混凝土裂缝自愈合性能的研究及进展毕业论文设计（范文）.doc

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1、 混凝土裂缝自愈合性能的研究及进展摘要: 混凝土结构因为开裂而失效的事故展展发生, 这不仅给国家、人民带来了巨大的经济损失, 而且还严重威胁着人们的人身安全. 所谓自愈合是指当混凝土结构开裂其本身会自动修复裂缝。本文阐述了自修复机理及其混凝土裂缝自愈合技术路线，包括对混凝土天然愈合能力的研究，仿生自愈合的研究及在水泥基中掺入特殊材料实现自愈合的研究，分析讨论了此领域尚存在的问题及今后的研究方向。关键词：混凝土；裂缝；自修复；自愈合； Study and progress of crack self-healing of concretAbstract: Cracks in concert ar

2、e inevitable and are one of the inherent weaknesses of concert ,which bring huge economic losses to the country people and threats to personal safety seriously .Self-healing of concrete means concrete will repair itself once the concrete structure cracking.The technology and mechanism of self- repai

3、ring for concrete are discussed in this paper，including studies of concretes natural repairing ability,studies of bionic self-healing concrete and studies of self-healing by add special material into cement. And the existing problems and future research directions in the field are pointed out. Key w

4、ords： concert； crack;self- repairing;self-healing；1、 引 言混凝土作为目前用量最大的一种建筑材料, 其最大的缺点就是在材料制备过程以及服役期间，在周围环境的影响下极易在材料内部产生微裂纹而出现局部损伤。混凝土的裂缝是不可避免的，其微观裂缝是本身物理力学性质决定的。但是，若不能及时修复，不仅会影响材料的正常使用，而且可能由此诱发宏观裂缝并出现脆性断裂。形成混凝土裂缝的原因很多，大量调查研究表明，混凝土中裂缝的产生主要是由变形(包括结构因温度和湿度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因)及外荷载(动、静荷载)所产生的应力引起的。长期以来，混凝土的裂缝

5、一直是国内外学术界和工程界所研究的一个重要课题，发表了大量的有关混凝土裂缝成因、评估与修补的文章，并取得了许多有价值的成果1，2。混凝土裂缝自修复是指混凝土在外部或内部条件的作用下，释放或生成新的物质自行封闭、愈合其裂缝。混凝土的自愈合性能可以在不影响混凝土结构尺寸和美观的条件下使混凝土的裂缝产生愈合, 从而恢复和提高混凝土的性能。2、 混凝土的自然愈合特性 实践经验表明, 混凝土自身有对损伤自然愈合的特性, 即开裂后的混凝土在潮湿条件下或在水中养护, 裂缝能达到一定程度的愈合。Abrams( 1925年) 是第一个发现混凝土具有自愈合现象的学者, 他注意到经混凝土抗压强度测定后的开裂试件在户

6、外放置8 年后居然愈合了, 且其抗压强度为28 天强度的两倍多 3 。后来国外也有资料记载龄期为三年的混凝土开裂愈合后, 强度百分之百恢复 4 。国内也有类似研究成果, 李建林、朱子龙在混凝土缝愈合作用的试验研究中发现, 普通混凝土产生温度裂缝初期, 在一定的养护条件下能够自身愈合 5 。混凝土自愈合特性以裂缝处有白色碳酸钙结晶为特征( 见图1 6 ) , 其包含复杂的物理及化学过程, 主要机理包括 6 : ( 1) 混凝土中未水化的水泥颗粒( 如C3S、C3A 等) 与渗透水作用并在裂缝处生成水泥水化产物; ( 2) 混凝土硬化体中微溶于水的水化产物Ca( OH) 2 与渗透水及空气中的CO

