自愈合與自修復(fù)混凝土

1、1.自愈合混凝土的研究背景 2.自愈合混凝土的概述 3.自愈合混凝土的分類 3.1自然自愈合 3.2微生物自愈合 3.3纖維增強(qiáng)自愈合 3.4微膠囊自修復(fù) 4.自愈合混凝土常用材料 5.自愈合混凝土展望 1.自愈合（自修復(fù)）混凝土研究背景 水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好、耐久性好、使 用壽命長、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)。但是目前硅酸鹽水泥和 普通硅酸鹽水泥混凝土在使用過程中容易出現(xiàn)發(fā)生：堿 骨料反應(yīng)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力使混凝土自身脹裂、水化熱過高 結(jié)構(gòu)混凝土產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力造成裂縫以及在使用期間超高載 荷下產(chǎn)生裂縫等病害。 水泥混凝土常見病害實(shí)例圖 截至2014年底，中國公路總里程達(dá)到446.39萬公里，較 2

2、013年末增加10.77萬公里，養(yǎng)護(hù)經(jīng)費(fèi)支出469.2億元，增 長了20.31%1。 表1：2013-2014年中國收費(fèi)公路支出構(gòu)成(單位：億元)1 2.仿生自愈合（自修復(fù)）混凝土概述 自愈合混凝土是模仿動(dòng)物的組織結(jié)構(gòu)受創(chuàng)傷后的再生， 恢復(fù)機(jī)理，采用修復(fù)膠粘劑和混凝土材料相復(fù)合的方法， 對材料損傷破壞具有自修復(fù)和再生的功能，恢復(fù)甚至提 高材料性能的一種新型復(fù)合材料。 3.自愈合混凝土分類 根據(jù)修復(fù)原理，自愈合混凝土可分為: 自然自愈合 微生物自愈合 纖維膠液管自愈合 微膠囊自愈合2 3.1自然自愈合 自然自愈合是指混凝土損傷部位中未水化或水化不充分 的膠凝材料加速水化或進(jìn)一步反應(yīng)生成新的反應(yīng)產(chǎn)

3、物彌 合裂縫的過程3。 3.2微生物自愈合 微生物自愈合指：用硅膠、聚氨酯或者多孔的黏土顆粒 來封裝活性微生物細(xì)菌和其生長所需原料，在攪拌初期 加入混凝土中，裂紋出現(xiàn)時(shí)，在適宜的環(huán)境條件下，載 體破裂，活性微生物在水泥基材料環(huán)境下進(jìn)行新陳代謝 產(chǎn)生方解石（CaCO3）沉淀，達(dá)到愈合裂紋的目的。 細(xì)菌礦化機(jī)理4 水泥基材料活性微生物細(xì)菌自主愈合體5-7 圖為微生物礦化產(chǎn)物SEM圖4 微生物自愈合 微生物自愈合混凝土修復(fù)實(shí)例 微生物自修復(fù)技術(shù)要求： （1）微生物必須是耐堿細(xì)菌。 （2）微生物分解營養(yǎng)物質(zhì)必須是在有氧條件下（需氧型 細(xì)菌）。 （3）微生物除代謝CaCO3外無其他代謝產(chǎn)物或者其余代謝

4、產(chǎn)物對混凝土本身性能無影響。 （4）微生物營養(yǎng)物質(zhì)不影響水泥水化及混凝土其它性能。 3.3纖維膠液管自愈合 內(nèi)置纖維膠液管裂縫自愈合混凝土,是根據(jù)人體傷口由 破裂流血凝結(jié)愈合的過程,在混凝土中沿受拉方 向分層布置一些注有高分子修復(fù)膠粘劑的纖維管,作為愈 合管道,使膠粘劑在混凝土中長期保持性能穩(wěn)定8。 圖為內(nèi)置纖維膠液管自愈合混凝土8玻璃纖維管載體9 (a)試件裝置示意圖 (b)單組分修復(fù)劑混凝 土橫切面圖 (c)雙組分修復(fù)劑混凝 土橫切面 表2 修復(fù)前后裂縫的開展8 纖維管破裂 釋放修復(fù)劑 雙組分環(huán)氧樹脂修復(fù)實(shí)例圖8 纖維管自修復(fù)技術(shù)要求： （1）修復(fù)纖維與混凝土基體的性能匹配，特別是力學(xué)性能

