement based permeable crystalline waterproof material；repair agent；crack re?pair；crack width

由于荷載、天氣環(huán)境等影響，各混凝土建筑工程中常常面臨混凝土材料開裂的問題。這些裂縫的存在使各混凝土建筑工程的服役壽命減少，安全性降低，為工程管理帶來較多的困難和問題。因此，在科學(xué)研究領(lǐng)域中，混凝土裂縫修復(fù)材料逐漸成為一個熱點。對此，雷鐳[1]為解決混凝土結(jié)構(gòu)橋梁的裂縫問題，將粉煤灰活性摻合料與環(huán)氧樹脂相結(jié)合，制備一種修補材料，并研究其性能。結(jié)果表明，適量粉煤灰的添加會降低修補材料的抗壓強度，但會在一定程度上提高其粘結(jié)性能和抗干縮性能。王險峰等[2]在輕骨料混凝土材料中添加礦物和吸水樹脂，研究該混凝土的自愈能力。試驗結(jié)果表明，礦物和吸水樹脂的添加，使混凝土材料表現(xiàn)出較好的自愈能力，可以實現(xiàn)裂縫填補。王心茹等[3]則使用活化海泡石復(fù)合膨脹劑等材料，制備了一種自溶型的水泥基裂縫自修復(fù)材料，并研究其性能。結(jié)果表明，當(dāng)在水泥砂漿中摻入10%該自修復(fù)材料時，該材料的裂縫修復(fù)最大寬度能達到0.38 mm，且混凝土材料的強度恢復(fù)率達到97%、裂縫恢復(fù)率達到100%。在以上學(xué)者的研究基礎(chǔ)上，本試驗采用物理膨脹修復(fù)和化學(xué)膨脹修復(fù)相結(jié)合的方式，同時使用吸水樹脂以及水泥基滲透結(jié)晶防水材料，制備一種混凝土裂縫快速修復(fù)材料。并優(yōu)化材料配方，研究材料的裂縫修復(fù)能力。

1試驗部分

1.1材料與設(shè)備

主要材料：吸水樹脂（工業(yè)純，春暉高分子材料）；P× O 42.5普通硅酸鹽水泥（工業(yè)純，沃土建材）；水泥基滲透結(jié)晶防水材料（工業(yè)純，金菊建材）；混凝土膨脹劑（工業(yè)純，千奇化工）；碎石（工業(yè)純，榮域礦產(chǎn)，5～20 mm連續(xù)級配）；河砂（工業(yè)純，海濱礦產(chǎn)，模數(shù)2.7）；聚羧酸減水劑（AR，興正和化工）。

主要設(shè)備：JA5003B型電子天平（儀田儀器）；WKT-RZ1000型熱重分析儀（維科美拓）；HTS-576型干燥箱（世測儀器）；NJ-160B型水泥膠砂攪拌機（華恒試驗儀）；RTC-G型磁力攪拌器（佰年儀器）；水滲透裝置（自制）。

1.2試驗方法

1.2.1試驗方案設(shè)計

以C40混凝土為基準混凝土，采用水泥、河砂等原料，水膠比設(shè)定為0.45，具體配比如表1所示[4-5]。

然后，在C40基準混凝土材料的基礎(chǔ)上，以吸水樹脂作為主要得物理類修復(fù)劑，以水泥基滲透結(jié)晶防水材料作為主要的化學(xué)類修復(fù)劑，進行修復(fù)材料的制備。

1.2.2修復(fù)材料的制備

根據(jù)表1中的基礎(chǔ)配比，稱取一定量的水泥、河砂等原材料，加入到攪拌機中，混勻。之后，向混合物料中加入適量的吸水樹脂、水泥基滲透結(jié)晶防水材料，并加入少量混凝土膨脹劑，混勻。即獲得混凝土裂縫快速修復(fù)材料。

