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摘要：为解决混凝土建筑材料中高弹性环氧基裂缝修补材料应用的问题，本文基于混凝土等建筑材料裂缝的成因和研究现状，综合分析了几种常用于高弹性环氧基裂缝修补的改性材料，根据其应用要求，介绍了几种材料的结构改性方法，以期为相关人员（或工程）提供参考。
关键词：混凝土；高弹性；环氧基；裂缝修补材料
1.引言
早在一百多年前，混凝土就已经作为一种结构材料用于工程建设，是一种必不可少的建筑材料。随着建筑工程的发展，对混凝土性能的要求越来越高，传统的低强度混凝土已经不能满足需求。近年来，强度更高、性能更好的混凝土得到了广泛应用，随之而来的是混凝土开裂现象也越来越普遍，在实际工程项目中，绝大多数混凝土工程或多或少都会出现大大小小的裂缝。
裂缝形成的原因不同，类型也不同，部分裂缝只形成于表面，工程结构的承载力不受这类裂缝的影响，部分裂缝是贯穿的，这类裂缝不仅会影响工程结构的承载力，还会影响建筑的耐久性能，可能造成工程结构的渗漏，内部钢筋锈蚀，导致整个建筑使用功能受损。近年来，住宅建筑裂缝问题日益突出，影响了工程的正常使用功能，也引起了社会各界对住宅建筑安全性的质疑。因此，如何有效对裂缝进行修补，恢复混凝土结构的正常使用功能至关重要。
修补混凝土裂缝常用的方法有四种：压力灌浆法、充填封孔法、喷射法和表面涂层封孔法。其中压力灌浆是近年来应用最广泛的修复方法，由于水泥的流动性和灌浆能力较差，传统的水泥灌浆方法逐渐被化学灌浆方法所取代，含大量环氧基的高弹性树脂材料具有化学性能稳定、强度高、韧性好、粘结能力强、收缩率小等优点，广泛应用于混凝土裂缝修补的灌浆方法中，这种环氧树脂材料甚至可以根据实际需要用于处理工程建筑中的细微裂缝。但灌浆法也是由于环氧基团多，导致环氧树脂材料固化后交联密度高，应力和抗冲击性差。因此，必须对这种材料进行改进。
2.混凝土建筑材料裂缝的原因及修补方法
2.1裂缝原因分析
混凝土出现宏观裂缝的原因很多。一般是由于混凝土体积变化时自身结构的限制，或者是由于承受荷载时内部拉应力（或拉应变）过大。由于混凝土主要是由水泥浆体包裹粗细骨料形成，所以混凝土各元素物理力学性质的差异，使得水泥浆体硬化过程中的体积收缩更为显著，而在混凝土体积收缩发生的骨料的限制下，这种限制作用主要出现在骨料和水泥浆体的粘结面上。因此，即使没有外部载荷，混凝土在形成的早期就已经存在微裂纹，但在较小的外力或变形范围内，这些裂纹是稳定的，随着外力或变形的增加，骨料与水泥浆界面的微裂缝会进一步发展。如果外力或变形趋势超过一定范围，微裂纹会扩展穿过硬化水泥，形成肉眼可见的宏观裂纹。另外，在实际施工过程中，混凝土内部和外部由于导热系数不同，存在温度梯度差异，从而使裂缝进一步加剧。
2.2混凝土建筑材料裂缝修补的常用方法
裂缝一旦出现，如果不及时有效的控制，就会大大加速水和杂质进入混凝土内部，降低其力学性能，最终导致混凝土内部结构的破坏，直到混凝土完全失去其作为承重使用的功能。特别是一些新的混凝土路面工程，如果施工过程中存在温度应力而当时不进行养护，极易在混凝土表面产生细微的裂缝，如果进行改建，将会造成巨大的资源浪费和巨大的经济损失。
近年来，国内外科学家对混凝土路面裂缝修补材料进行了大量的研究工作，制备了有机聚合物灌浆材料，主要包括环氧树脂材料、聚氨酯体系和丙烯酰胺体系。无机裂缝修补材料，包括超细水泥灌浆修补材料和水泥基修补材料（硅粉、硫铝酸盐超早强水泥、快硬硅酸盐等）；以及聚合物复合裂缝修补材料，如环氧砂浆混凝土和聚醋酸乙烯乳液改性水泥砂浆等。实践证明，这些修补材料对混凝土建筑系统的维护和修补效果显著。
