自愈混凝土

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1、自愈混凝土1.概念自修复混凝土是模仿动物的骨组织结构受创伤后的再生，恢复机理，采用修 复胶粘剂和混凝土材料相复合的方法，对材料损伤破坏具有自修复和再生的功能 恢复甚至提高材料性能的一种新型复合材料。2背景混凝土是一种典型的脆性材料，在使用过程中会在外力或其他因素作用下， 产生微开裂或局部损伤，造成力学性能和耐久性能降低，甚至还可能引发宏观裂 缝并出现脆性断裂，产生灾难性事故，给社会造成难以挽回的损失。而目前无论 是在道路桥梁还是房屋土建工程，混凝土的运用都非常广泛，混凝土在工程中应 用越来越普遍，越来越重要，因此混凝土裂缝修复成为了学术界和工程界的研究 热点。裂缝的修复方式大致可分为两种:一种

2、是传统的事后修复方式或定时修复， 这种修复大多针对肉眼能看到的裂缝，修复部位一般为混凝土易损伤处，且受修 复材料限制，容易产生二次开裂，随着技术的发展，混凝土越来越多地被应用到 地下建筑物、核电站及储存剧毒物质装置等特殊环境，这种停留在被动和训一划 模式下的修复方式已不能适应当前对混凝土材料的要求 ;另一种为自愈合自修复， 能够使混凝土裂缝在早期得到控制和修复，避免宏观裂缝的产生及因渗透而带来 的危害，确保了建筑物的安全和耐久性，从而解决了传统方法难以解决和无法解 决的问题。混凝土按其自愈合和自修复作用方式的不同可以分为 :自然自愈合、 工程自愈合、被动修复和主动修复等1。3研究进展自从192

3、5年Abram的一个偶然发现，拉开了自修复混凝土发展的序幕。他 将进行过混凝土抗弯拉试验并已经产生裂缝了的混凝土试件随意扔在户外长达 8年之久，偶然的一天他发现此混凝土试件的裂缝居然已经愈合了。带着惊喜和 困惑他再次将此开裂后自动愈合的混凝土试件进行抗弯拉试验，此时他发现这些 混凝土试件的强度竟然达到了以前强度值的三倍。这个发现让人们对自修复混凝 土的研究燃起了希望。后来有个挪威学者 Stefan Jacobsen 进行这方面的研究也发现，将混凝土进行 冻融循环损伤以后，再将这个混凝土试件放在水中保持2-3 个月的时间，重新再 做混凝土的抗压强度试验时发现试件的强度有了 4%-5%的恢复。东京

4、理工大学的Nobuaki Otsuki教授和美国加州大学伯克利分校的日本学者 J. S. Ryu用电化学技术研究了钢筋混凝土裂缝的愈合，取得了可观的成果。首先， 他们在 100 X 100 X 200mm 混凝土试件上预制表面裂纹或者穿透裂纹，然后将这 开裂的试件浸泡在0. Imol/L Mg (NO) z或者MgClz溶液中，再施加直流电源，电 流密度为:0. 5 -1. OA/m2。裂纹尖端附近电流密度更高，电沉积首先在裂纹尖端形 成，裂纹尖端的曲率半径逐渐增大，最后达到完全钝化，从而在混凝土表面覆盖 约0. 5-2mm的电沉积物，逐渐修复裂缝。裂缝闭合在通电的前两个星期速度最 快，约 4

5、-8 个星期的时间，裂缝几乎完全愈合，并且渗透率也降低了。还有一些 学者在开裂的混凝土中加入特殊的活性无机料和有机化合物，靠混凝土的进一步 水化和有机物在碱性条件下会缓慢硬化的特性，使带有裂缝的混凝土达到裂缝自 修复、自钝化的目的。九十年代初期，日本东北大学的学者三桥博三教授将内含修复剂的玻璃纤维 或空心胶囊掺入到混凝土中，分别用环氧树脂、水玻璃和稀释水玻璃作为修复剂。 将修复剂注入空心玻璃纤维或空心胶囊中，当混凝土在外力作用下发生开裂时， 空心纤维或胶囊破裂，修复剂流出覆盖满裂缝，使混凝土裂缝重新愈合。他们制 作了龄期为7天和 28 天的混凝土试件，测试经不同修复剂修复裂缝后，混凝土 试件的

