混凝土裂缝自修复技术的现状研究(2)

　　1.3 环境响应高分子自修复材料在混凝土应用进展

　　混凝土结构所处环境主要包括水环境、气体环境、各种阴阳离子环境等, 对混凝土自愈合能力有着不同的影响。关于自修复材料对环境因素响应能力方面, 目前研究较少。Jiang等人研究了矿物外加剂和环境因素对自修复性能的影响, 发现环境p H和温度较高的情况下混凝土裂缝自愈合效果较好[31]。Arn等人合成了高分子自修复剂, 通过红外、核磁、动态蒸汽吸附等方法分析其化学结构、吸附以及膨胀性能。结果发现该高分子自修复剂的膨胀性能与环境p H有关, 可以通过调节环境p H来控制高分子自修复剂的膨胀性能以及释水性能[32-33]。Snoeck研究了高吸水树脂对裂缝的自愈合作用, 发现环境湿度高于90%的时候, 高吸水树脂具有明显的裂缝愈合作用[34]。Lee等人研究了高吸水树脂的裂缝自修复作用, 发现高吸水树脂处于不同溶液中, 膨胀性能也不同[10]。Wieland[35]从热力学的角度, 提出环境水压越大, 越有助于碳酸钙晶体在裂缝中沉积, 从而提高混凝土裂缝自愈合能力。Hans-Wolf[36]研究了温度对混凝土裂缝愈合能力的影响, 发现养护温度越高, 裂缝发生自愈合反应的速率越快, 愈合效果越好。张军学[37]对比了养护条件对水泥基材料自愈合能力的影响, 发现热养护条件对水泥基材料愈合效果最好。刘素瑞等人[38]研究了不同溶液环境下混凝土的自愈合性能, 发现碳酸钠环境下混凝土自愈合效果优于水环境。应该来说, 环境响应型自修复材料的开发对于混凝土自修复来说提供了新的契机。

　　1.4 自修复效果的评价方法

　　目前自修复性能的评价方法主要分为三类[27]:

　　(1) 力学性能的恢复。主要是检测开裂混凝土经历一段时间的自修复之后的力学性质, 并与未开裂混凝土样品进行对比。常用的力学性能检测方法有三点/四点弯曲试验、抗压/抗拉试验、水平变形和冲击载荷试验。还有另外两种非力学试验也可用来评价力学性能, 即声发射分析和共振频率分析。

　　(2) 抵抗性的恢复。主要评价指标有传输性、电阻率及连续性, 通过检测经历过一定时期修复过程的样品的传输性、电阻率以及连续性, 并与未开裂的样品进行对比, 分析3种性能的恢复程度。其中将基于传输性的恢复程度作为自修复效果的评价方法是目前比较流行的, 尤其是水分渗透性指标, 包括微胶囊自修复、渗透结晶性自修复、微生物自修复在内的自修复技术的修复性能均可采用水分渗透性来评价。电阻率指标在混凝土自修复剂的修复效果评价中相对采用较少。比较常用的检测混凝土连续性的方法主要有超声波法、锈蚀试验以及盐冻试验。超声波法不仅可以检测混凝土内部缺陷及不连续性, 还可以预估缺陷的大致位置、尺寸、方向及形状。

　　(3) 可视化的表征。属于定性分析方法, 主要针对修复后的混凝土的结构、组成可视化, 例如晶体的沉淀过程、微胶囊修复剂的释放过程以及裂纹的闭合过程。此方法需要借助于特定的仪器设备, 可以进一步分为显微镜法、影像法以及光谱学3种。显微镜主要用来观测修复前后混凝土的微观结构及特征, 最常用的是结合光学显微方法 (包括SEM、ESEM) 的岩相分析。采用光学数码显微镜观测裂纹表面, 获取裂纹表面的等值线图, 从而测得裂纹宽度以及晶体产物。SEM及ESEM通常需要结合BSEI (背散射电镜) 一并使用。通过这些图片可以推导样品的晶体结构、再水化产物的形状、尺寸等。影像法主要指采用BSEI、X射线断层扫描、中子射线等方法, 也是比较常用的方法之一。光谱学则是用来分析自修复后样品中的晶体材料、化学组成、沉淀产物。当一束光射到样品表面, 可以记录下透射光的光谱, 通过分析光谱中峰的位置、形状、强度来推导样品的原子、分子结构。常用的光谱学方法有X射线光谱、红外光谱、拉曼光谱、X射线衍射光谱等。其中X射线衍射法可以得到晶体样品的3D图, 从而可以分析自修复区域的再水化产物的组成。同时也可以采用核磁共振技术在微米以及纳米级别的角度研究自修复过程。

　　1.5 目前存在的问题

　　(1) 自修复剂自身对基体不同破坏力的感知能力的控制有待改进。

　　(2) 无论在修复剂自身性能研究还是修复效果评价方面都缺乏相应的系统的评价体系。

　　(3) 修复黏结剂的选择、封入的方法、流出量的调整、释放机理的研究、分布特性、与混凝土的相容性等问题, 研究尚不完全。

　　(4) 针对外部环境因素在混凝土自愈合能力方面的影响的研究较少。

　　2 结论

　　混凝土的自修复系统为基体微裂缝的修补和有效地延缓潜在的危害提供了一种新的方法。一个自修复系统将免去有效的监测和外部修补所需的高额费用, 节省建筑结构运行费用, 同时有利于其安全性和耐久性, 混凝土材料的使用寿命也将延长。针对混凝土裂缝自愈合的特点, 开展相关有效的综合评价方法研究, 对于混凝土裂缝自愈合技术的发展十分必要。

　　参考文献
　　[1]ABRAMS A.Autogenous healing of concrete[J].Concrete, 1925 (10) :50.
　　[2]董利.智能混凝土发展现状与展望[J].科技信息, 2012 (4) :414-415.
　　[3]RYU J, OTSUKI N.Crack closure of reinforced concrete by electro deposition technique[J].Cement and Research, 2002, 32 (1) :159-164.
　　[4]侯子义.裂缝自愈合混凝土研究现状与发展趋势[J].中南公路工程, 2005, 30 (1) :165-167.