混凝土裂缝自愈合的研究现状与发展

混凝土裂缝自愈合的研究现状与发展

李世栋

河源兴鼎混凝土有限公司广东省河源市517000

摘要：混凝土的裂缝是不可避免的，其微观裂缝是本身物理力学性质决定的，如果不能及时修复，不仅会影响材料的正常使用，而且可能由此诱发宏观裂缝并出现脆性断裂，产生严重的灾难性事故。传统的混凝土材料的修复形式主要是定期维护与事后维修，这种消极的、被动地维修方式不仅费用庞大，而且效果不佳，由于现代多功能和智能建筑的开发，对混凝土材料提出了更高的要求。因此，本文对混凝土裂缝自愈合的研究现状与发展进行分析。

关键词：混凝土裂缝；自愈合；研究现状；发展

混凝土因其有良好的可塑性、高强性和耐久性而成为目前应用最广泛的工程材料，但混凝土本身脆性大，受物理收缩、内外温差等因素的影响，不可避免的会产生局部损伤和裂缝。材料产生缺陷裂纹源或裂纹源扩展，在无外界作用情况下，本身具有自我恢复，令裂纹愈合的能力，称为自愈合。混凝土裂缝自愈合，指在不通过任何外界干预的条件下混凝土自身对裂缝的修复能力。

1混凝土自愈合研究的意义和目的

由于混凝土会因为各种原因产生程度不一、形式各异的损伤，而多数损伤以裂缝的形式表现出来，统计显示由于混凝土变形产生的裂缝约占裂缝总数的80%，外荷载直接应力产生的裂缝约占20%。根据裂缝的程度和形式不同，可以将存在小于0.05mm细小裂缝的结构视为无裂缝结构，普遍认为这样的裂缝对建筑功能性影响不大；而当裂缝的程度大于这个界限时，则认为随着裂缝宽度、深度的不断增加会对建筑物的安全造成严重的损害，并对其正常使用构成显著影响。

现阶段对裂缝的预防或后期治理都基于以往对混凝土裂缝的普遍认识，以及人们不断增强的对建构筑物的安全意识和功能要求。传统的观念认为在外界影响因素的不断作用下，裂缝的发展会不断的进行，已有的裂缝会进一步恶化，因此当发现有明显的裂缝或贯穿裂缝存在时，必须予以治理。

但裂缝在形成之后其发展变化的趋势到底如何，是否存在自愈合的可能？混凝土自愈合研究的目的就在于换一个角度来研究混凝土损伤或者裂缝的发展变化，以及裂缝对混凝土物理力学性能的影响，重新定义裂缝的危害和利弊，为损伤或裂缝的治愈提供新的思路和途径。

2混凝土裂缝产生的成因以及混凝土裂缝的自愈合机理

2.1裂缝的危害以及形成的原因

土木工程结构中，钢筋和混凝土是最常使用的两种材料。但是，由于受到自身材料性能的限制，钢筋混凝土结构中总是存在着程度不同的裂缝，裂缝对结构的使用性能及使用寿命都会产生非常大的影响：一方面，在外荷载的作用下，结构的破坏都是由混凝土中裂缝的逐渐发展所导致；另一方面，裂缝的存在会导致裂缝处钢筋发生锈蚀，从而影响整个建筑物的安全性及耐久性能。

裂缝产生的原因可描述如下：钢筋混凝土结构物在使用过程中承受两大类荷载：第一类荷载包括静、动荷载和其他荷载；第二类荷载即变形荷载。结构的裂缝就是由这两大类荷载引起的，概括起来裂缝的主要成因如下：第一，由于外荷载（动、静荷载）的直接作用引起的裂缝；第二，由外荷载作用引起的结构次内力，由此产生裂缝；第三，由变形引起的裂缝，即结构由温度变化引起自身的收缩膨胀从而引起变形，当变形得不到满足，则在结构内部引起应力，应力超过某一限值后产生裂缝。根据大量的调查资料，工程实际中的裂缝产生的原因，属于变形变化（温度、收缩、不均匀沉降）引起的约占80%以上；属于由荷载引起的约占20%左右。

