外界環(huán)境刺激下混凝土自愈合性能的研究

劉 歡 馬江萍（指導(dǎo)老師）

（1.西安培華學(xué)院 建筑與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，陜西 西安 710125；2.混凝土自愈合研究小組，陜西 西安 710125）

混凝土作為建筑材料的主體組成，具有抗壓強度高，經(jīng)濟廉價，取材方便，耐火耐高溫等優(yōu)點。混凝土發(fā)展成為世界使用最廣泛的建筑材料，但它有難以克服的缺點，抗拉強度低。工程實踐和理論研究表明，幾乎所有混凝土構(gòu)件都帶裂縫工作。如何減少裂縫在外界物理、化學(xué)因素的綜合作用下裂縫的擴大是現(xiàn)代建筑學(xué)者不斷探研的問題。混凝土由于干縮應(yīng)力的影響產(chǎn)生裂縫，降低了混凝土的耐久性和結(jié)構(gòu)的完整度，物理方案人工修復(fù)耗時耗力，投入維護花費巨大。本文尋求在現(xiàn)有混凝土在不同環(huán)境中自愈合的途徑和方法的基礎(chǔ)上，提出在一定化學(xué)環(huán)境激勵條件作用下，裂縫愈合及微觀結(jié)構(gòu)的演變，觀察環(huán)境中的裂縫的愈合，從而提高混凝土的自愈能力，使混凝土結(jié)構(gòu)具備防護功能。

1 試驗概述

試驗所用材料：P·O32.5 普通硅酸鹽水泥；細骨料：河砂，細度模數(shù)2.7；粗骨料：5- 25mm 花崗巖碎石，自行配制NaCI (0%、2%、4%、6%)；NaHO（PH=7、9、11、13）；Na2CO3（0%、2%、4%、6%）；Na2SO4（(0%、2%、4%、6%），溶液，拌合使用自來水。

試驗所用的儀器：TYE- 2000B 型電液式壓力機數(shù)顯測力儀；溫度20±2℃，濕度為95%以上的標準養(yǎng)護室。

試驗方法：將制備混凝土所用的砂、石經(jīng)過沖洗晾干之后，按照JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》進行檢驗。試驗試塊采用同一配合比，相同的養(yǎng)護條件，各個試塊均采用P·O32.5 普通硅酸鹽水泥。試塊的制作均參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能實驗方法》和GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能實驗方法標準》進行混凝土實驗，此次試驗制作尺寸為100mm×100mm×100mm 混凝土試塊54 個。對制作的混凝土試塊在20±2℃與95%的環(huán)境下養(yǎng)護28 天，是使混凝土試塊具備70%的抗壓強度開始混凝土試塊的裂縫制作。將試樣置于液壓機壓力臺，使其側(cè)面受壓，緩慢勻速加載，直至液壓機指針停止，快速卸載，以確保試樣的完整性，此時的載荷強度即為試樣的抗壓強度。預(yù)制裂縫后殘余抗壓強度的測定方法為：將預(yù)制裂縫后的混凝土試樣靜置6h，待其殘余抗壓強度基本穩(wěn)定之后，再將其置于TYE-2000B 型液壓機壓力臺，使其側(cè)面受壓，緩慢勻速加載，將受壓破壞后的試件編號測量裂縫以備養(yǎng)護。試塊1-12 編號用于觀察不同濃度NaCI 溶液養(yǎng)護條件下混凝土的自愈合；試塊13-24 編號用于觀察不同濃度NaOH 溶液養(yǎng)護條件下混凝土的自愈合；試塊28-39 編號用于觀測不同濃度Na2CO3溶液養(yǎng)護條件下混凝土的自愈合；試塊40-51 編號用于觀察不同濃度Na2SO4溶液養(yǎng)護條件下混凝土的自愈合；其中25-27 和52-54 號試塊為測試試塊不記錄數(shù)據(jù)。試塊三個為一組，溶液的不同濃度分別對應(yīng)一組試塊。pH 指數(shù)為中性和濃度為0 的純水為對照。混凝土的在溶液下的養(yǎng)護皆為28d。

2 試驗數(shù)據(jù)分析：

2.1 試驗數(shù)據(jù)采集

溶液濃度養(yǎng)護前裂

修復(fù)提高率=00%

2.2 試驗數(shù)據(jù)對比

不同外界環(huán)境刺激下混凝土自愈合效果如上表，在清水溶液中倆組試塊的修復(fù)率分別為48%和40.09%。

（1） 從上表中可以看出，試塊在2%濃度的氯化鈉溶液修復(fù)率是同組不同濃度下表現(xiàn)最好。4%濃度的修復(fù)率是同組最低的，不如清水狀態(tài)下。6%濃度的修復(fù)率跟清水的修復(fù)率相比有較小的提升。

（2） 試塊在pH 值為9 和11 的氫氧化鈉溶液下修復(fù)率均有小幅的提升，在pH 值為13 的溶液下試塊的修復(fù)率出現(xiàn)下降，同同組清水的修復(fù)率對比中下降明顯。

（3） 碳酸鈉溶液中濃度為2%－4%的試塊有修復(fù)率增益，當濃度為6%的時候試塊的修復(fù)率出現(xiàn)了負值。碳酸鈉溶液下的各個濃度試塊修復(fù)率同清水下的試塊比較，發(fā)現(xiàn)碳酸鈉溶液對混凝土裂縫的修復(fù)提升增益較少。

（4） 硫酸鈉溶液在2%時，混凝土的修復(fù)率提升較大，在同種溶液下不同濃度中最高。4%與6%的硫酸鈉溶液中修復(fù)率有較少的提升，同清水的修復(fù)率比較中，不如清水的提升。

3 試驗結(jié)論

（1） 混凝土硬化后，在清水中養(yǎng)護修復(fù)率為48%，主要原因是混凝土發(fā)生干縮變形后，放置在液體中混凝土中膠體的凝膠孔的毛細作用下，使孔內(nèi)的壓力上漲，使孔壁不斷的擴張，從而使得混凝土的裂紋寬度修復(fù)。

（2） 氫氧化鈉溶液中，在7、9、11PH 值中混凝土的裂紋修復(fù)改善不明顯，在PH 值為13 中反應(yīng)出現(xiàn)了裂縫擴大的現(xiàn)象修復(fù)率下降。原因13PH 值得氫氧化鈉與各種狀態(tài)的水化產(chǎn)物，形成網(wǎng)狀骨架填充擴大了孔隙。

（3） 碳酸鈉的濃度的不斷增大，混凝土的裂紋修復(fù)率不斷下降。分析原因是碳酸鈉溶液的液體表面張力的降低使混凝土毛細孔內(nèi)液體壓力降低，使孔壁的擴張下降，從而使得混凝土的裂紋修復(fù)率下降。