7、2 反应生成的碳酸钙在裂缝周围结晶; ( 3) 水渗透导致混凝土内部Ca( OH) 2 浓度 图1 混凝土裂缝愈合处碳酸钙的结晶特征 4降低, 致使与Ca( OH) 2 相平衡的水泥水化产物分解, 集附在裂缝周围; ( 4) 空气中的污染物如灰尘等沉落到渗透水中产生的裂缝愈合。可见, 混凝土裂缝的愈合无论经历哪种方式都必须以足够水分的存在为前提, 因此潮湿条件或在水中养护是混凝土裂缝自愈合的先决条件。 3、 混凝土裂缝的自修复机理及其影响因素 3.1 结晶沉淀自修复大量的混凝土试验研究及工程实践均显示，某些暴露于水环境中的混凝土裂缝能自愈合。水通过裂缝渗透的现象会随构筑物使用时间的增加而逐渐减

8、弱甚至消失7。这种现象在混凝土结构中是普遍存在的。混凝土裂缝的自愈合以裂缝处有白色的CaCO3 结晶为特征。除了裂缝处CaCO3 晶体的生成及长大外，混凝土内部组分的分解也是混凝土裂缝的自愈合特征之一。混凝土结构在形成及使用过程中，在裂缝处产生了一系列的物理、化学反应，它包括：（1） 水泥浆体的水化。混凝土中未水化的水泥颗粒(如C3S、C3A 等)随渗透水一起流出来并生成水泥水化产物，从而对裂缝自愈合做出贡献。此时，在对裂缝周围的产物进行分析时可发现有水化硫铝酸钙和水化氯酸钙生成，这可能是水化产物被氯化物和硫酸盐污染所致。（2） CaCO3 晶体的形成。首先，混凝土硬化体中的微溶于水的水化产物

9、Ca(OH)2，随渗透水一起流出来；其次Ca(OH)2 在有水存在的条件下与空气中的CO2 产生反应生成CaCO3，CaCO3在裂缝周围的结晶使裂缝愈合。（3） 渗透水中的沉积物导致的裂缝愈合。由于水在裂缝周围的滞留，空气中的污染物如灰尘等沉落到渗透水中从而产生裂缝愈合。 （4）混凝土内部粒子分解导致的裂缝愈合。由于水的渗透导致混凝土内部Ca(OH)2 浓度的降低，从而使与Ca(OH) 2 相平衡的水泥水化产物分解，并随渗透水一起流出来，附着在裂缝周围，从而导致裂缝愈合。其中，Ca-CO3 晶体化学结晶沉淀是其主要因素。在裂缝区形成中的CaCO3- CO2- H2O 物质体系与水泥浆体中的Ca

10、(OH)2 发生反应生成不溶于水的CaCO3。CaCO3 与Ca(OH)2 结晶沉淀，在裂缝中聚集、生长。它由相邻的结晶之间的键合及结晶与水泥浆体和骨料表面的化学粘结组成，裂缝逐渐密封、愈合。结晶沉淀修复过程是一个自然过程，根据修复机理，可以加速自修复过程。结晶沉淀技术进行裂缝自修复的必要条件是混凝土中必须有潮气或水、但应没有拉应力的存在。CaCO3 的形成依赖于混凝土中的Ca2+和水中的HCO3-或CO32-。混凝土中是否形成CaCO3 以及如何促成晶体生长, 很大程度上取决于除温度、pH值、CO2 气压以外的CaCO3 的湿度指数、溶液中离子集中程度和CaCO3 的溶解产物。从热力学角度考

11、虑，提高水温，提高水的pH 值，降低水中CO2 压力等途径，有利于裂缝中CaCO3 的形成和裂缝的修复。化学结晶沉淀引起的裂缝自修复进程在很大程度上受裂缝宽度和水的压力所影响。CaCO3 晶体的生长速度取决于裂缝宽度、水压力和混凝土组成(水泥和骨料的种类)。附加的表面增强(压力)对促进自修复过程具有很大影响。修复不会发生在活动的缝上或在修复时有变位发生的部位，也不可能在有水流不断通过裂缝的部位（除非水流很慢），否则CaCO3 沉淀会被溶解和冲刷流失。利用结晶沉淀技术进行裂缝修复的混凝土的回复强度较弱。 3.2 渗透结晶自修复 渗透结晶自修复是利用在混凝土中掺入活性外加剂或在外部涂敷一层含有活性

