喷射聚合物砂浆在混凝土构件修补中的应用研究

　　当前，修补老化混凝土建筑物的工作，成为工程界比较热门的研究课题。在现存的旧建筑物中，有相当数量的建筑物是不需要进行结构加固和补强的，需要解决的实际问题是如何延长结构和构件的使用寿命，对采取了加固和补强措施的结构和构件也存在着如何延长其使用寿命的问题，其方法一是改善结构和构件的使用环境，二是适当加防护措施。在没有特殊腐蚀性物质侵蚀的环境中，混凝土结构的耐久性主要取决于混凝土碳化深度和钢筋锈蚀情况，因此提高结构构件的耐久性，主要措施是延缓混凝土碳化速度和延缓钢筋锈蚀速度，采用喷射聚合物砂浆技术可以达到以上目的。本文就该项技术的应用特点，原材料的力学性能，以及防碳化的机理进行了深入地分析研究。

　　1原材料的力学性能11原材料及其配合比作者：刘卫东男1961年11月出生硕士高工喷射聚合物砂if在混凝土构件￡修补补中的应用flfcld刘卫lShhgHouse.Allrightsreserved.采用525号普通硅酸盐水泥，聚合物为丙烯酸酯共聚乳液。灰聚比为1：。3，灰砂比为1：1，水适量。

　　12力学性能试验本试验按照建筑砂浆基本性能试验方―90）执行，采用材料力学方法进行粘结力、弹性模量和强度试验，计算结果见表1.表1丙乳砂浆的力学性能分项抗压强度/抗拉强度/粘结力/弹性模量/试件尺寸/注：试件均为7d湿养护，21d干养护。

　　2防碳化机理分析在混凝土构件表面喷射一层聚合物砂浆可以使老混凝土的碳化基本上停止，这是因为聚合物掺入砂浆后，不仅显著地减少了用水量，而且由于聚合物乳液在水泥水化时失水形成聚合物膜，改善了硬化水泥砂浆的物理组织结构及其结构的内应力，同时聚合物纤维越过微裂缝，起到了桥架和填充作用，提高了水化物与骨料之间的粘结力和砂浆的密实度，限制了砂浆裂缝的扩展和产生，裂缝常在聚合物膜较多处消失，聚合物膜与水泥浆体互为连续相，阻断了与外界空气的通道，大大地减少了气体或液体的渗透，所以聚合物砂浆的粘结强度、抗裂性、抗渗性、抗氯离子渗透能力均得到极大改善与提高。这样，聚合物砂浆有效地防止了二氧化碳使老混凝土构件进一步碳化。

　　从表1中可以看出，丙乳砂浆与老混凝土的粘结强度很高，这就保证了新加的砂浆保护层能与原混凝土构件共同承担荷载，能地与老混凝土构件紧密地结合在一起。聚合物砂浆中形成的聚合物膜是具有弹性的材料，通常会使砂浆的刚性降低，应力一应变曲线变缓，斜率减小，破坏应变即极限引伸率大，因而使砂浆的变形能力得到提高，表1中丙乳砂浆弹性模量的数值较小，说明该材料能够适应混凝土构件的变形，宜于作为混凝土构件的修补材料。另外据有关研究报道，丙乳砂浆的氯离子渗透深度仅为225mm，而且主要集中在1mm的表层处，值得一提的是丙乳砂浆还具有一定的耐腐蚀性，这对于在弱盐、弱碱、弱酸及氯离子渗透等侵蚀环境下老混凝土构件的防护极为有利。总之，采用聚合物砂浆作为老混凝土构件防碳化层是非常有效的措施，而且它对于特殊腐蚀物质侵蚀环境下的混凝土构件也具有较高的化学耐久性。

　　3喷射丙乳砂浆修补技术由于砂浆中掺入丙乳，使砂浆的和易性和流动性大大提高，这给采用喷射工艺施工带来极大方便，特别是用小机具在混凝土构件上喷射一层丙乳砂浆，它一方面对混凝土构件的补强加固起到保护作用，另一方面可以减轻补强结构构件的自重，收到保证结构安全使用的效果。小机具喷射工艺，能够使丙乳砂浆喷射到构件中裸露钢筋的内侧，使丙乳砂浆很好地包裹粘结钢筋及原混凝土（据有关研究报道：丙乳砂浆与钢材的粘结强度可达9MPa）这样丙乳砂浆对钢筋和老混凝土同时起到粘结作用，有利于混凝土构件承受荷载的作用。尤其是对于采用焊接补筋加固法加固的混凝土构件，在后补筋焊好后，再喷射一层丙乳砂浆保护层，使丙乳砂浆充分地包围粘结钢筋和原混凝土，这样，丙乳砂浆处处将后补筋粘结在原混凝土构件上，后补筋既受焊点锚固，又受丙乳砂浆粘结力的锚固，其受力特征与原筋接近，受力状态更加稳定可靠。此方法对于混凝土梁的补强加固，特别是梁底的修补，其优越性更为突出。

　　总之，采用小机具喷射丙乳砂浆修补技术具有以下显著特点：在施工空间小、难度大、不妨碍车间继续生产的情况下，能够进行施工，而且工期短，施工方便。

　　特别适应于作为焊接补筋加固混凝土构件的保护层。

　　保持原有结构尺寸不变，不影响原建筑物的使用功能，尽可能地减小附加的荷载。

　　不损伤原构件并发挥原有构件的承载能力，且使原构件与新加部分协同工作，共同承担荷载，同时达到承载的极限状态。

　　4工程应用济南二机床集团有限公司部分车间的厂房，经过科研部门的检测，其梁、柱、桁架等构件老化状况严重，混凝土碳化深度在5 25mm之间，大深度达35mm，出现钢筋锈胀现象，急需进行加固处理，在要求不停产、工期短、大型施工设备无法进场的情况下，采用焊接补筋加固与老混凝土构件表面防碳化相结合的方法，对部分老化程度较严重的梁、柱、桁架构件进行了修补处理，修补面积约为3000m2.目前，部分车间的混凝土结构构件已工作5年，经检查效果良好，未发现老混凝土构件进一步碳化，达到了修补加固的预期效果。

　　5结束语喷射聚合物砂浆技术在老化混凝土构件修补中的应用，为今后混凝土建筑物的补强加固提供了一种行之有效且具有显著特点的新方法，它为新老混凝土结构的修补和防护工程开辟了一条新途径，今后必将会产生显著的经济效益。喷射聚合物砂浆不仅在试验室内表现出良好的性能，而且在实际工程中经得住了施工和使用的考验。