自愈混凝土现状与发展趋势

自愈混凝土现状与发展趋势

王贺煊赵修彬于亚利胡庆龙冯丹

河北建筑工程学院075000

摘要：自从混凝土兴起以来，在土木工程领域作为一种性能普遍受人们认可的建筑材料广泛应用于建筑物及构筑物中。在混凝土的发展过程中，其性能不断得到改善，然而，由其制成的构件在荷载及环境等作用下，依然不可避免的伴随着微裂纹及裂缝的发展。本文即是对目前的前言热点的新型自愈混凝土的研究及发展状况展开论述。

关键词：自愈混凝土建筑材料

Presentsituationanddevelopmenttrendofselfhealingconcrete

HuQinglong2016202101

CollegeofcivilengineeringGrade2016StructuralEngineering(AcademicMaster)

AcademicAdvisorBuNarui

Abstract:Sincetheconcretehasbeenrising，asabuildingmaterialwhichisgenerallyapprovedfortheperformanceanditiswidelyusedinbuildingsandstructures，inthefieldofcivilengineering.Inthedevelopmentprocessofconcrete，itsperformancehasbeenimproved，however，theconcretememberintheloadandenvironmentaleffects，stillinevitablyaccompaniedbywiththedevelopmentofmicrocracksandcracks.Thispaperisdiscussingtheresearchanddevelopmentofthehottopicofnovelselfhealingconcreteatthepresent.

Keywords:selfhealingconcretebuildingmaterials

1引言

混凝土作为建设领域必不可少的建筑材料，自运用以来，通过人们对社会发展的要求，对使用性能的分析研究，其性能不断得到改善和提升，运用领域不断扩大，其对人们的生产生活的影响也日益深刻。加之，随着社会不断进步，人们生活水平不断提高，对物质生活及精神追求的意识也日益增强；另一方面，由于震害等灾害愈发频繁，都使得人们对结构的耐久性要求愈发之高，自然也对混凝土裂缝的修复技术十分重视。

由于受荷载及环境等因素影响，混凝土结构的微裂缝的扩展是影响结构耐久性的主要原因。再者，如若依靠传统的灌浆缝合、钻孔填塞等人工修复技术不但不能在最合适的时间里处理裂缝，而且对人力，财力也是一种奢侈的耗费。这就催生出许多国内外科学家们不断的设想及验证，如果在提高混凝土自身性能的同时也能加入一种成分，使得当结构产生裂缝时混凝土中加入的成分能够在裂缝处产生一种效应，促使混凝土自发的进行自我愈合修复。这样一来在修复裂缝方面的经济性和有效性就会得到很好的控制。

裂缝会降低钢筋混凝土构件在恶劣环境下的耐久性。钢筋混凝土结构的破坏也是钢筋过早腐蚀和退化的主要原因。这一事实也鼓励研究人员开发的一种具有自愈性能混凝土，虽然自愈混凝土目前技术尚不成熟，但就其潜在的价值与意义而言，国内外部分学者会持续进行着大量实验研究与分析，并已经有了初步研究成果，毫无疑问这一技术的发展对混凝土材料发展及结构裂缝修复技术有着深远的推动作用。本文即是通过对国内外关于自愈混凝土的研究与发展状况展开综合论述。