12、外加剂涂层，在一定的养护条件下，以水为载体，通过渗透作用，使其特殊的活性化学物质在混凝土的微孔及毛细孔中传输，填充微孔及裂缝并促进混凝土中未完全水化的水泥颗粒继续发生水化作用，形成不溶性的晶体。混凝土干燥时，该活性化学物质处于休眠状态;当混凝土开裂，有水渗入时，该物质则持续水化生成新的结晶，对裂缝进行自动填充，实现自修复。1942 年德国化学家劳伦兹杰逊(Lauritz Jensen)发明了水泥基渗透结晶型防水涂层材料。60 年代在欧洲、北美、日本得到了进一步的发展。由于其抗渗性能与自愈性能好、粘结力强、防止钢筋锈蚀，以及对人体无害、易于施工等特点，被广泛应用于地下工程、水利工程、蓄水池、污水

13、处理等结构防水中，获得了良好的防水效果。我国于上世纪80 年代起引进水泥基渗透结晶型防水材料，开始应用于上海地铁工程。90 年代中期开始国内生产，但关键的活性化学物质仍需进口。并有一部分代理商经销国外产品。主要有加拿大的XYPEX(赛帕斯)、KRYSTOL、PERMAQUIK, 德国的FORMDEX(防挡水系列)、KOESTER，瑞士的VANDEX(稳挡水系列)，法国的DIPSEC，美国的PENETRON(膨内传)，澳大利亚的dribond，日本的PANDEX 等。鉴于此类材料的优异的防水性能，特别是具有举世公认的可以用于饮水工程的优点，而国内企业标准中的技术指标又较少，且试验方法不一致，地域

14、性局限大，极大地影响了这种新型防水材料在全国范围内的推广使用。因此，经国家质量检验检疫总局批准，颁布了水泥基渗透结晶型防水材料国家标准（GB18445- 2001）,并于2002 年3 月1 日起正式实施。据文献报道8，德国有此类产品的国家标准，美国还没有制定相应的标准。国际上，通常采用德国的检验标准，或者按“国际修补协会”推荐的修补材料的技术要求指导实施。日本建筑学会制定了日本JASS8T- 301硅酸质系涂布防水材料的品质及实验方法。水泥基渗透结晶型防水材料的独特性是其渗透功能，即高盐分的溶液，通过混凝土的毛细管，向低盐分的溶液渗流。这一特性使其成为混凝土结构背水面防水处理的理想材料。游离

15、CaO 和湿气的存在是水泥基渗透结晶型防水材料的二个重要工作要素。鉴于游离CaO遍布在混凝土中，而任何混凝土结构只要渗漏水，就有湿气。可见这两个条件容易具备。此外，使干燥混凝土表面的毛细管路畅通，亦系启动渗透结晶化学反应的必须条件。湿气和游离CaO 这两个要素，如在混凝土的毛细管中始终存在，则防水材料的结晶形成会不间断地进行。若二者缺一，则化学反应中止，而活化了的结晶体则潜伏在混凝土的毛细管中。一旦渗漏水再次侵入混凝土，则活化了的结晶体会恢复结晶体增长的化学反应过程，不断充填混凝土中的毛细通路，从而使混凝土致密，并增强其抵抗渗水能力。渗透结晶修复技术是一种主动激发、自修复的过程，其必要条件是必

16、须有足够的水或湿度。裂缝自修复的效果主要受裂缝的大小、涂层中活性成分的性质以及混凝土的孔隙率及孔结构等影响。这类修复技术可以显著提高混凝土结构的水密性。但这一类材料对宽度大于0.4mm的裂缝自修复效果不佳。这主要表现在强度的回复率和混凝土抗渗试验中的第二次抗渗压力两方面。 3.3 聚合物固化仿生自修复用聚合物固化技术来自动修复混凝土裂缝是建立在充分模仿生物组织对受创伤部位自动分泌某种物质，而使创伤部位得到修复的原理上的。自修复是生物的重要特征之一9，其核心是能量补给和物质补给。具有机敏性及自愈合能力的聚合物混凝土主要由以下几部分组成:（1） 一种内部损坏的因素,诸如一个导致开裂的动力荷载;（2

