混凝土裂缝自修复技术的现状研究

混凝土裂缝自修复技术的现状研究 本文关键词：裂缝，混凝土，修复，现状，研究

混凝土裂缝自修复技术的现状研究 本文简介：摘要：阐述了现有的混凝土自修复技术的研究现状,包括自修复技术的发展历程、自修复技术特征、自修复效果评价方法以及当前存在的问题,指出了自修复技术在混凝土结构领域的研究意义和必要性。　　关键词：裂缝;自修复技术;评价方法;　　0引言　　混凝土结构受温、湿度的变化、外部荷载等各种环境因素影响,导致不同形貌

混凝土裂缝自修复技术的现状研究 本文内容：

　　摘要：阐述了现有的混凝土自修复技术的研究现状, 包括自修复技术的发展历程、自修复技术特征、自修复效果评价方法以及当前存在的问题, 指出了自修复技术在混凝土结构领域的研究意义和必要性。

　　关键词：裂缝; 自修复技术; 评价方法;

　　0 引言

　　混凝土结构受温、湿度的变化、外部荷载等各种环境因素影响, 导致不同形貌、不同尺寸的微裂纹或损伤产生。这极大地降低混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力。若得不到及时有效的修复, 势必直接影响结构的正常使用性能, 并缩短使用寿命, 甚至引起灾难性事故, 威胁到人们的生命和财产安全。

　　由于探测技术的局限性, 实际工程中细微观尺度的损伤难以快速、准确探测, 同时, 一般常规修复方法也难对于内部微裂纹进行有效的修复。为了解决混凝土服役过程中微裂纹修复问题, 提高混凝土性能稳定性、延长混凝土使用寿命, 混凝土自修复材料与技术的开发已成为混凝土开发中的一个重要研究领域。

　　针对传统方法难以实现对于混凝土微裂纹修复的问题, 自修复混凝土可基于材料内部损伤及所处位置进行即时感知, 实现对裂纹和损伤部位主动修复, 从而恢复甚至提高混凝土材料的力学性能, 延长结构使用寿命。目前国内外研究人员在自修复混凝土开发上的工作主要集中在容器、胶黏剂的选择与优化, 自修复混凝土制备工艺开发以及自修复性能指标评价等方面。开发新型可靠的混凝土自修复技术, 并对其修复机制进行深入研究, 对于改善混凝土材料耐久性, 提高混凝土构筑物服役寿命具有重要意义。

　　1 国内外研究现状及发展动态分析

　　1.1 混凝土自修复发展历程

　　1925年Abram发现测完28 d抗压强度的损伤混凝土试件置于户外环境8年后, 抗压强度提高至28 d的两倍多, 至此首次发现混凝土的自修复现象[1]。之后挪威的Stefan将遭受冻融损伤的混凝土放在水中2~3个月, 发现混凝土抗压强度出现4%~5%的恢复[2]。日本Nobuaki和美国Ryu采用电化学技术研究了钢筋混凝土裂缝的愈合, 发现裂缝愈合并且渗透性降低[3]。90年代初期, 日本学者分别用环氧树脂、水玻璃作为修复剂注入空心玻璃纤维或胶囊中掺入混凝土, 发现当混凝土开裂的时候, 纤维或胶囊发生破裂, 修复剂流出覆盖裂缝, 使得裂缝愈合[4]。1994年, 美国Carolyn教授将装有胶黏剂的载体掺到混凝土中, 配制成自修复混凝土[5]。1995年, 美国Illinois大学采用传感装置来感知混凝土开裂, 并释放修复剂实现裂缝自愈合, 使混凝土具备了自诊断、自修复功能[6]。1998年, 美国密歇根大学Victor等人将含有超强力胶水的纤维管预埋在混凝土中, 发现预埋了修复纤维的混凝土刚度得到明显恢复[7]。Motuku[8]等人重点研究了在空心纤维在基体中分布以及修复剂的释放。Tsuji等人1998年提出将高吸水树脂做为混凝土自修复材料来使用, 之后Lee等人深入研究了高吸水树脂的自修复性能[9]。2001年White[10]把微胶囊自修复基体应用到环氧树脂材料中, 制备出自修复环氧树脂材料的自修复效率可达75%。

