“記憶”混凝土結構裂縫自愈合性能研究

徐麗風 牛云龍 蹇煬 重慶交通大學土木工程學院

“記憶”混凝土結構裂縫自愈合性能研究

徐麗風 牛云龍 蹇煬 重慶交通大學土木工程學院

現行關于混凝土自愈性的研究可以分為兩大類，一類是利用生物材料，另外一類是仿生物組織對傷口部分的愈合。采用生物材料來將混凝土裂縫自愈合原理是將特殊的細胞菌子和維持細菌生存的養分摻合在混凝土構件中，這種特殊的細菌能夠生產石灰，一旦混凝土產生裂縫，水分和水的侵入可以激活這種細菌生產出石灰石對混凝土裂縫進行填充，使得裂縫閉合。而仿生材料機理研究，現只在美國日本等國家的實驗室有研究，而且目前進展不大。仿生物原理是仿造生物組織對受創傷地方自動分泌特殊物質而使傷口愈合的機能，而在混凝土自修復中可以采用的原材料主要有粘結劑的液芯纖維或膠囊，以此在混凝土內部形成智能型仿生自愈合神經網絡系統，當混凝土裂縫出現時，液芯纖維或者膠囊部分受拉裂開，里面的粘結液將流出而深入到混凝土的各個裂縫中，而使混凝土停止繼續開裂并重新愈合。

混凝土 “記憶”結構 自愈合

引言：居于某些具有記憶功能的材料在溫度達到其變相溫度時會產生相應驅動力，恢復原來的形狀的特性，本文將研究，在高溫度應力地區采用記憶材料摻和的混凝土構件裂縫自修復能力。將記憶材料運用于高溫度應力區的優點是可以將到高溫度應力區裂縫產生的“病害”溫度應力轉變為修復裂縫的動力來源，以此，相互抵消作用，可解決我國青藏鐵路大溫差條件下橋梁墩臺，承臺混凝土開裂問題及耐久性問題，另外對于川藏鐵路中經常出現的混凝土蜂窩麻面、表面龜裂的現象也將有極大的改善，該研究成果可以運用于類似工程中，起到從源頭消滅病害的作用。除外本文還提出了摻加鋼纖維對混凝土裂縫自修復的影響。

1 實驗原理

主要研究加入鎳鈦合金絲的鋼筋混凝土構件，在溫度升高達到鎳鈦合金的變相溫度時產生的驅動力能將裂縫縮小愈合，由此提高混凝土的抗裂性。

2 實驗步驟

利用鎳鈦合金的金屬記憶性，將預先設置的記憶形狀為直桿的鎳鈦合金絲放置在鋼筋混凝土的受拉區，當受到一定荷載作用時混凝土受拉區產生裂縫，放置在受拉區的鎳鈦合金彎曲，此時對構件進行加熱，當達到鎳鈦合金的變相溫度時，它將立即恢復原來的直桿狀態，變形儲存能力轉變為驅動力，驅動力帶動混凝土閉合，撓度減小，裂縫愈合，提高混凝土的抗裂性。其次在鎳鈦合金混凝土構件中摻入鋼纖維，研究其對混凝土構件撓度與裂縫寬度變化規律的影響以及對記憶合金發揮作用后裂縫愈合的影響。

3 技術路線

首先制作鎳鈦合金絲鋼筋混凝土梁的物理模型，進行三分點加載試驗，然后對鎳鈦合金絲進行加熱，實驗時通過一些調試達到預期目標，然后基于實驗數據進行分析，繪制裂縫——溫度曲線圖，分析在加熱情況下，摻加鎳鈦合金的鋼筋混凝土構件的裂縫愈合程度。

設置鎳鈦合金記憶形狀→綁扎鋼筋籠子（放鋼絲和PVC管）→拌制水泥砂漿→制作混凝土構件模型→加載實驗→數據處理和分析。

4 實驗結論

（1）將材料的形狀記憶功能與混凝土結合起來，實現材料跨領域結合，以有效解決混凝土易開裂的問題，實現裂縫的自修復，有助于混凝土耐久性的提高。

（2）鎳鈦合金變相溫度低，只要溫度達到40攝氏度，若運處于溫差反復作用的混凝土構件中，可以從源頭上抑制裂縫的發展。

5 研究推廣

（1）將鋼纖維與鎳鈦合金同時加入混凝土中，通過對比試驗探究鋼纖維對記憶混凝土裂縫自修復的影響，為實際工程運用提供參考。實驗可以廣泛推廣于道路工程領域，如將記憶合金運用于瀝青混合料中，提高瀝青混合料高溫抗車轍性能。

（2）通過實驗探究更加全面地了解“記憶”鋼筋混凝土的特性，解決混凝土帶裂縫工作問題，為“記憶”鋼筋混凝土的推廣應用提供參考。

[1]侯子義，《裂縫自愈合混凝土研究現狀與發展趨勢》，長沙：中南公路工程，2005年

[2]姚武，吳科如，《水泥基材料損傷自愈合的理論與方法》[M]，北京：冶金工業出版社，2001年

[3]田喜東,馬鵬舉;鋼纖維混凝土施工工法及鋼纖維混凝土裂縫控制[J];中國科技信息;2005年14期

[4]倪立峰,李秋勝,李愛群,韓玉林;新型形狀記憶合金阻尼器的試驗研究[J];地震工程與工程振動;2002年03期