量化混凝土裂縫自愈合性的方法

（延邊大學，吉林 延邊 133002）

0 引言

水泥基材料是脆性材料，易受內外溫差、物理收縮、濕度變化以及周圍環境中循環荷載的作用等影響，結構易產生不同程度的裂縫或損傷。這將會導致材料強度降低，甚至出現脆性斷裂。混凝土自愈合性成為修復工程的重要手段，但在實驗室研究中如何量化水泥的自愈性能是進行論證自愈合有效性的重要環節。本文通過收集整理有關評價水泥基材料自愈合性的文獻資料，得到如下文獻綜述。

1 表征觀察類量化方法

表征觀察類的方法主要以表面裂縫寬度、愈合顆粒結構形貌、物相分析、強度對比的方面進行量化，這類方法直接對自愈性能裂縫寬度進行觀察，能以十分直觀的方式，并通過明顯的數據對比分析影響混凝土自愈性各種因素，并且實驗操作方便最為方便。這類大多屬于無損檢測[1](NDT)，不改變混凝土結構及性質，大多使用物理類方法。

李海川[2]在采用壓力機制造自然裂縫，適用高倍GTJ-FKY 裂縫寬度測試儀對砂漿試樣表面裂縫寬度延展以及修復進行觀察，對不同鹽環境下的砂漿裂縫寬度的自愈合情況進行了微觀分析，并以28d 的裂縫修復程度和強度增長率為量化指標。馬強等[3]使用冷場發射掃描電子顯微鏡觀察砂漿表面愈合后形成的顆粒形貌。觀察發現使用涂料使得砂漿在裂縫修復后的結構表面更致密，并且保護膜與砂漿界面融合后，增加了膜厚。Suleiman[4]以光學顯微鏡和電子顯微鏡作為主要觀測手段，但對裂縫填充物進行物相分析，發現對裂縫修復程度起最大作用的水化產物為碳酸鈣。其中物相分析作為檢測有效填充產物的重要手段，Palin[5]Jonker 等人用元素吸收峰的原理，采用能量色散光譜法進行自愈合產物元素的分析。

國內外學者的研究認為愈合機理以生成碳酸鈣為主，碳離子、鈣離子與水對碳酸鈣的形成起主要原因。碳酸鈣有在表觀上有明顯的結構并且自身帶顏色，這使得裂縫的表征觀察顯著直觀。但由于內部的裂縫接觸的含水率、含氣量均與外部不同，表面裂縫修復率難以反映實際的內部情況，雖然研究大多以試件性質如抗壓、抗折強度[2]作為量化指標，但表面裂縫對于整個構件的強度以及耐久性的影響程度是不足的。針對這樣以鈣離子沉淀為機理的試驗，大多使用三點彎曲法制造表面裂縫，除此外可以嘗試采用人為制造內部裂縫的方法。延永東等[6]在研究氯離子對砂漿侵蝕實驗中，用不銹鋼材質的鋼片預埋在砂漿中，鋼片的厚度決定裂縫寬度，同樣裂縫深度可通過改變鋼片插入長度來進行控制。如下圖1.1，在俯視視角，上可觀察裂縫寬度與修復，將其從中間劈開，即可觀察對內部自愈合產物進行微觀與物相分析。但仍與真是內部裂縫有很大的差異。

圖1.1 可控裂縫人為制造示意圖

2 內部滲透的量化方法

這類更與實際情況貼合，大多是常規的破損檢測，利用超聲波、傳感器、射線衍射、流動實驗、毛細吸水率等方法進行量化。

李冬生[7]等利用混凝土為多孔材料，其內部裂縫摩擦會發出一定聲頻的特性，提出用聲發射技術來監測混凝土的損傷演化。并以損傷聲發參數信號變化的劇烈程度為量化指標，并能從不同的波形體現出不同時期裂縫擴展程度。

楊振杰[8]等將混凝土自愈合性用于改善天然氣井套間過大的氣竄壓力，針對性的對天然氣井的特殊環境采用XAN-RC 封堵模擬實驗為基礎，將試樣的抗氣竄作為自愈性量化指標。

方永浩[9]等采用滲透性實驗方法對不同寬度、裂縫試件在不同水力梯度△p/h 下測量滲透速率口隨滲透時間t 的變化，來評價水泥石的自愈合性能，并用SEM，EDS，XRD 等技術分析裂縫壁面結構和物相成分組成。

孫凌[10]等以充滿修復劑的中空玻璃纖維管為修復元件，通過建立中空玻璃纖維管內壓力與修復劑溢出量的關系模型進行量化，分析了修復劑溢出量的影響因素等。

這類量化手段對表征量化缺失的實際性進行了補充，但研究過程中常常將環境的各因素分開進行單一研究，，而且在某些特殊領域，比如對加有遇油自愈合材料水泥的自愈合性能的量化方法還不完善。這類特殊材料的水泥如何量化是進行研究的首要問題。

3 總結

本文主要對評價水泥自愈合性的方法中的各種量化手段進行了分析，從表征觀察、內部滲透方面等方面展開探討，以促進自愈合性評價方法的發展。

（1）目前自愈合研究采用的測試方法復雜多樣，運用不同的檢測方法，得到的愈合效果有時相差甚大，究竟采用哪種測試方法更加合理，需要結合自愈合材料的功能機理和所處的環境進行比較優選，以使自愈合技術更加具備實用性。

（2）水泥基材料組成結構和內部化學反應復雜，而且對于特殊領域的水泥材料的評價方法應額外考慮，因此，對于評價方法如何適用于多種領域仍待考究。

（3）對于實際裂縫應考慮環境因素的多種耦合，大多數研究中都將因素進行單一實驗，然后進行縱向對比。缺乏對真實環境的考慮。且研究集中在促進裂縫修復率，少有對自愈合生成物的發明，目前最常見的生成物仍然是以鈣離子為主。