17、） 一种释放修复化学制品的刺激物;（3）一种用于修复的纤维;（4）一种修复用的化学制品,它能对刺激物产生反应,发生位移或是变化; （5）在纤维内部的推动化学制品的因素;（6）在交叉连接聚合体的情况下, 使基体中的化学制品固化的一种方法或在单体的情况下干燥基体的一种方法。 根据所采用的聚合物不同，裂缝自修复原理主要包括空气固化和单体热聚合。聚合物空气固化自修复原理主要在于，当基体产生微裂缝时释放出修补裂缝的化学物质，然后该化学物质在裂缝空气中硬化，从而填充及修复裂缝，并恢复到未开裂时的力学性能。当脆性的混凝土过载时，产生基体的初始张拉裂缝，同时基体中空心纤维或空心胶囊断裂成为被动智能材料体系的激

18、励机制。一旦中空纤维断裂，释放出的化学物质将进入混凝土基体的裂缝中，修复混凝土。因此，水泥基体作为普遍存在的传感器，而中空纤维作为普遍存在的激励器。热聚合修复主要利用含有热固性聚合物的微胶囊在基体开裂时产生破裂，释放出聚合物，在基体中催化剂的作用下，在裂缝中发生开环置换聚合反应，经固化而修复混凝土。热聚合修复的最大优点是不需要热能、溶剂等。聚合物裂缝固化技术的研究课题主要集中在空心纤维如何在基体中分布和随后的化学修复剂的释放。Dry10，Victor11等用纤维洞穴存储粘接剂并将其埋植在混凝土中,当建筑物受到外界突发力(如地震)影响时，材料会因内部应力改变而产生裂纹，粘接剂从纤维洞穴流向基质而

19、固化，从而修补瞬间产生的裂纹。这一技术被广泛地应用于公路、地基、桥墩12。在此基础上,Dry还根据动物骨骼的结构和形成机理, 尝试制备仿生混凝土材料13。其基本原理是采用磷酸钙水泥(含有单聚物)为基体材料，加入多孔的编织纤维网,在水泥水化和硬化过程中,多孔纤维释放出聚合反应引发剂,与单聚物聚合成高聚物,聚合反应留下的水分参与水泥水化。因此,在纤维网的表面形成大量有机及无机物质,它们互相穿插粘结, 最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机有机相结合的复合材料, 具有优异的强度及延性等性能。而且,在材料使用过程中,如果发生损伤,多孔有机纤维会释放高聚物,愈合损伤。日本东北大学的三桥博三等14用

20、水玻璃和环氧树脂等材料作为修复剂，将其注入空心玻璃纤维或空心胶囊，然后掺入混凝土材料中，一旦混凝土在外力作用下发生开裂，部分胶囊或空心纤维破裂，粘接液流出并深入裂纹，便可使混凝土裂纹重新愈合。国内也有这方面的报道，赵晓鹏等15以水泥为基体，加钢丝短纤维组成复合材料，同时嵌入玻璃空心纤维，其内注入缩醛高分子溶液，分层浇注，固化后浇水养护4d。在材料试验机上进行三点弯曲试验，当基体出现裂纹后即停止加荷，发现有部分纤维管破裂，修复剂流出，经一段时间后，裂口处可重新粘合。同济大学在研制自修复智能混凝土方面的思路是同时综合了自然愈合、基体增强和有机物释放等机制。在混凝土材料组分中复合了活性无机掺合料、微