6、强度恢复率约达 6%。日本学者沼尾达弥研究了自修复混凝土的性能。研究了在自修复混凝土中不 同纤维掺量、尺寸和不同水灰比等因素对自修复混凝土性能的影响。研究得出: 直径为3mmA5mm,掺量3%A5%的玻璃纤维对混凝土抗压强度影响不大，但是 玻璃纤维掺量过大，会导致混凝土强度下降 :水灰比对修复混凝土抗压强度有较 大影响，水灰比越大，混凝土抗压强度越低。1994年,Carolyn Dry教授（美国工Ilinois大学）将载有胶粘剂（缩醛高分子溶液） 的载体（空心玻璃短管或者玻璃空心纤维）加入到混凝土材料中，配制成具有智能 型仿生自愈合神经网络系统的自修复混凝土。自修复混凝土结构一旦受到外界作 用

7、出现损伤或者裂缝时，载体内的胶劲剂修复液就会流出渗入到裂缝，使混凝土 裂缝愈合。将经过自修复胶劲剂修复后的混凝土试件再次进行混凝土抗弯拉试验 发现试件的强度比先前还高，并且混凝土材料的延性也得到了很大的改善。南京航空航天大学的智能材料与结构航空科技重点实验室，在我国的智能复 合材料研究领域处于领先地位。1997 年，他们研究了利用液芯光纤和形状记忆 合金（SMA丝）对复合材料结构中的损伤进行自诊断、自修复的方法。对总体方案 进行了分析，用环氧 E44 和环氧 E51 做了初步试验:将液芯光纤和形状记忆合金 埋入混凝土中，光纤的出射光由光敏管接受，当混凝土发生损伤时，由液芯光纤 组成的自诊断、自

8、修复网络使胶液流入损伤处，同时局部激励损伤处的SMA短 纤维，产生局部压应力，使损伤处的液芯光纤断裂，胶液流出，对损伤处进行自 修复，而且当液芯光纤内所含的胶粘剂流到损伤处后， SMA 激励时所产生的热 量，将大大提高固化的质量，使得自修复完成得更好。2011 年，南京航空航天大学的学者杨红提出:利用空心光纤来实现智能结构 的自诊断、自修复。该文首创将空心光纤用于智能结构中的研究方法，设计了埋 入空心光纤的复合材料的诊断与修复系统，用于检测复合材料损伤程度与损伤位 置以及对损伤处进行自修复等。在此复合材料中，还埋入了形状记忆合金（SMA） 丝以提高复合材料的强度、安全和可靠性。研究的对象是纸蜂

9、窝和树脂基两种复 合材料，利用空心光纤注胶的方法进行了复合材料自修复的研究。试验表明，修 复后的纸蜂窝复合材料完全达到正常材料的使用性能，树脂基复合材料在完全破 坏的情况下，经修复后，材料的拉伸和压缩性能得到很大的恢复。2005 年，郑州大学的学者研究了胶囊型智能复合材料。将含有胶劲剂的微 胶囊颗粒加入到复合材料中，复合材料内部一旦产生损伤或者裂纹，在裂纹扩展 力的作用下，埋入复合材料中的微胶囊就会破裂释放出修复胶劲剂，修复胶劲剂 将裂纹修复有效阻止了裂纹的进一步扩展，实现了材料的自修复功能。2010年，国内学者研究发现:在混凝土梁中预先配置SMA能够显著提高它的 刚度;通过通电激励加热的方法

10、，SMA钢筋恢复力提高可以有效减小梁的挠度和 裂缝宽度;增加SMA合金的总截面面积（即提高它的配筋率），可以提高合金对混 凝土梁的驱动效果。国内外对自修复混凝土的探究主要有2个大的方向: 用胶囊或者空心纤维玻璃管等可以承载胶劲剂的载体，将修复胶劲剂送入 普通混凝土中，当混凝土受拉产生裂缝时，载体破裂，修复胶劲剂流出，从而对 裂缝进行修复。 形状记忆合金型自修复混凝土:在混凝土容易开裂的区域埋置经过预拉的 形状记忆合金丝（S）和光纤。当混凝土受到外界影响产生裂缝超过允许的宽度 时，通过光纤拾取的信号向微处理系统发出指令，形状记忆合金丝（S）则发挥 功效使裂缝愈合或者限制裂缝的扩张，从而达到自修复