1.3性能測試

1.3.1裂縫修復(fù)性能

為探究這種混凝土裂縫快速修復(fù)材料的裂縫修復(fù)性能，進行水滲透試驗。首先，使用蓄水池、閥門等裝置構(gòu)建加水裝置，使用帶孔水槽、水流控制裝置等構(gòu)建滲水裝置，并使用燒杯、電子天平等構(gòu)建測量裝置。然后，以加水、滲水、測量這3種裝置共同構(gòu)建水滲透試驗裝置。其中，預(yù)留一定體積作為混凝土裂縫快速修復(fù)材料加料室。并在加料室兩側(cè)設(shè)置好不銹鋼間隙片，以對裂縫修復(fù)寬度進行調(diào)整。最后，向加料室中添加混凝土裂縫快速修復(fù)材料，開啟水滲透試驗裝置，按照100 mm水頭高度對混凝土裂縫快速修復(fù)材料進行水滲透。測試混凝土裂縫快速修復(fù)材料的可修復(fù)裂縫最大寬度，并以此分析材料的裂縫修復(fù)性能。本試驗中，水滲透試驗裝置情況如圖1所示。

1.3.2熱重分析

對混凝土裂縫快速修復(fù)材料進行水滲透處理7 d，然后使用無水酒精使水化終止。取一定量自修復(fù)產(chǎn)物，烘干，并研磨，過篩，將材料粒徑控制在80μm。再使用熱重分析儀對粉體狀的混凝土裂縫快速修復(fù)材料自修復(fù)產(chǎn)物進行測試。

2結(jié)果與分析

2.1修復(fù)劑配比優(yōu)化

為優(yōu)化混凝土裂縫快速修復(fù)材料中的吸水樹脂、水泥基滲透結(jié)晶防水材料配比，以0.4 mm的裂縫寬度為有害裂縫寬度，將修復(fù)劑在混凝土修復(fù)材料中的摻量控制為20%，對不同修復(fù)劑配比的材料進行裂縫修復(fù)性能測試，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)修復(fù)劑中的吸水樹脂占比逐漸增多時，混凝土裂縫快速修復(fù)材料能夠修復(fù)裂縫的最大寬度在不斷增大。當(dāng)修復(fù)劑中的吸水樹脂占比為0%時，表面此時添加的修復(fù)劑材料全為水泥基滲透結(jié)晶防水材料，此時的裂縫修復(fù)最大寬度最小，僅為0.4 mm。當(dāng)修復(fù)劑中的吸水樹脂占比增加到40%、60%時，裂縫修復(fù)最大寬度明顯提高，均為0.7 mm。當(dāng)修復(fù)劑中吸水樹脂占比達到100%，相當(dāng)于不添加水泥基滲透結(jié)晶防水材料，此時的裂縫修復(fù)最大寬度最大，達到1.0 mm。由此可見，相比于純水泥基滲透結(jié)晶防水材料，以純吸水樹脂作為修復(fù)劑時，修復(fù)材料可以獲得更加優(yōu)異的吸水膨脹能力，對混凝土裂縫有著更好的修復(fù)效果。而當(dāng)以吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料進行復(fù)配時，混凝土裂縫快速修復(fù)材料也有著較好的裂縫修復(fù)能力，且優(yōu)于純水泥基滲透結(jié)晶防水材料。

在混凝土裂縫快速修復(fù)材料中，吸水樹脂的存在讓材料中含有較多的親水基團。同時，材料基體中會形成一種低交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)狀的三維結(jié)構(gòu)。因此，吸水樹脂能夠使混凝土裂縫快速修復(fù)材料可以大量吸收水分，不斷膨脹[6-8]。除此之外，隨著水泥水化反應(yīng)的進行，水泥基滲透結(jié)晶防水材料可以作為活性物質(zhì)的載體，進而產(chǎn)生一些不會溶于水的物質(zhì)，對周圍的微小裂縫、孔洞等進行填充，從而起到修復(fù)裂縫的效果[9-11]。因此，根據(jù)圖2中的試驗結(jié)果，在混凝土裂縫快速修復(fù)材料中，應(yīng)同時含有吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料。綜上，修復(fù)劑中吸水樹脂占比為40%較好，此時，裂縫修復(fù)最大寬度能達到0.7 mm。