21、细低弹模纤维和有机化合物，从而在混凝土内部形成自增强、自愈合网络，使混凝土裂缝可以重新愈合，从而可以恢复甚至提高混凝土材料的性能；调整有机物的含量，可实现对混凝土材料微裂缝的自行多次愈合。此法影响修复过程及修复效果的主要因素有:（1） 纤维管与基体材料性能的匹配。要求在基体材料出现裂纹时纤维管也要适时破裂，如采用塑料纤维管装入修复剂嵌入，可能会发现基体完全开裂而纤维管并未破损的现象，无法实现自修复;（2）纤维管的数量。太少不能形成完全修复，太多则可能对材料本身的宏观性能带来不良影响;（3）修复剂的粘结强度，这与修复后的强度与原始强度的比值有很大关系。 此外，粘结质量、粘结剂的渗透效果、管内压力

22、也会对自修复作用产生很大影响。聚合物固化自修复的修复效果主要以强度回复率、应力- 应变曲线以及断裂能等几个方面来评价。一般经聚合物固化进行裂缝修复的混凝土的回复强度较高。 3.4 电解沉积自修复电解沉积自修复法就是利用电解作用在混凝土表面镀上一层化合物，如CaCO3 或Mg(OH)2、ZnO 等来填充混凝土的裂缝，以降低混凝土的渗透性。这些无机化合物的镀层提供了一种物理上的保护层，减少了混凝土内部的气体和液体的流动。在混凝土结构中的钢筋(阴极)和位于水下的电极(阳极)之间，施加一弱的直流电，可以使浸泡在水下的混凝土裂缝或表面生成一层坚硬电解沉积层。电解沉积法裂缝修复技术十分有利于对海工、水工混

23、凝土裂缝的修复。经过电解沉积法处理后的混凝土抗Cl-侵蚀或抗碳化等性能明显提高。因为施加的直流电的电流密度很小，所以不会析出氢氧离子和产生碱- 骨料反应。沉积作用主要受溶液中所含的电解质种类及其特性、电流密度、混凝土电阻率及其微观结构等因素影响。混凝土裂缝的修复效果主要从裂缝的封闭率和表面涂覆率等方面来评价。4、 混凝土裂缝自愈合技术路线 目前, 实现裂缝自愈合的技术路线有三种。 4.1 内置液芯胶囊法美国伊利诺伊斯大学的Carolyn Dry 和日本东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的空心胶囊或玻璃纤维掺入混凝土材料中, 一旦混凝土在外力作用下发生开裂, 部分胶囊或空心纤维破裂,

24、 粘结液流出深入裂缝, 粘结液可使混凝土裂缝重新愈合 16 。22 如图1 所示, a: 内含修补剂的胶囊被事先埋藏于混凝土内; b: 裂缝的发生使囊破裂,修补剂流出;c: 流出的修补剂修复了裂缝。研究集中在空心修复纤维如何在基体中的分布和随后的化学制品的释放, 通过这些化学制品密封基体的微裂缝以及使损伤界面重新愈合, 通过这些达到控制开裂的目的。具有的机敏性自愈合能力的材料有以下几部分组成:（1） 一种内部损坏的因素, 诸如一个导致开裂的动力荷载; （2） 一种释放修复化学制品的刺激物; （3） 一种用于修复的纤维; （4）一种修复用化学制品, 它能对刺激物产生反应, 发生移动或是变化; （

25、5）在纤维内部的推动化学制品的因素; （6）在交叉连接聚合体的情况下, 使基体中的化学制品固化的一种方法或在单体的情况下干燥基体的一种方法。 4. 2 多孔纤维网修复法在含有单聚物的磷酸钙水泥基材中加入多孔的编制纤维网。一旦混凝土在外力作用下发生开裂, 部分纤维网破裂, 粘结液流出深入裂缝, 粘结液可使混凝土裂缝重新愈合 17 。 其作用机理如图3 所示, （a）聚合反应引发剂释放, 与基体中的单聚物反应; （b）形成高聚物并释放出水分; （c） 聚合反应释放出水分与水泥反应; （d）修补液从纤维中流出可以修补材料内部的微裂缝。33 4. 3 内掺有机化合物法 在硅酸盐水泥中掺入特殊有机化合物

