混凝土的自愈合

1、混凝土的自愈合(Self-healing )行為及其機理混凝土以其良好的耐久性廣泛的應(yīng)用于工程建設(shè)，是日 前應(yīng)用最廣泛的工程材料，在國民經(jīng)濟建設(shè)中具有重要地 位。但混凝土本身脆性大,且受物理收縮、內(nèi)外溫差等不利 因素的影響,不可避免地會產(chǎn)生局部損傷和裂縫,如果不能 及時修復(fù)，必然會影響材料的正常使用?；炷磷鳛榱己玫?建筑材料，其開裂雖然不是可逆過程，但混凝土對裂縫具有 自我修復(fù)，自我愈合的能力?；炷恋淖杂闲阅芸梢栽诓挥绊懟炷两Y(jié)構(gòu)尺寸和美 觀的條件下使混凝土的裂縫產(chǎn)生愈合，從而恢復(fù)和提高混 凝土的性能。實踐經(jīng)驗表明，混凝土自身有對損傷自然愈合 的特性，即開裂后的混凝土在潮濕條件下或在水中

2、養(yǎng)護，裂 縫能達到一定程度的愈合。Abrams( 1925年)是第一個發(fā)現(xiàn) 混凝土具有自愈合現(xiàn)象的學(xué)者，他注意到經(jīng)混凝土抗壓強度 測定后的開裂試件在戶外放置8年后居然愈合了，且其抗壓 強度為28天強度的兩倍多。后來國外也有資料記載齡期為 三年的混凝土開裂愈合后，強度百分之百恢復(fù)?；炷磷杂咸匦裕夯炷磷杂咸匦砸粤芽p處有白色碳酸鈣結(jié)品為特征， 其包含復(fù)雜的物理及化學(xué)過程，主要機理包括：混凝土中未水化的水泥顆粒(如C3S、C3A等)與滲透 水作用并在裂縫處生成水泥水化產(chǎn)物；混凝土硬化體中微溶于水的水化產(chǎn)物Ca(OH) 2與滲透 水及空氣中的CO2反應(yīng)生成的碳酸鈣在裂縫周圍結(jié)品；水滲透導(dǎo)致混凝土

3、內(nèi)部Ca(OH) 2濃度降低，致使與Ca(OH) 2相平衡的水泥水化產(chǎn)物分解，集附在裂縫周圍；空氣中的污染物如灰塵等沉落到滲透水中產(chǎn)生的裂縫 愈合。可見，混凝土裂縫的愈合無論經(jīng)歷哪種方式都必須 以足夠水分的存在為前提，因此潮濕條件或在水中 養(yǎng)護是混凝土裂縫自愈合的先決條件。混凝土裂縫自愈合，裂縫處的主要生成物為水化硅 酸鈣(C-S-H)、Ca(OH)2和CaCO3品體?；炷亮芽p自愈 合裂縫處發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是，未水化的水泥熟料二次水化， 生成水化硅酸鈣(C-S-H)、Ca(OH)2品體，Ca(OH)2品 體會與水中的CO2繼續(xù)反應(yīng)生成CaCO3品體。摻粉煤灰的 試件，隨著自愈合時間的增長，粉煤

4、灰的活性組分會與裂縫 處的Ca(OH)2反應(yīng)，生成一定數(shù)量的水化產(chǎn)物，促進裂縫自 愈合。比較不同粉煤灰摻量混凝土試件的微觀分析，可 以看出，純水泥試件裂縫自愈合后，裂縫處生成物結(jié)構(gòu)比較 致密，Ca(OH)2品體CaCO3品體數(shù)量比較多，而摻粉煤 灰的試件，由于粉煤灰中的主要礦物組成為SiO2，混凝土 中的Ca2+數(shù)量較少，所以裂縫處的Ca(OH)2品體和生成的 CaCO3品體數(shù)量較少。水是混凝土裂縫自愈合的重要條件，是水泥二次 水化和裂縫處生成Ca(OH)2、CaCO3品體的重要條件，水的 存在對特別是對于后期裂縫自愈合起著關(guān)鍵的作用?；瘜W(xué)結(jié)品沉淀引起的裂縫自愈合進程在很大程度上是 由裂縫寬度

5、和水的壓力所影響。碳酸鈣品體的生長速度取決 于裂縫寬度和水壓力，混凝土組成水泥和骨科的種類，水 的種類如水的硬度對自愈合速度具有較小的影響。附加的表 而增強壓力對促進自愈合過程具有很大影響。從熱力學(xué)角度 考慮），提高水溫提高水的值降低水中分壓等途徑有利于裂 縫中碳酸鈣的結(jié)品沉淀。結(jié)品沉淀與滲透結(jié)品機理的裂縫自 愈合形成的必要條件必須有水或足夠的濕度。愈合效果的評 價一般主要考慮強度的回復(fù)率、裂縫界而圖像分析以及第二 次抗?jié)B壓力）。水泥基材料的自愈合能力評價主要考慮自身 潛在的愈合能力以及外部激發(fā)的愈合能力。純水泥混凝土試件，裂縫的自愈合后，裂縫處的劈裂抗拉 強度高于摻粉煤灰和硅粉的試件，純水泥

6、試件裂縫自愈合 效果明顯，混凝土單位體積水泥用量是影響混凝土裂縫自 愈合的主要因素。摻粉煤灰的混凝土試件，早期裂縫處劈裂抗拉強度比較 低，隨著自愈合時間的增長，后期強度增長幅度較大，粉 煤灰不利于混凝土早期裂縫自愈合強度的增長，但對裂縫 后期的愈合效果作用明顯。摻硅粉的混凝土試件，自愈合早期強度增長比較快，隨著 齡期的增長，強度增長逐漸變緩，硅粉對混凝土裂縫早期 自愈合的有促進作用。裂縫寬度對混凝土裂縫自愈合的影響較為明顯，特別是早 期的愈合效果，寬度越大自愈合的效果越差。寬度在 0.50mm以下的混凝土裂縫，經(jīng)過自愈合，裂縫處均具有 一定的劈裂抗拉強度?；炷猎嚰?jīng)過水中養(yǎng)護，180d裂縫處

7、的劈裂抗拉強度 強度，一般可以達到無裂縫試件的40%，混凝土裂縫自愈 合后，裂縫處強度增加明顯，可以考慮通過混凝土對裂縫 的自愈合能力進行治愈。低強度等級水泥由于其大粒徑顆粒含量較多，使得相同 齡期混凝土試件中未水化水泥顆粒含量較多，因而其自愈 合效果要好于高強度等級水泥的混凝土.摻入粉煤灰的混凝土由于其摻合料的2次水化效應(yīng)而生 成的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣以及水化硫鋁酸鈣等產(chǎn)物不斷 聚集并填塞混凝土裂縫，有助于混凝土抗壓強度的恢復(fù)， 因而其自愈合效果要好于基準(zhǔn)混凝土.8纖維的加入可以起到限制裂紋開展和細化裂紋的作用， 對混凝土自愈合效果的提高有一定的貢獻.混凝土的損傷程度越大，則其自愈合效果越差.早期受壓破壞的混凝土經(jīng)過足夠長時間的