5、 的匹配。 （2）修復(fù)纖維和混凝土材料的溫度膨脹系數(shù)應(yīng)接近。 （3）修復(fù)纖維應(yīng)具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能在混凝土中長期保 存,且強(qiáng)度不變,也不影響混凝土的性能等特性。 （4）修復(fù)劑固化條件簡單、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定耐久性好、良好 的流動(dòng)性 3.4微膠囊自愈合 微膠囊自愈合是將修復(fù)劑封裝到微膠囊中，在拌合時(shí)均 勻地分散到混凝土中，當(dāng)混凝土發(fā)生裂紋時(shí)，微膠囊破 裂釋放出修復(fù)劑，當(dāng)修復(fù)劑遇到催化劑，發(fā)生聚合反應(yīng) 進(jìn)而膠結(jié)裂紋面。10 聚合物材料膠囊法自愈合原理11 微膠囊外觀SEM圖12 微膠囊切面SEM圖12 三分點(diǎn)彎曲預(yù)加載示意12 不同壓力預(yù)載處理的混凝土試 件的抗折強(qiáng)度12 自愈合混凝土性能評價(jià)指標(biāo) 1.

6、抗折強(qiáng)度修復(fù)率： Rf摻加修復(fù)微膠囊的混凝土抗折強(qiáng)度恢復(fù)率，% ff經(jīng)預(yù)壓的基準(zhǔn)混凝土試件48 h后抗折強(qiáng)度，MPa ff0未預(yù)壓的基準(zhǔn)混凝土試件的抗折強(qiáng)度，MPa ff1經(jīng)預(yù)壓的摻加修復(fù)微膠囊混凝土試件 48 h 后抗 折強(qiáng)度，MPa ff ff f ff ff R 0 1 自愈合混凝土性能評價(jià)指標(biāo) 2.動(dòng)彈性模量的恢復(fù)率： Rp自修復(fù)試件的動(dòng)彈性模量恢復(fù)率，% P0基準(zhǔn)混凝土試件的相對動(dòng)彈性模量，% P1摻加修復(fù)微膠囊混凝土試件的相對動(dòng)彈性模量，% 0 01 1P PP R P （1）聚合物修復(fù)劑：主要包括環(huán)氧樹脂、氰基丙烯酸鹽 黏合劑、氯丁橡膠膠黏劑、聚丙烯酸酯、甲基丙烯 酸甲酯（MMA

7、）、聚氨酯(PU)、雙環(huán)戊二烯 (DCPD)、桐油等。 （2）無機(jī)類修復(fù)劑：主要包括硅酸鈉溶液、水分、氫氧 化鈣、堿硅酸溶液等 （3）活性微生物細(xì)菌修復(fù)劑10 4.自愈合混凝土常用材料 5.自愈合混凝土的展望 混凝土自主愈合系統(tǒng)為基體微裂縫的修復(fù)和有效地延緩 潛在的危害提供了一種新的方法，該系統(tǒng)將免去人工的 監(jiān)測和外部修補(bǔ)所需的高額費(fèi)用，節(jié)省建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)行費(fèi) 用，混凝土材料的使用壽命也將延長。自愈合混凝土作 為一種智能混凝土材料，是混凝土材料結(jié)構(gòu)智能一體 化的重要組成部分，在重大土木基礎(chǔ)設(shè)施的及時(shí)修復(fù)等 諸多方面有很大的潛力，對確保建筑物的安全性和提高 耐久性都極具重要性。 參考文獻(xiàn)： 1交通運(yùn)

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