26、, 并搅拌均匀, 生成所谓“生物水泥”。其中一种有机化合物按要求使用时会形成一种含盐度比普通地下水大得多的溶液, 该液体携带化合物深入到水泥基材料中,即开始了渗透过程, 这种过程可以顺水压也可逆水压发生。另一种常用的有机化合物是不含固化剂的环氧树脂, 在碱性和含OH- 的环境下, 环氧树脂具有缓慢硬化的特征, 未硬化的环氧树脂被已硬化的包住, 而形成自封的微胶囊, 一旦有裂纹, 微胶囊易破裂, 流出, 从而将开裂的混凝土粘结在一起 18 。 其机理如图444 5、 仿生自愈合的研究 5.1仿生自愈合混凝土仿生 仿生复裂缝仿生自修复技术人们仿生自愈合混凝土是采用在混凝土传统组分中复合特殊组分的技

27、术, 在混凝土中掺入液芯纤维和微胶囊( 19,20 ) , 在混凝土内部形成智能型自愈合神经网络系统, 当混凝土受到损伤开裂后, 部分液芯纤维或胶囊破裂, 对损伤部位进行修补愈合, 恢复甚至提高材料性能。掺入混凝土中的修复剂大致分为两类: 一类是修复剂本身具有粘结基材的功能,胶粘剂可使混凝土裂缝重新愈合; 另一类修复剂作为激发剂, 与混凝土中的生长活性因子作用反应生成具有粘接功能的物质, 实现损伤部位的自愈合统目前, 对仿生自愈合混凝土的研究机理都基于混凝土自身对破坏因素的感知导致基体中分布的纤维或胶囊等释放修复剂, 通过这些修复剂使裂缝或损伤界面重新愈合。具有机敏性自愈合能力的材料主要由以下

28、几部分因素组成 21: ( 1) 一种内部损坏的因素, 诸如一个导致开裂的动力荷载; ( 2) 一种修复用化学制品, 它能在损伤出现时产生反应或发生变化; ( 3) 一种用于修复的纤维; ( 4) 在纤维内部的推动化学制品的因素; ( 5) 在交叉连接聚合体的情况下,使基体中的化学制品固化的一种方法或在单体的情况下干燥基体的一种方法。 国外对功能型仿生自愈合混凝土进行了大量的研究: 20 世纪90 年代初期, 日本东北大学学者三桥博三教授分别用水玻璃、稀释水玻璃和环氧树脂作为修复剂, 将其注入空心胶囊或空心玻璃纤维里, 掺入混凝土材料中, 一旦混凝土在外力作用下发生开裂, 部分胶囊或空心纤维破

29、裂, 胶粘剂流出深入裂缝, 使混凝土裂缝重新愈合 22 ; 1994 年, 美国伊利诺伊斯大学的Carclyn Dry 23 将内注有缩醛高分子溶液作为粘结剂的空心玻璃纤维埋入混凝土中, 使混中凝土产生了自愈合效果; Carclyn Dry 尝试了采用含有单聚物的磷酸钙水泥为基体材料, 掺入含激发剂的多孔纤维, 激发剂与单聚物发生聚合反应生成高聚物, 在多孔纤维网的表面形成了大量有机及无机物质, 它们互相穿插粘结, 当混凝土发生损伤, 多孔纤维就会释放高聚物, 实现混凝土的自愈合功能 24 。以上三种研究中的前两者属于修复剂本身具有粘结基材的功能, 后者属于激发剂与活性因子作用生成具有粘接功能

