水泥混凝土自修复.ppt

* * * * 水泥混凝土自修复 目录 目的及意义 01 概述 02 自修复技术 03 展望 04 目的及意义 近些年来，由于裂缝发展而导致的工程事故已颇为常见，可以说微观裂缝的无限制发展正是导致工程事故的根本原因之一。因此，混凝土裂缝的修复一直是学术界和工程界所关注和研究的热点。对于表面宏观裂缝，人们常采用被动的事后修复方式如灌浆、嵌缝封堵以及混凝土置换等方法进行修复。一些无损检测技术如超声反射法、射线照相法、红外成像法等常被用于检测混凝土内部损伤，但都有一定的局限性，并不能进行实时监测，其修复更是难上加难。 概述 水泥微裂缝自修复(自愈合)是指水泥在外部或内部条件的作用下,释放或生成新的物质自行封闭、愈合其微裂缝的过程。 最早发现混凝土裂纹自修复现象的是Abram。1925年,Abram发现混凝土试件在抗拉强度测试开裂后,将其放在户外8d,裂缝竟然愈合了,而且强度比先前提高了2倍。可见,研究与利用水泥裂缝自修复的机制,研制各种具有自诊断、自修复性能的智能水泥材料,对提高水泥基材料的耐久性和可靠性意义重大,能够给建筑行业带来一系列新技术和新工艺。因此,国内外对水泥基材料微细裂缝的自修复机理进行了大量研究。 水泥混凝土自修复技术 1.结晶沉淀法 大气中的 CO2，与混凝土硬化体中的微溶于水的水化产物 Ca(OH)2发生如下反应 Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O，在混凝土裂缝处生成碳酸钙结晶沉淀，并随着碳酸钙结晶沉淀的增加，裂缝逐渐愈合。 结晶沉淀法修复裂缝是一个自然现象，包含了一系列复杂的物理、化学及力学过程。这种方法与其他的自修复方法不同，它是一种持续的、不依赖外部手段支持的自修复方法。当混凝土结构直接暴露于水环境中时，由未水化水泥颗粒（如 C3S、C2S 等）继续水化所生成的水化产物修复裂缝，此修复作用影响甚微，并不是混凝土基体自修复的主要原因。 2.渗透结晶法 渗透结晶型材料中所含活性化学物质S遇水成为一种催化剂，与混凝土中的游离 Ca2+发生化学反应生成不溶于水的结晶沉淀，由于水的作用，结晶沉淀在混凝土孔隙中扩散，S 就会被更稳定的 SiO32-、AlO33-等取代，发生络合、结晶沉淀反应，形成更稳定的化合物，填充混凝土中裂缝和毛细孔隙，该过程是一个不断循环的过程，使得出现裂缝的混凝土材料可实现多次自愈合。 混凝土干燥时，由于缺少水作为扩散介质，活性物质 S 处于休眠状态；当混凝土开裂有水渗入时，该活性物质就被激活，催化发生络合、结晶沉淀反应，实现混凝土裂缝的自愈合。此修复技术的突出之处在于，它可以显著提高混凝土结构的强度和密实度，但是该方法对宽度大于 0.4mm 的裂缝的自修复效果不甚理想。 3.微胶囊法 该方法以胶粘剂作为修复单体，将修复单体微胶囊化之后，再将其植入混凝土基体中，同时在基体中分散催化剂，其中催化剂能使修复单体聚合，当基体材料被损伤，产生微裂纹时，裂纹尖端的微胶囊由于应力集中作用被撕裂，修复单体在毛细管的虹吸作用下渗入裂纹内部，与分散于基体中的催化剂相接触，修复胶粘剂单体被引发聚合反应，从而封堵裂纹，使基体材料在一程度上得以自修复，性能也得以较大改善。 微胶囊自修复混凝土目前还只是一个概念化的设想，还处于研究阶段，要想把这种设想真正应用于工业生产的实践中，还有很多亟待解决的问题： 微胶囊壁厚控制及机械强度 微胶囊与基体的界面结合程度对材料力学性能的影响 催化剂活性受基体材料的影响 修复剂与催化剂在基体中的分布情况及接触率问题 裂纹修复所需动力大小 修复剂时效性以及是否具有多次修复的能力 4.液芯光纤法 两者的修复机理是类似的，利用空芯光纤或者中空纤维装载修复胶粘剂，再将其埋入混凝土中，形成智能型仿生自愈合混凝土。当混凝土结构在服役、使用过程中出现损伤和微裂纹时，光纤/纤维破裂，其内部所含修复胶粘剂流出，并渗入裂纹，修复裂纹。 光纤更智能化，它具有自诊断的能力，当光的强度、波长、偏振、及相位等发生变化时，监测系统可及时监测，并准确判断基体损伤及损伤位置。不但能进行实时监测，而且混凝土的损伤、裂缝也能得到及时修复，实现了损伤自诊断、自修复的一体化。光纤/纤维与混凝土结构存在相容性问题，如果相容性不好，相当于在混凝土中引入了界面缺陷，这会影响混凝土基体的力学性能和耐久性。 5.微生物法 将特定的细菌事先加入到混凝土材料中。混凝土中的高碱缺氧环境使这种无害细菌处于休眠状态。当混凝土结构遭受破坏出现裂纹，氧气和水分开始渗入，休眠状态的细菌孢子被激活，其新陈代谢功能得以恢复。好氧微生物新陈代谢过程中产生 CO2，这些 CO2与混凝土材料中的 Ca2+反应生成碳酸钙沉淀，填补裂缝，防止水和其他化学物质进一步侵