11、裂缝的目的。在自修复混凝土的研究过程中还存在一些难点未得到解决: 自修复混凝土胶茹剂的性能还需得到进一步改善，目前还无法实现多次裂 缝自修复; 自修复混凝土配制的原材料中有对人体产生伤害的物质，还需进一步研究 解决此问题; 胶劲剂载体的加入，会使自修复混凝土自身强度降低。如果能解决此问题， 对自修复混凝土的发展具有重要意义2。4.裂缝产生原因据调查结果显示:在美国有 577000 座公路桥，其中 69%以上都有混凝土的桥 面板，超过 25 年的桥面板大都己经翻新或需要修复。美国大坝委员会统计， 1972 年以前发生大坝病害事故349起，其中严重破坏甚至废弃的重大事故有74起， 威胁公众安全的大

12、坝有160座。国内的建设规模虽不如发达国家，工程历史也不 长，但也存在较严重的混凝土工程损害情况。据对我国70 座大坝调查结果，有 裂缝者占 100%，渗漏溶蚀占87. 5%，冲刷磨损及空蚀占68. 8%,碳化和钢筋锈蚀 局部破损占43. 8%，水质侵蚀占 28%，冻融局部破坏占15. 6%。从以上分析可知: 混凝土的应用是非常普遍的，裂缝在混凝土中的存在也具有普遍性。混凝土裂缝的产生，如果根据裂缝产生的原因则可以划分成两大类，一个是 结构性的裂缝，另一个就是非结构性的裂缝。如果按照裂缝产生时间则可以分为 施工过程中出现的裂缝和使用过程中出现的裂缝。在实际应用当中，比较常见的裂缝就是由化学反应

13、所引起的裂缝。其中，碱 骨料的反应所产生的裂缝和钢筋的锈蚀所产生的裂缝是混凝土结构中最常见的。 混凝土在拌合之后就会出现一些碱性的离子，然后这些离子就会和一些活性的骨 料发生化学反应，从而引起体积膨胀，造成混凝土的酥松、开裂。这种裂缝一般 清况下发生在混凝土结构使用的时候，如果出现这种裂缝，那么就会很不好修补 了。5自愈合混凝土5.1. 细菌混凝土一般存活于极度干燥的环境（如沙漠）甚至超碱性环境中的细菌形成抱子的能 力很强，而且其生存环境与混凝土内部环境相似。这些干燥或耐碱性细菌具有极 低的代谢活性，能够抵抗较高的机械应力和化学诱导应力，并有较长的寿命。目 前己对耐碱性的内生抱子细菌在提高混凝

14、土自愈合能力方而进行了相关研究，并 通过 ESEM 分析（环境扫描电子显微镜）说明了细菌混凝土中方解石沉淀的可能 性。图3 展示了裂缝中沉淀的方解石。/qg.V Sp-ai Magn Det WD |j HO tm2G,0 kV 40 505 BSE 9.72.0 Iutr Ndh it:ill luiiUuE dtrni wd( L J彳1rActf:V IjpDt MaqiiUet WD |i 勺Ujjm2G.0 kV 4.0 500):BSE 10.2 2) Ton G2 loctw研究发现:混凝土基体中的抗碱性内生抱子细菌可以活跃地沉淀碳酸矿物， 用于激活内生抱子的水可以通过裂缝进入混

15、凝土结构。此外，细菌需要有机碳 进行矿物沉淀，并使其转化为无机碳，随后与游离钙沉淀形成碳酸钙。游离钙离 子通常存在于混凝土基体中，但有机碳没有。而理想情况是有机碳也是混凝土基 体的一部分，在这种情况下，只需要外部的水来激活混凝土中的细菌，就可以把 混凝土基体中的有机碳转化成碳酸钙，从而实现裂缝的愈合。基于此，研究人员设计了一个新的方法，即使用一种由细菌和底物混合组成 的两组分生物愈合剂。将细菌和底物都储存在多孔膨胀粘土颗粒中，在混凝土的 生产和硬化过程中保护了细菌，使其存活更长的时间直到需要自愈合。试验制备了只添加底物和添加了底物及细菌的混凝土试样。养护 56 天后进 行拉伸破坏试验使其部分开

16、裂，然后放入一个渗透试验装置中，该试验装置24h 提供侧向水压力。愈合后的裂缝在显微镜下的观测结果如图 4 所示，同时检测了 试样愈合后的渗透性。试验结果表明:细菌混凝土的裂缝愈合比具有相同成分但 没有添加细菌的混凝土更有效。specwnwial spec healingterial specimen fr healing1II:1C O| aiiiroi Iterl1爼 hieall!C InIT-bn* 1lB i透过裂缝渗入的co2与混凝土基体的氢氧化钙反应产生碳酸钙，反应方程式 为:CO2+Ca(OH)2 CaCO3+H2O在这种情况下，由于CO2数量有限，只产生了少量 碳酸钙。同时裂