30、的物质, 相比而言, 后者进一步实现了智能化自愈合功能。目前国内对功能型仿生自愈合混凝土的研究尚处于起步阶段, 南京航空航天大学、同济大学、河海大学等单位进行过类似的研究。得 5中得到与生物体中相类似的修复系统, 当混凝土中出现裂缝或损伤时, 能够触发一种自动的从生凝土裂缝仿生自修复技术混凝土45.2 裂缝仿生混凝土 到人们从生物体 系统 中得到启示,希望在 混凝土结构中得到与生物体 中相类似的修复系统,当混凝土 中出现裂缝或损伤时,能够触发一种 自动的修复反应,自动愈合 现 已经发展好几种裂缝仿生 自修复技术25,图5 为混凝土 自修复技术流程图及相关的问题,其一为封闭裂缝 自修复,其二为填

31、充裂缝 自修复修复裂 5.3 仿生自愈合混凝土的自修复效果 自修复混凝土是模仿动物的骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理, 采用粘结材料和基材相复合的方法, 对材料损伤破坏具有自行愈合和再生功能,恢复甚至提高材料性能的新型复合材料。但在修复过程中, 一些因素对混凝土材料的修复过程及效果非常重要, 影响自修复的主要因素有: （1） 纤维管与基体材料的性能匹配是很重要的, 如采用塑料纤维管装入修复剂嵌入, 可发现基体完全裂开而纤维管并未破损的现象, 无法实现自修复功能; （2） 纤维管的数量也影响材料的修复, 太少不能形成完全修复,多了又可能对材料的宏观性能有影响;（3）修复后的强度与原始强度的比

32、值是评价修复的重要依据, 它特别与修复剂的粘结强度有很大关系; （4）此外粘结质量、粘结剂的渗透效果、管内压力也对自修复作用产生很大的影响。以下分别对国外学者在这几方面所做的研究作一简单介绍。日本三桥博三教授, 用水玻璃和环氧树脂等材料作为修复剂, 将其注入空心玻璃纤维中并掺入混凝土材料中, 测试不同龄期下, 经不同修复剂在开裂修复后, 混凝土材料的强度回复率 26 。 美国伊利诺伊斯大学的Carolyn Dry 在1994 年采用类似的方法, 将空心玻璃纤维中注入高分子溶液作为粘结剂, 埋入混凝土中 27 。实验试件采用三点弯曲法, 荷载导致修复纤维开裂并且释放粘结剂进入混凝土基体。从听觉上

33、亦可判断玻璃纤维发生破裂。从试件的表面可看出粘结剂已经渗透出表面。当修复粘结剂固化后再进行三点弯曲试验, 测试了试件修复前后的承载力状况及修复后材料的柔韧性状况。将第一次测试( 化学粘结剂释放之前) 与第二次测试( 粘结剂释放进基体之后) 相比较见表1、表2 所示。混凝土裂缝混凝土裂缝仿生自修复技术仿生自修复技术 混凝土裂缝仿生自修复技术6、 混凝土自修复领域研究方向存在的问题及发展趋势 虽然国内外对混凝土裂缝自修复的理论研究和工程实践已经取得了一定的进展，但面对混凝土结构工程的重要性和使用的广泛性，以及混凝土材料的复杂性和由传统混凝土材料向智能混凝土材料发展的需求，混凝土裂缝自修复领域还存在

34、许多问题，尚需做大量的工作。具体体现在如下几方面： （1）混凝土的裂缝自修复原理尚未完全得到确认。虽然有些结构设计中考虑了混凝土裂缝的自愈合特性，但是，对裂缝自愈合的机理及其影响因素还未能深入掌握。对已经开发出的自愈合材料，还需进一步研究水介质作用下裂缝自愈合的形成条件、物理化学动因以及激发愈合的动力学。 （2）许多混凝土的裂缝自修复技术还很不成熟。尽管渗透结晶自修复技术已经应用于包括大坝工程在内的许多混凝土工程中28，但是，聚合物固化仿生自修复和电解沉积自修复等混凝土的裂缝自修复技术则基本上还处于试验探索阶段，尚未取得实质进展。目前,仿生自愈合法也还存在许多问题需要解决。例如,有关修复粘结剂

