裂縫自修復混凝土的研究進展

【摘 要】混凝土的裂縫是國內外學術界和工程界研究和議論的熱點問題。綜述了裂縫自修復混凝土的研究現狀和進展，闡述了裂縫自修復技術及其研究的意義，探討了此領域尚存在的問題，并展望了裂縫自修復的發展方向。

【關鍵詞】裂縫；自修復；研究進展；智能混凝土

The crack self-taught reply the research of concrete make progress

Chen Gao

(Chongqing transportation university flashing building college Chongqing 400074)

【Abstract】Concrete crack is an hot issue which always researched and discussed by the academic and engineering at home and abroad．This paper reviews the present status and progress of research．It expounds the crack self-repairing technology and its significance of research， It probes into the field of existing problems and prospects of crack self-repairing development direction．

【Key words】Crack；Self-repairing；Progresses of researches；Intelligent concrete 

1. 前言

混凝土的裂縫是不可避免的，其微觀裂縫是本身物理力學性質決定的，如果不能及時修復，不僅會影響材料的正常使用，而且可能由此誘發宏觀裂縫并出現脆性斷裂，產生嚴重的災難性事故。傳統的混凝土材料的修復形式主要是定期維護與事后維修，這種消極的、被動地維修方式不僅費用龐大，而且效果不佳，由于現代多功能和智能建筑的開發，對混凝土材料提出了更高的要求。

作為建筑結構的主要材料之一，混凝土經歷著由普通向高強與高性能發展，目前又朝著多功能和智能化方向發展。［1］如何快速反映并愈合混凝土材料的內部裂縫，以及對混凝土裂縫自修復的機理研究，成為了混凝土研究的重要方向。研究和開發自修復混凝土，使其能夠自動對損傷部位進行修復、恢復并提高混凝土材料的性能已成為混凝土技術的發展趨勢。［2］但是，有關混凝土裂縫自修復的研究還很少，且處于實驗室探索階段。

本文試對混凝土裂縫自修復技術進行闡述，討論混凝土自修復技術的機理和發展現狀，并展望混凝土裂縫自修復技術的發展前景。

2. 裂縫自修復混凝土的研究進展

最早發現混凝土裂紋自修復現象的是 abram［3］：1925年，abram發現混凝土試件在抗拉強度測試開裂后，將其放在戶外8a，裂縫竟然愈合了，而且強度比先前提高了2倍。研究人員對混凝土裂縫的自修復進行研究，并提出自修復混凝土這個概念。

自修復混凝土是一種智能型混凝土，模仿生物組織對受創傷部位自動分泌某種物質，從而使創傷部位得到修復。這種新型的混凝土，對材料損傷破壞具有自修復和再生功能，恢復甚至提高材料性能，是一種新型的復合材料。

1942年德國化學家勞倫斯杰［4］發明了水泥基滲透結晶型防水涂層材料，利用自修復原理解決了水泥船舶和地下工程的防水問題。利用這種材料在一定的養護條件下，以水為載體，通過滲透作用，使其特殊的活性化學物質在混凝土材料的微孔及毛細孔中傳輸，填充并催化混凝土材料中未完全水化的水泥顆粒繼續發生水化作用，形成不溶性的晶體。混凝土材料干燥時，該活性化學物質處于休眠狀態；當混凝土材料開裂，有水滲入時，該物質繼續水化生成新的結晶，對裂縫進行自動填充，實現自愈合。［5］

利用裂縫的滲透結晶自修復機理，已經開發出自愈合水泥基材料，但關鍵技術掌握在國外。但滲透結晶型防水材料在國內應用以來，關于其能否使混凝土裂縫自愈合的能力就受到質疑。［6］因此國內科研工作者通過利用平板試驗法，將滲透結晶型防水材料滲入混凝土中，使混凝土形成不同寬度的宏觀裂縫，通過后期養護來直觀表征滲透結晶型防水材料對混凝土裂縫自修復能力的影響。試驗表明［7］，滲透結晶性防水材料對混凝土初期宏觀裂縫的產生有一定的抑制作用，滲加滲透結晶型防水材料的混凝土初期產生的裂縫寬度和長度明顯減小。滲透結晶型防水材料用量為水泥量的1%時，賦予混凝土的裂縫自愈合的能力。