2.2修復(fù)劑摻量優(yōu)化

在2.1基礎(chǔ)上，本試驗選擇同時添加吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料，將這種雙組分修復(fù)劑中的吸水樹脂占比控制在40%。然后，以這些修復(fù)劑代替C40基準混凝土中的部分水泥，制備修復(fù)材料。并以0.4 mm的裂縫寬度為有害裂縫寬度，研究不同修復(fù)劑摻量條件下修復(fù)材料的裂縫修復(fù)性能，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)混凝土裂縫快速修復(fù)材料中的修復(fù)劑摻量從10%逐級增多到30%時，材料的裂縫修復(fù)最大寬度整體上呈現(xiàn)增大的趨勢。同時，當(dāng)修復(fù)劑摻量僅為10%時，修復(fù)材料的裂縫修復(fù)最大寬度最小，僅為0.5 mm。而當(dāng)修復(fù)劑摻量為30%時，混凝土裂縫快速修復(fù)材料的裂縫修復(fù)最大寬度最大，達到0.8 mm。另外，當(dāng)混凝土裂縫快速修復(fù)材料中的修復(fù)劑摻量為20%或25%時，裂縫修復(fù)的最大寬度均為0.7 mm。以上這些試驗數(shù)據(jù)表明，隨著混凝土裂縫快速修復(fù)材料中的摻入的修復(fù)劑越多，材料可以擁有更好的裂縫修復(fù)能力。在雙組分修復(fù)劑中吸水樹脂占比一定的條件下，增加修復(fù)劑摻量也就相當(dāng)于增加了吸水樹脂的含量?？紤]到吸水樹脂的價格較貴，且強度較低，因此，為降低裂縫修復(fù)成本，保證材料強度，吸水樹脂不宜過多。綜上，在混凝土裂縫快速修復(fù)材料中，修復(fù)劑摻量應(yīng)為20%。

2.3裂縫寬度的影響

以吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料作為雙組分修復(fù)劑，其中吸水樹脂占比為40%。以該修復(fù)劑按照20%摻量制備混凝土裂縫快速修復(fù)材料，并以不同裂縫寬度進行水滲透試驗，分析修復(fù)材料的裂縫修復(fù)效果，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，對于寬度在0.6 mm及以下的裂縫，該混凝土裂縫快速修復(fù)材料有著更好的裂縫修復(fù)效果。該修復(fù)材料基本可以實現(xiàn)在5 min內(nèi)到達滲水量為0 g×（30s）-1。而當(dāng)裂縫寬度達到0.8 mm和1.0 mm時，混凝土裂縫快速修復(fù)材料的滲水量整體上均呈現(xiàn)下迅速減小后緩慢增大的變化。在裂縫寬度為0.8 mm和1.0 mm的滲水量變化曲線中，當(dāng)水滲透時間在20 min以內(nèi)時，滲水量基本呈現(xiàn)快速減小的趨勢。這是因為，在混凝土裂縫快速修復(fù)材料中含有吸水樹脂，與水相接觸就會快速吸收水分，使材料快速膨脹，從而使裂縫呈現(xiàn)短暫閉合的效果。但是，由于裂縫較大，水流會將這些修復(fù)物質(zhì)沖走，裂縫也從原來的短暫閉合開始增大[12-15]。因此，較大的裂縫寬度下，該混凝土裂縫快速修復(fù)材料的修復(fù)效果會大大下降。從整體上看，當(dāng)裂縫寬度越小時，這種修復(fù)材料對裂縫的修復(fù)效果就越好。當(dāng)裂縫寬度越大時，這種修復(fù)材料對裂縫的修復(fù)效果就越差。

2.4熱重分析

將修復(fù)劑中的吸水樹脂占比固定為40%，修復(fù)劑摻量固定為20%。并對該混凝土裂縫修復(fù)材料進行熱重分析，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，當(dāng)溫度升高時，材料質(zhì)量會不斷損失。其中，在50～150℃、400～500℃以及700～800℃這3個區(qū)間內(nèi)，材料的質(zhì)量快速下降。當(dāng)溫度從50℃升高到150℃時，材料中含有的水分會不斷流失，從而出現(xiàn)質(zhì)量快速下降的現(xiàn)象[16-17]。當(dāng)溫度在400～500℃內(nèi)時，材料中的氫氧化鈣會分解為氧化鈣和水。而當(dāng)溫度在700～800℃內(nèi)時，材料中的碳酸鈣會分解為氧化鈣和二氧化碳。在本試驗制備的混凝土裂縫快速修復(fù)材料中，吸水樹脂會吸收并保留較多的水分，促進水泥水化反應(yīng)，進而產(chǎn)生氫氧化鈣。然后，氫氧化鈣與空氣中二氧化碳、材料中的碳酸根離子進行反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸鈣。這些碳酸鈣材料可以對裂縫進行修復(fù)[18-20]。因此，以吸水樹脂和水泥基滲透結(jié)晶防水材料作為雙組分修復(fù)劑，進而制備混凝土裂縫快速修復(fù)材料。這對材料中水化反應(yīng)的進行以及碳酸鈣的生成有正向促進作用，從而達到修復(fù)裂縫的效果。