3.高弹性环氧基裂缝修补材料的应用情况
3.1丁腈橡胶改性的应用
改性橡胶能提高环氧树脂的韧性和高弹性，主要归因于橡胶颗粒的拉伸、撕裂和架桥。液体橡胶对环氧树脂的增韧机理使其在环氧固化过程中逐渐析出，并与固化后的环氧树脂形成“岛状结构”。同时，液体橡胶和环氧树脂通过活性基团形成化学键，对环氧树脂起到增韧作用。
液态丁腈橡胶改性环氧树脂最重要的因素是溶解度参数的匹配。这是因为，一方面，丁腈橡胶在不固化时可以与环氧树脂混溶。另一方面，固化后，橡胶颗粒可以沉淀，产生微观相分离，进一步形成“岛状结构”，增强环氧树脂的弹性。如果丁腈橡胶和环氧树脂的溶解度参数相差太大或太小，很难达到良好的增韧效果。
利用丁腈橡胶改性环氧树脂制备了一系列混凝土裂缝修补胶黏剂，通过改变丁腈橡胶的含量可以集成高性能修补材料，使这类裂缝修补材料具有良好的抗拉剪切强度、抗弯强度和断裂伸长率，同时，其与混凝土的附着力极好，修补前后混凝土试块抗压强度损失率小。
3.2丙烯酸橡胶改性的应用
用丙烯酸酯橡胶改性环氧树脂有两种方法。一种是在丙烯酸酯共聚物上引入能与环氧树脂中的环氧基或羟基反应的活性基团。通过接枝共聚物的形成，增加了环氧基体与丙烯酸酯橡胶的相容性。第二种方法是在环氧基体中加入核壳型聚丙烯酸酯弹性粒子进行增韧，降低基体内应力，达到提高弹性的效果。在聚丙烯酸酯弹性粒子核壳结构增韧环氧树脂体系中，单体的结构组成对最终改性体系的结构和性能有很大影响。对PBA/P（MMA-DVB）、PBA/P（MMAN）和PBA/PMMA不同结构环氧树脂的改性表明，影响粒子与环氧基体界面的两个主要因素是物理作用和化学键合状态。由于聚甲基丙烯酸甲酯壳层中共聚单体的结构不同，弹性粒子与环氧树脂微界面的结合力不同，影响弹性粒子在基体中的分散，最终导致核壳结构橡胶粒子的改性效果不同。
3.3热塑性聚氨酯弹性体橡胶改性的应用
热塑性聚氨酯弹性体橡胶（TPU）具有良好的耐磨性、低温性能和高弹性。同时，TPU与环氧树脂具有良好的相容性，也可用于增韧环氧树脂。聚碳酸酯热塑性聚氨酯弹性体橡胶由于其较大的链极性和高度结构化的六亚甲基，大大提高了其与环氧树脂的相容性。同时，改性体系的拉伸强度和结合强度都有了很大的提高，但唯一的弱点是体系的抗冲击性没有得到很大的提高。相比之下，聚醚链段能使TPU大分子链更加柔顺，并能在环氧树脂中形成橡胶分散相，因此整体冲击强度大大提高。TPU不同端基对环氧树脂的增韧改性也有一定的影响。酚醛端羟基TPU和芳香胺端羟基TPU增韧环氧树脂时，体系中端羟基TPU分散相的粒径分布相对较窄，增韧改性效果更显著
4.结束语
综上所述，在传统环氧树脂粘结强度高、介电性能优异、固化体系变形收缩小等优点的基础上，高弹性环氧树脂的出现改善了环氧树脂的脆性，从而大大提高了环氧树脂的使用量。随着我国高速公路、隧道和桥梁的快速发展，结合国家“一带一路”的重大政策导向，环氧树脂基高弹性建筑修补材料的发展将具有广阔的应用前景。
在新型高弹性环氧基裂缝修补材料的制备过程中，通过控制改性体系在环氧基体中的微观相分布，不断研究更有效的增韧机理，探索新的增韧改性方法，将继续成为未来混凝土裂缝修补材料领域的研究热点。新型环氧基修补材料具有高弹性、耐老化、防潮、耐热等性能，将在未来建筑材料中得到应用。
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作者简介：奚新新（1984-），男，壮族，广西邕宁人，本科，工程师，主要从事混凝土技术研发和质量管理工作。