這種自修復的技術必須有足夠的水和濕度，對于混凝土裂縫的寬度、混凝土孔隙率及孔結構的不確定性，這類防水材料對混凝土寬度大于0.4mm的裂縫自修復效果不佳。

國內外有很多學者通過通過模仿生物組織自發的通過自身結構向損傷部位分泌某種物質，進而達到修復。

在日本，以東北大學三橋博三教授［8］為首的日本學者將內含粘結劑的空心膠囊或玻璃纖維摻入混凝土材料中。一旦混凝土在外力作用下發生開裂。部分膠囊或空心纖維破裂，粘結液流出深入裂縫，粘結液可使混凝土裂縫重新愈合。

在美國，伊利諾伊斯大學的Carol·Dry［9］在1994年采用了類似的方法。將空心玻璃纖維中注入縮醛高分子溶液作為粘結劑，埋入混凝土中，使混凝土產生自愈合效果。國內趙曉鵬等［10］以水泥為基體，加入鋼絲短纖維組成復合材料，同時嵌入玻璃空心纖維。

由于自修復混凝土是在內部滲入了裝載有修復膠粘劑的玻璃纖維，若對混凝土進行振搗，不但會導致內置于混凝土中的空心玻璃纖維因為受到振動，而浮出混凝土的表面，還容易導致他們破碎，這就造成原本應置于受拉區以作為修補裂縫用的纖維管跑位，達不到修復的目的；內置的玻璃管因過早破裂造成膠粘劑的流失。福州大學羅素蓉、劉承超提出了基于免振搗自密實混凝土的自修復混凝土材料理念，［11］使混凝土在施工中免去了振搗工序，成功解決了由于混凝土振搗所造成的自修復混凝土中玻璃管易碎和受擾動而上浮的問題。

這種自修復的技術能夠使混凝土主動、自動的對裂縫進行自修復，恢復并提高混凝土材料的性能。如何讓膠囊或者玻璃纖維匹配混凝土的性能，如何發現裂縫并且適時破裂，如何確定其數量并不影響混凝土本身的力學性能，如何確定修復后強度與修復劑的粘結強度的關系。這都成為將要研究的方向。

3. 發展方向

目前研究熱點是自診斷、自愈合智能混凝土材料，就是在混凝土中埋入形狀記憶合金絲進而液芯光纖。智能組裝混凝土材料是將具有自感應、自調節和自修復組件材料等與混凝土基材復合，并按照結構的需要進行排列，以實現混凝土結構的內部損傷自診斷、自修復和抗震減振的智能化。

所謂形狀記憶性，［12］是指完成“記憶起始態→固定變形態→恢復起始態”形狀記憶的循環過程。在混凝土中埋入形狀記憶合金（SMA）絲和液芯光纖，從而在混凝土中形成密集分布的自診斷、自修復網絡［13］。，這將有利于提高混凝土結構的修復質量。而且，當液芯光纖內所含的粘結劑留到損傷處后，SMA激勵時所產生的熱量，將大大提高固化的質量，使自修復完成得更好。

4. 結論

混凝土裂縫問題是混凝土結構中尚未解決的難題，探討和研究裂縫自修復的技術是很有意義的。本文介紹了一些混凝土裂縫自修復的技術，裂縫自修復混凝土的技術基本上還處于實驗探索階段，裂縫自修復的混凝土原理尚未得到完全確認，很多問題沒有得到實質上的解決，真正應用于實際工程還有待于進一步的研究。但裂縫自修復混凝土在未來會真正達到混凝土材料結構智能一體化的境界，具有完善的仿生功能，對裂縫的監控、感知并驅動其修復愈合。

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參考文獻

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［文章編號］1619-2737（2010）12-08-259

［作者簡介］ 陳高（1985.6-），女，碩士研究生，研究方向：新結構、新材料、新工藝及新技術研究應用。