2国内外研究现状

2.1自愈材料研究领域

由于建设行业的不断深化，发展，人们对混凝土性能的要求及其在结构运用中产生的安全性及经济性等效益的日趋注重与关切，一种能够自愈合混凝土从而提高混凝土结构耐久性的发展将会一直是焦点型的材料。自2007年4月，国际材料及结构试验研究实验室联盟在荷兰展开了第一次自愈材料国际会议的讨论，一方面讨论了自愈水泥基及相关材料的市场作用，另一方面也探讨了自愈材料中针对不同种类混凝土应具有的相应的自愈特性，而且相关学者更深入分析了细微裂缝在骨料周围的发展及钢筋周围内部裂缝与空隙对其性能的影响，并将这一相关内容涉及到的范围也归结为自愈研究领域。从而概括出了新型自愈混凝土中所涉及的自愈材料的十大研究领域；它们分别包括：金属；生物系统；生物激发技术材料；沥青材料；复合与混合材料；胶结材料；结构聚合物；油漆和其它涂料；相关自愈理论模型；自愈性能特征。虽说自愈混凝土材料及其技术研究尚不成熟，但通过这一会议的展开讨论，一定程度上给自愈混凝土的发展指出了一种可行性方向，对其领域的进一步探讨与研究，深入分析这一先进技术领域，具有及其重要的参考作用。

2.2国外研究状况

对于混凝土这一应用普遍的建筑领域材料的自愈修复性技术的研究，一经提出便引起了国际工程领域的关注与研究探讨。各国研究纷纷迈入自愈混凝土的前沿阵地。

早先注意到混凝土具有自愈合能力现象并引发思考的，应是在1836年的法国科学院，并观察到，一些旧混凝土结构的裂缝重新覆盖一个白色的结晶材料，代表混凝土的固有能力，以愈合裂缝。再通过海德等人在1889年对水泥砂浆的渗透性研究和这项工作的1931个系统的研究，格兰维尔在1931的自我修复的现象观察以及内维尔在1995年研究的自愈的发生与未水化物进一步水化水泥颗粒。之后，便提出这只适用于非常新鲜的混凝土的理论。并且早期的苏联学者为探寻混凝土裂缝的自愈现象，对有无缺陷的混凝土构件进行了相关的研究比较，结果发现，混凝土的自愈很大程度上取决于试件龄期，并且对环境湿度等外部条件要求也是比较高的，故而依靠混凝土自身性能缝合裂缝能力非常有限，并且时间较长。这一系列的研究都进一步将自愈混凝土这个课题推上了科学的前言。

由于混凝土自身的自愈性机理的探索不能满足自愈的要求，人们转变思维通过在混凝土中人为的添加特殊的自愈性物质材料，进而达到这一要求。

在20世纪90年代，通过对生物组织愈合的启迪，日本学者三桥博三尝试将水玻璃与环氧树脂等胶粘材料作修复剂研究其相关性能，并将其封存于空心玻璃纤维中，混于混凝土中制成构件，当混凝土构件受外部条件影响，产生裂缝时，构件内部玻纤也受到作用而发生破裂，进而使得玻璃纤维中修复材料流出，使得混凝土裂缝达到修复愈合目的。在1993年Dry等相关学者实验研究了将缩醛胶粘剂存于空心玻璃纤维再掺入混凝土拌合料中，最终在混凝土构件的裂缝处也有不错的修复效果。

随着不断深入研究，记忆合金也进入了学者的视线，日本YujiSakai等通过对相应的超弹记忆合金在构件的预埋处理，并在三点弯曲实验的观察中，与普通构件形成对比，可以发现其变形能力增强，卸载之后，其形变又基本恢复。可知记忆合金对混凝土变形进而防止开裂有一定的实用价值。

科学的发展没有边界，生活的细微观察都有可能是科学的巨大发现。微生物的修复功能自然也会引起重视。在探索微生物修复裂缝技术中，Navarro等对石灰石表面裂缝进行了研究之后，Bang等也利用这一技术对水泥基材料表面裂缝进行了实验，他将巴氏芽孢杆菌和两种经过细胞重组的大肠杆菌进行实验对比，实验表明尿素酶对微生物结晶及技术修复具有很好的应用价值。Jonker等人也在水泥净浆和水泥胶砂实验中，尝试用好氧的嗜碱芽孢杆菌与之混合培养，实验分析出这一试件可形成许多晶体，并且其力学性能也有显著提升。也为进一步发展，提供了线索。