35、的选择、封入的方法、流出量的调整、释放机理的研究、纤维或胶囊的选择、分布特性、其与混凝土断裂的匹配及相容性、愈合后混凝土耐久性能的改善等问题。因此，在加强混凝土裂缝自愈合机理研究的同时，还必须加强工艺技术的研究。 （3）加强核心关键技术的开发研究。水泥基渗透结晶型防水材料以其优异的性能受到了国内外用户的青睐。为推广这种新型防水材料，北京城荣防水材料有限公司、上海基成达申防水材料有限公司、昆山凯顿百森高效防水材料有限公司、乌鲁木齐固斯特防水材料有限公司、上海汇奇实业发展有限公司等先后制定了本公司的企业标准，对生产组织、产品质量，以及产品的推广使用发挥了积极作用。但其产品中所含的活性化学物质依靠进

36、口或不具有核心专利技术，导致这些产品价格较高，严重制约了这一高新技术成果在我国的推广应用。因此，研发具有自主知识产权的核心关键技术十分必要。 （4）研究混凝土裂缝自修复的评价和检测手段。正确评估和检测混凝土裂缝自修复的效果，将对自修复技术的推广应用具有重大意义。水泥基渗透结晶型防水材料的国内外用户普遍认为，若能对“渗透结晶”性能拿出令人信服的检测手段，将会极大的促进这类材料的推广应用，目前工程界十分关注这一问题。虽然混凝土自修复技术尚有许多关键技术性问题亟待解决，但是，包括自愈合、自修复功能在内的水泥基材料的智能化已成为现代建筑材料的发展趋势。而自修复特性则是智能混凝土不可或缺的主要性能之一2

37、9 。因此，混凝土裂缝自修复的理论和技术的研究将是多功能智能混凝土研究的主要内容之一。 仿生自愈合混凝土的发展,无论从理论上还是实际应用上都还需进一步的完善。技术上应当探寻使用不同的方法。如在实际应用中可对混凝土局部易开裂处采用自愈合处理,而无须整体实施自愈合方案,在理论上也可以考虑研究梯度型的自愈合混凝土。此外,自愈合混凝土作为一种智能混凝土材料,其未来发展应既是高性能的建筑结构材料,同时又具有优异的智 能性能,真正达到混凝土材料结构- 智能一体化的境界。这就需要在自愈合混凝土的基础上,进一步融入信息科学的内容,如感知、识别、和控制驱动等。从而达到适应环境、调节环境、材料和结构健康状况的自诊

38、断和自修复等目的。使其具有多种完善的仿生功能,包括骨骼系统(基材) 提供的承载能力、神经系统(传感网络) 提供的监测和感知能力、肌肉系统(驱动元件) 提供的调整响应能力和免疫系统(修复元件) 提供的康复能力。发展智能混凝土是智能化时代的产物,智能混凝土材料作为建筑材料领域的高新技术,为传统建材的未来发展注入了新的内容和活力,也提供了全新的机遇。通过对其基础理论及其应用技术深入研究将使传统的混凝土材料发展步入科技创新轨道,使传统混凝土工业获得新的、突破性的飞跃。参考文献：1 习志臻、张雄 仿生自愈合水泥砂浆的研究建筑材料学报VOL.5,No.4, 2002:390- 392.2 张妃二、姚立宁

39、光纤智能混凝土结构自修复的研究功能材料与器件学报 VOL.9,No.1，2003:91- 94 3 刘滨谊. 城市滨水区景观规划设计 M . 南京: 东南大学出版社, 2005. 4 汤振宇, 张德. 城市河道景观设计 M . 北京: 中国建材工业出版社, 2006. 5 唐剑. 浅谈现代城市滨水景观设计的一些理念 J . 中国园林,2 6 俞孔坚, 张蕾, 刘玉杰. 城市滨水区多目标景观设计途径探索浙江省慈溪市三灶江滨河景观设计 J . 中国园林, 2004, 207 Ramm w. and Biscoping M. Autogenous healing and reinforcement

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