　　国内对自修复混凝土的研究做了大量的工作:南京航空航天大学于1997年研究了利用液芯光纤和形状记忆合金对复合材料结构中的损伤进行自诊断、自修复的方法[11]。同济大学习志臻和姚武等人研究了仿生自诊断和自修复智能混凝土, 在混凝土传统组分中复合特殊组分如仿生传感器、含胶黏剂的液芯纤维等, 形成智能型仿生自诊断、自愈合网络系统[12-13]。欧进萍、匡亚川等人重点研究了将装有修复剂的玻璃纤维管埋入水泥基材料中的修复效果[14-15]。2011年, 华南理工大学的学者采用原位聚合法, 将双环戊二烯胶黏剂加入到了脲醛树脂里, 成功合成了以脲醛树脂为壁材, 双环戊二烯胶黏剂为芯材的自修复微胶囊[2]。

　　1.2 自修复最新技术及其特征

　　混凝土自修复技术大体可分为主动式和被动式修复[16]。主动式修复为水泥基体中预埋有裂纹感知系统和修复体, 当混凝土产生损伤时, 传感器可及时感知确定损伤位置, 并将信号传送给外部控制系统, 外部控制系统激发修复体系释放修复剂对损伤部位进行修复。目前主要包括形状记忆合金和空芯光纤修复技术。形状记忆合金通过通电激励形状记忆合金使之产生形状恢复效应, 对裂缝面施加压应力, 迫使裂缝合拢、减少裂缝末端应力集中, 抑制裂缝发展, 达到裂缝自修复。形状记忆合金可实现长期在线实时监测, 达到结构自修复功能[17]。但是, 形状记忆合金的形状记忆效应有赖于加热, 这限制了它的工作范围, 且长期使用工作稳定性较差[18-19]。空心光纤是指纤芯、包层和涂敷层等组成的多层介质结构。将含修复剂的空心光纤网络预埋于混凝土中, 当混凝土结构产生内部变形或损伤时, 光纤受到外力作用变形, 使得光损耗加大, 改变输出光信号, 使得监控系统及时监测到基体损伤, 并精确判断损伤位置, 进而在注胶系统加压作用下, 纤芯内修复剂从空芯光纤管内迅速流出, 对损伤处进行修复[20]。空心光纤弥补了工程应用中无损检测与修补方法的不足, 即对结构使用过程中的损伤、疲劳、冲击、缺陷、腐蚀、振动等情况进行实时监测, 又对混凝土的损伤、裂缝进行适时的快速修复, 实现了光传输、损伤诊断和损伤修复的一体化[21]。但是, 空芯光纤纤芯很细, 容量非常有限, 制约了修复剂的储存量, 并且空心光纤与混凝土结构也存在匹配问题[22]。

　　被动式修复是指混凝土损伤变形时, 将预埋于内部的修复体系撕裂, 修复剂流出封堵裂纹, 主要包括微胶囊技术、中空纤维技术、渗透结晶法、微生物修复等[23]。微胶囊技术是预先掺入装有修复剂的微胶囊和固化剂, 出现裂缝的时候, 裂纹尖端的微胶囊在集中应力的作用下破裂, 修复剂流出, 渗入基体的裂纹中, 与分散在基体材料中的固化剂相遇, 修复剂固化将裂纹修复[16]。但是修复树脂储存量有限, 并且催化剂和微胶囊的分散要与破坏区域相匹配, 同时修复树脂消耗后会产生内部孔隙[24]。中空纤维自修复方法是将胶黏剂注入到中空玻璃纤维中并埋到混凝土中, 从而形成智能仿生自愈合网络系统。当混凝土出现损伤和裂纹时, 纤维内胶黏剂流出渗入裂纹, 化学作用下胶黏剂发生固结, 从而抑制开裂、修复裂纹。渗透结晶法的主要原理是在混凝土制备过程中掺入渗透结晶材料, 其中的活性功能组分在混凝土干燥时处于休眠状态, 当混凝土发生开裂且有水渗入时, 活性组分发生化学反应生成新的结晶物质, 填充裂缝, 实现裂缝自愈合[25]。渗透结晶法因具有所生成的产物与水泥水化产物类似, 可实现重复自愈合功能, 并且可在一定程度上实现混凝土力学性能和耐久性的修复。裂缝微生物修复是一种新型修复技术, 其机理是利用自然界普遍存在的矿化微生物的新陈代谢, 生成一些以碳酸钙为代表的相对 …… 此处隐藏：1981字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……