3結(jié)語

（1）隨著修復(fù)劑中吸水樹脂占比增多，材料對裂縫的修復(fù)效果越好。當(dāng)吸水樹脂占比為40%時，裂縫修復(fù)最大寬度為0.7 mm；

（2）隨著混凝土裂縫快速修復(fù)材料中修復(fù)劑摻量從10%增加到30%時，裂縫修復(fù)最大寬度增加；

（3）裂縫寬度越小，混凝土裂縫快速修復(fù)材料的裂縫修復(fù)效果越好。當(dāng)修復(fù)劑中吸水樹脂占比為40%、修復(fù)劑摻量為20%時，該混凝土裂縫快速修復(fù)材料能夠快速修復(fù)0.6 mm及以下寬度的裂縫。

【參考文獻】

[1]雷鐳.橋梁裂縫修復(fù)用新型環(huán)氧樹脂修補材料性能研究[J].四川水泥，2023（11）：240-242.

[2]王險峰，陳少聰，劉建，等.摻入礦物和吸水樹脂的輕骨料混凝土自愈性能[J].深圳大學(xué)學(xué)報（理工版），2023，40（5）：564-570.

[3]王心茹，李云霄，史金正，等.自溶型水泥基裂縫自修復(fù)材料的性能研究[J].混凝土，2023（10）：101-105.

[4]郭贏贏.內(nèi)摻CCCW混凝土抗壓強度和自修復(fù)性能研究[J].山西交通科技，2023（3）：37-39.

[5]孫婧，蘭建偉，張少云，等.不同種類改性劑對C40混凝土性能影響研究[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報，2023，41（1）：51-56.

[6]王柯，胡元元，何銳，等.SAP類型對水泥砂漿早期抗裂和干縮性能的影響[J].材料導(dǎo)報，2023，37（23）：246-253.

[7]林春紅，溫建峰，彭建偉，等.膠囊化吸水樹脂對水性環(huán)氧樹脂灌漿料的改性研究[J].新型建筑材料，2022，49（7）：151-155.

[8]孔德玉，方堃，曾法軍，等.SAP預(yù)吸硅溶膠對內(nèi)養(yǎng)護水泥基材料性能的影響及機理[J].浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2023，51（4）：387-392.

[9]鄭仕躍，朱應(yīng)，關(guān)瑞士，等.水泥基滲透結(jié)晶型防水材料性能優(yōu)化試驗研究[J].公路，2022，67（12）：352-357.

[10]何海銳.水泥基滲透結(jié)晶型防水材料耐久性能分析[J].粘接，2022，49（1）：91-94.

[11]金城陽.裂縫自修復(fù)材料修復(fù)性能評價的實驗研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2019.

[12]王紅.高分子材料修復(fù)劑對水工混凝土裂縫修復(fù)性能的影響研究[J].東北水利水電，2023，41（8）：36-38.

[13]曹輝，臧洋，馮瓊，等.微生物作用下混凝土裂縫修復(fù)效果試驗研究[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2022，48（4）：126-131.

[14]張盼盼，賈冠華，姜晨，等.初始裂縫寬度對混凝土自修復(fù)效果的影響[J].中國科技論文，2022，17（7）：795-800.

[15]常洪雷，陳繁育，曲明月，等.生石灰和膨脹劑對砂漿自修復(fù)性能的影響[J].東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2020，50（6）：1014-1022.

[16]楊翔，丁華柱，白延平，等.納米CaCO3對不同級配再生細骨料混凝土性能影響[J].建筑科學(xué)，2023，39（3）：57-64.

[17]謝青海，孫成建，肖建莊，等.海水海砂拌合砂漿高溫損傷分析[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報，2023，40（2）：11-18.

[18]沈榮建，錢彥磊，馬瑞，等.滲透結(jié)晶型防水劑（ZF）的性能及其作用機制[J].安徽建筑大學(xué)學(xué)報，2023，31（3）：71-76.

[19]王磊.滲透結(jié)晶型材料對混凝土抗壓強度影響試驗研究[J].鐵道建筑技術(shù)，2021（8）：51-55.

[20]田穎.建筑工程的納米偏高嶺土對水泥膠砂性能影響的研究[J].粘接，2020，41（3）：123-126.

（責(zé)任編輯：李睿）