17、缝表而的氢氧化钙将会溶解并从裂缝扩散，进入外部水溶液中。 随着外部水溶液中CO2含量的增加，溶解的氢氧化钙将在远离裂缝的地方沉淀形 成碳酸钙。而由于细菌进行碳酸钙的转化十分活跃，使得自愈合过程更加高效:Ca(C3H5O2)2+7O2 一 CaCO3+5CO2+5H2O 这个过程间接地和裂缝表而的氢氧化钙反应产生CO2。在后而的过程中，氢氧化 钙并没有溶解扩散，而是直接与细菌产生的CO2反应生成碳酸钙，使得裂缝愈合 效果更好。由此看出，生物愈合剂的自愈合效果相对较好，可以作为以化学成分或水泥 粘合剂为基础的自愈合剂的替代品3。5.2 自愈合纤维混凝土研究表明:裂缝的宽度是混凝土发生自愈合的关键。

18、能够发生自愈合过程的 裂缝宽度要求低于200pm，最佳情况是低于50 pm，特别是对于持续水化水泥的自愈合过程。然而在实际中是很难达到裂缝宽度要求。为了能够有效地对裂缝宽 度进行控制，Li等人开发了一种新的纤维增强应变硬化水泥基复合材料，称为高 延性水泥基复合材料(Engineered Cementi-tious Composites，简称 ECC),ECC 是根据 微观力学和断裂力学原理设计以控制裂缝宽度。ECC中使用的纤维在经过设计后 与砂浆基体协同作用，从而抑制局部性的脆性破坏。即使混合料局部受到几百牛 顿的拉力，也只会产生微裂纹损伤。应变硬化水泥基复合材料(Strain Hardeni

19、ng Cementitious Composites，简称 SHCC)是代尔夫特大学Microlab的一个主要研究课题。对SHCC梁试件进行四点 弯曲试验，试件挠度高达2. 4 mm，随后分别将其在水和空气中养护28 d。在水 中养护的试件表现出极佳的挠度增强能力和刚度恢复能力，然而在空气中养护的 试件并没有表现出以上性能。 ESEM 和 XEDS(X 射线衍射)的观察结果进一步证实 了这个发现。愈合后试件的机械性能得到了恢复，裂缝中充满了反应产物(图5)。1JQ L，i1 -H1 Mjiiivurin Wil F* 11 11 VWr. a.a金淞w nuj ilJ11j| Turr Njw

20、-irb-iII 1 ndi nJimi-Eii? P注W A基于上述研究可以得出以下结论:(1) 在水中养护的试件自 愈合后的弯曲能力与 原始试件相比可以恢复 65%-105%，而空气中养护的试件的比例是 40%-60%。此外，在初始线性阶段水 中养护的自愈合试件比空气中养护的试件的刚度更大，原因是在水中裂缝内部形 成了自愈合产物。(2)通过 ESEM 和 XEDS 观察发现水中的微裂缝主要通过碳酸钙愈合。从 ESEM 还可以看出，愈合产物是从裂纹的两边向中间生长的。这是因为裂纹表而附近氢 氧化钙的浓度相对较高，这些氢氧化钙从大块胶凝材料和不规则断裂而扩散至裂 缝附近，在裂缝表而附近形成方解

21、石。(3) SHCC 的自愈合能力很大程度上取决于未发生水化的水泥及其他胶结材 料。低水灰比的胶结材料更能促进自愈合过程。(4)减小 SHCC 混合物中裂缝的宽度同样是研究的重点，因为减小裂缝宽度将 减少对用于填补裂缝的愈合产物的需要，愈合产物更容易从裂缝的两而生长从而 连接到一起。大裂缝和在空气中养护的试样的自愈合仍需进一步研究。图 5 表明宽度小于15 pm的裂缝很容易愈合。但是宽度大于60pm的裂缝只能部分愈合。为了进一 步减小裂缝宽度，对添加超细纤维的PVA(聚乙烯醇)纤维增强水泥基复合材料 进行了相关研究。超细纤维采用长度为2 mm和平均直径8pm的钢棉或岩棉纤 维。这些超细纤维有助