2.2混凝土裂缝的自愈合机理

材料产生了缺陷，并且在没有外界环境影响的情况下，材料自身能够自己修复，然后使裂纹愈合，这个过程就叫做自愈合。实践经验说明，混凝土本身就具有自愈合的特性，混凝土的这种特性，是在没有外界环境的干涉情况下，混凝土自身对裂缝的修复能力。经过国内外研究者的研究表明，混凝土裂缝不管怎么样愈合，都要有足够的水分，所以说，混凝土的自愈合都要在潮湿的条件，或者是在水中养护。

3混凝土裂缝自愈合的研究

3.1仿生自愈合混凝土

在实践中，仿生自愈合混凝土较为常见，指的是在混凝土传统成分中掺入特别组合而成。事实上，是通过向混凝土中掺入两种成分，使得混凝土的成分发生变化，这2种成分有液芯纤维和微胶囊。当完成这2种成分的掺入工作之后，就会逐渐形成自愈合神经系统，且是智能型的。之后，在混凝土受到损伤或外力作用而引发开裂的问题时，相应的修复剂就会发挥作用，对这些裂缝进行修复，在这过程中实现混凝土功效获得恢复，进而实现其寿命的延长。

3.2仿生自愈合混凝土的修复效果分析

对于混凝土而言，其自修复行为实际上与动物在受伤后进行自我疗伤相当。从表面上来看，混凝土是无生命的，但是这不意味着混凝土就不具备进行自修复的能力。事实上，混凝土在自修复方面的机理上与动物的骨组织结构恢复相似，当某个方面的材料出现问题时，就通过粘结材料和基材相合成的办法对这部分进行修复，之后，再对破损的地方进行修复，使其恢复再生的功效，在这基础上还有可能形成一种新的复合型的材料。在进行修复时，也会受制于一些因素的影响，甚至能引发较大的影响，即对修复结果产生较为明显的影响。第一，需要注重纤维管和基体材料的匹配性，这方面可以说非常重要。以利用塑料为例，当把纤维管再装入修复剂，并进行嵌入时，并没有发现纤维管出现异常，也就是没有破损的情况发生，不过，整体却不能保持原样，就不能发挥修复的功能作用，自愈合无法获得实现；第二，纤维管的数量要把控到位。当纤维管出现数量太少的情况时，无法发挥完全修复的功能，不过，这不等于说越多越好，如果太多的话也不利于材料发挥作用；第三，对于修复后的强度什么样，与原始的强度相关，也就是与修复剂的粘结强度有较为密切的关系；第四，根据国外专家的研究显示，修复效果还受到其管内的压力影响，种种因素对修复均产生一定的影响。

4目前研究自愈混凝土存在的问题

目前，国内对智能混凝土的研究主要集中于对混凝土的自诊断和自适应方面，对于自修复混凝土的研究还处于起步阶段。并且在施工现场的应用也存在着众多的问题，对于裂缝自愈合所处的最适环境也没有明确的规范。

4.1对于自愈合后的混凝土强度和耐久性等性能还没有较大保证。

4.2目前还没有明确的数据表明不同强度的混凝土以及不同深度宽度裂缝完全愈合所需要的时间周期和最适合的培养环境。

4.3由于混凝土的自主修复研究还处于初级阶段，无法提供实质性的数据证明，而当前研究主要集中于修复纤维在混凝土中的应用，但在施工中并不方便，且造价昂贵。

结束语

混凝土的裂缝问题是一项技术难题，并且对工程界的发展造成了长期的困扰。目前，由于高早强型水泥的大量利用，同时混凝土强度的等级又随之提高，虽然获得了一定的成效，但是，裂缝的问题却更加的严重了，乃至成为了混凝土质量问题的重中之重。所以说就需要工程建设人员在设计和施工方面采取相应措施，加大研究的力度，尽快地减小裂缝的程度。目前，混凝土裂缝的自愈合的研究还在起步阶段，因此需要工程建设人员不断研究不断创新，使混凝土裂缝的自愈合技术能够得到更进一步的发展。

参考文献

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[2]对混凝土裂缝自愈合的研究[J].韩峰.山西建筑.2014（10）

[3]自愈合和自修复混凝土的研究进展[J].孙道胜，陈远远，王爱国，孙鹏，肖力.材料导报.2014（11）