2.3国内研究状况

有价值的的研究方向自然也按耐不住国内学者的热情与追寻。在张永强，鲍国栋等学者通过对各种类混凝土的动弹性模量的指标的分析，总结混凝土的性能在养护阶段的恢复状况，并系统比较了不同种类混凝土的抗冻融性能的能力，通过实验表明，粉煤灰和引气剂可使混凝土的自我修复能力得到一定的提高。

有价值就不会中断。1997年南航的学者们尝试将液芯光纤和形成记忆合金埋入在混凝土中，当混凝土受到外部环境的作用发生裂缝现象时，出射光传入光敏管，通过液芯光纤对混凝土破裂处进行检查，同时给形成记忆合金短纤维一定程度上的作用效应，从而使其局部受压，裂缝部位的液芯光纤随之破裂，内部的修复材料液体进而流入受损部位并对其进行修复处理，而且形成记忆合金在作用效应下也会产生一定地热量，使其能有较好的固化质量，使愈合效果更好满足要求。

郑州大学的相关学者于2005年将一种名为胶劲剂的修复性材料包于微胶囊中拌入到混凝土拌合物中，一旦混凝土有裂缝出现时，在外力作用下，胶囊将会发生破裂，其中的胶劲剂便能流出，从而使混凝土构件的裂缝能够有愈合效果。2010年国内一些学者实验研究了提前将形成记忆合金设置于混凝土构件中，并用电击的方法对其进行加热，综合分析展示了这一方法确实能够在一定程度上减缓构件的变形性能；在之后的研究中，南航的相关学者首先将空心光纤与形成记忆合金搭配埋入混凝土中，实验研究表明二者的结合一方面提高了材料的可靠性，另一方面也能够促使混凝土的裂缝有着满意的愈合效果。

3发展趋势

科技不断向前发展，学者探寻的脚步永不停歇；自从早期的自愈性混凝土概念的提出到2012年10月在荷兰代尔夫特理工大学进行的研究工作，并逐步的进入商业化运作阶段。虽然其发展过程不长，但足以引起了国内外学者专家的研究热议，但就现阶段而言，依然处于试验性阶段，其实用性及经济性依然还没得到很好发展，依然有许多问题需要不断深入研究，诸如，混凝土与粘接剂或者相关胶囊材料及记忆合金等修复性材料的混合配比问题，修复粘接剂的用量，及其性能的稳定性、有效性等的控制问题再者其粘接剂二次使用问题等等都需要我们继续探讨学习，另一方面，其经济性也有待考虑。

虽然其前进的道路困难重重，但隐藏不了自愈混凝土发展的潜在价值。随着社会的发展，科技的进步，上述问题不但能够得到很好的处理，而且我们还会不断朝着新型化，多能化，智能化的方向迈入。在混凝土的运用中，研究人员能够很好的设计出混凝土发生裂缝时，其所需要修复的状态，自愈材料的配合及用量，甚至其粘接剂的有效期能达到建筑结构同样的使用寿命，而且其相应的经济性也能够得到有效控制，使未来的混凝土材料作为一种新型，高效，智能的建筑材料引领建设工程界准确快速的步入建设智能一体化的新轨道，新时代。

4结束语

自愈混凝土技术的开展研发从最初的概念雏形到现在的试验初成阶段，体现了一种科技前进的方向性；科学发展的无界性；人类无畏的探索性；学者不屈的求知性。各领域的发展皆以建设社会，服务人类为目的，都在向着新型，高效，多能，智能化方向发展；作为建设工程领域应用最为广泛的材料，毫无疑问，混凝土必然会朝着智能化及智能一体化方向前进。自愈混凝土给出了混凝土的一个新的定义，引出了混凝土的一系列应用前景，指出了混凝土的发展方向，燃烧了人们对未来智能一体化生活的满腔热情，给出了人们对未来智能化生活的无限遐想。这一切都需要我们期待，也许明天就是。

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