22、于分散水泥基中的裂缝，从而减小裂缝，提高自愈合效果。针对自愈合只能在有水存在的条件下发生，己有两种方法使自愈合在干燥环 境下也能发生。中空植物纤维可以存储大量液体，因此可被用于新的混凝土自愈 合体系。将植物纤维作为储存愈合剂的储存器，一旦产生裂缝，纤维破裂后愈合 剂就会向裂缝扩散并最终愈合裂缝。研究表明:使用填充了愈合剂的涂层木纤维 (或纤维束)也能实现混凝土裂缝的自愈合。为了使新的自愈合系统起作用，至关 重要的就是将纤维中的愈合剂释放。在研究中，首先在木纤维束上涂覆聚硅氧烷 涂料，然后填充荧光染料愈合剂，最后密封。然而，涂层木纤维在分层模式中容 易失效(图 6)，失效与纤维长度和两端密封引起

23、的负压力无关，可能是因为在单 一裂缝平而上连续纤维或短纤维易被破坏， 导致了 愈合剂的流失。在干燥环境下提高自愈合能力的第二个方法是在混合料中使用高吸水树脂 (Super Absorbent Poly-mers,简称SAP)。SAP吸水后在混凝土中可以发生水化反 应，从而在后期促进自愈合过程。SAP通常被用作减少混凝土收缩的外加剂。相 比于其他贮存水的容器,SAP所在的结构在经受下雨天气后将被重新充填,然后缓 慢释放出自愈合过程所需要的水3。5.3.形状记忆合金的损伤控制形状记忆合金(shape memory alloy，SMA)是智能结构中的一种驱动元件， 其特点是具有形状记忆效应和超弹性效

24、应，可以实现长期、在线、实时监测，并 进一步实现结构的自修复功能。普通的金属材料，当内部应力超过其弹性极限时， 将产生塑性变形，由于塑性变形的不可逆性，卸载之后，材料的变形不可恢复， 而形状记忆合金具有形状记忆效应.将形状记忆合金材料在高温下定形，冷却到 低温，并施加变形，使它存在残余变形。如果对形状记忆合金进行加热，就可以 使低温状态所存在的残余变形消失，形状记忆合金将恢复到高温下所固有的形状 随后再进行冷却或加热，形状将保持不变。上述过程可以周而复始，仿佛合金记 住了高温状态所赋予的形状一样。形状记忆合金可恢复的应变量高达7%一8%， 形状记忆合金具有双程记忆效应和全程记忆效应。图2表达了

25、 SMA受载变形、 加热恢复初始形状的形状记忆效应的微观机理。加热加载卸载马氏体图2 SMA形状记忆效应的微观机理M奥氏俸挛晶型马氏体乌氏体把经过预拉伸的 SMA 丝埋入混凝土构件的受拉区，当构件或结构在工作中 出现了不允许的裂纹或裂纹宽度时，对处于裂纹处或裂纹附近的SMA丝通电加 热激励，使其收缩变形，从而使裂纹闭合或限制裂纹的进一步发展，这样构件就 成了具有自诊断、自修复功能的智能混凝土构件.将形状记忆合金用于梁荷载裂纹自修复试验时，形状记忆合金被激励起来后 梁在合金回复力作用下产生反向弯矩，使其挠度不断减小.SMA 虽然具有众多优点，但因利用其形状记忆效应时需要加热，限制了它 的工作范围

26、，一般只能用于10 Hz以下的振动响应控制，且长期使用后，材料本 身会产生蠕变，工作稳定性较差。此外，由于材料本身的电阻不大，采用电加热 方式激励SMA时就需要较大的电流和较粗的导线。温度过高也会影响SMA的记 忆性能。目前市场上每公斤NiTi SMA的价格在1 500元左右，是普通钢材价格的 700倍，差距非常大。这些缺点限制了 SMA材料在水泥基材料自修复中的应用。SMA 在混凝土结构损伤自诊断、裂纹自闭合、实现结构构件的紧急自修复 应用方面具有很大优势，但是SMA电阻变化率敏感性和驱动性受SMA丝与混凝 土的锚固、粘接和预张拉等因素的影响，目前尚在深入研究中4。5.4.基于胶囊方式的自修

27、复微胶囊方式的自修复方法的基本原理是:装有修复剂的微胶囊和固化剂均 匀分散在基体材料中;当基体材料产生裂纹时，裂纹尖端的微胶囊在集中应力 的作用下破裂，修复剂流出，在毛细作用下渗入基体裂纹中；渗入裂纹中的修 复剂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，抑制裂纹继续 扩展，达到恢复甚至提高材料强度的效果，完成对损伤进行自修复。物理法制备微胶囊就是采用物理变化的方法来制备微胶囊。微胶囊的物理制 备法主要有:喷雾干燥法、喷雾冷凝(冷却)法、空气悬浮法、挤压法、包合法等等。2001 年 White 等在自然杂志上报道将埋植技术、烯烃聚合和高分子体 系等集为一体，将环戊二烯二聚体包裹在脉醛

28、树脂制成的微胶囊，与催化剂一起 分散在环氧树脂基体中。当材料产生裂纹时，由微胶囊破裂释放出环戊二烯二聚 体，由于裂纹产生的毛细管虹吸作用，环戊二烯二聚体迅速渗入裂纹与催化剂产 生交联聚合，从而达到用于聚合物基复合材料的自修复目的。这种方法的巧妙在 于反应机理属于活性聚合，修复后聚合物端基仍有活性，重新注入单体可以继续 聚合，因此只要适时添加单体即能对再产生的裂纹进行多次修复。这种由损伤激 发的自修复模型为定点修复提供了可能，另外修复剂发生活性聚合反应，一部分 修复剂发生反应并不影响其他修复剂的修复性能，从而被材料多次修复成为可能。根据材料修复机理可知，用于自修复的微胶囊不仅要在存放过程中储存修

29、复 剂，而且当基体材料发生破坏时，还要能为修复过程提供一个驱动力。微胶囊必 须拥有足够的强度，在聚合物加工过程中保持完整无损，且拥有足够的外力灵敏 性，在聚合物发生破坏时能够迅速破裂.这样，就要求包覆修复剂的囊壁与基体 有高豁结强度。同时，修复剂的豁度要小，具备良好的流动性，在环境温度和压 力下可以长期储存，发生聚合时体积收缩率低。为了保证有足够长的存放寿命， 囊的密封性要好，保证修复剂不能渗透和扩散到囊壁外。图 4 为用于复合材料自 修 复 的 微 胶 囊 及 其 破 裂 后 的 显 微 照 片 。图4 IT修复概念及热聚物基体屮微胶囊自修复方法具有如下优点:有利于单一树脂体系的修复;在树脂

30、体微胶橐技术的基本修复模式(b)破裂皱胶囊的密EM结果系的自修复中具有较好的强度恢复;水泥基体内部存在大量微小空隙，这些微 空隙为微胶囊提供了天然存储场所，微胶囊易于均匀分散于材料中不会明显影响 材料的性能。微胶囊自修复方法的缺点表现在:要求微胶囊破裂以释放修复剂;树脂胶 囊必须紧密接触催化剂;胶囊的掺入影响基体中纤维的选择;催化剂和微胶囊 的分散要与破坏区域相匹配;树脂储存量有限;修复树脂消耗后产生内部孔隙; 树脂必须与微胶囊壁材相匹配;在复合材料自修复技术上存在应用难题。胶囊化的化学结晶型自修复混凝土，将作为修复剂的无机盐（一种或两种以 上的复盐）真空浸渗到球形多孔骨料中（如陶粒、珍珠岩等

31、），通过浸渗次数控制多 孔骨料中的修复剂含量，然后将骨料表面用沥青或树脂密封，最后在骨料表面豁 附致密的低水灰比水泥浆或矿物掺和料（硅灰、矿粉和粉煤灰等），表面豁附的水 泥或掺和料在混凝土基体中持续水化，改善了骨料与混凝土的界面结合情况。将 载有修复剂的骨料按普通方法制备成轻质自修复混凝土，载有无机修复剂的多孔 骨料均匀分散于混凝土中.将硬化成熟的自修复混凝土施加一定程度的外荷载至混凝土基体内部开裂 损伤处，混凝土的变形导致多孔骨料破裂，骨料内的无机修复剂溶于混凝土基体 的水溶液中并扩散至裂纹处，无机盐与裂纹处水泥粒子及水泥水化产物反应生成 钙矾石晶族，由于钙矾石为水泥水化产物中的一种，故与水

32、泥基体可进行很好的 化学结合，而且无机盐反应生成钙矾石，体积膨胀数倍，有利于封堵裂纹，如 图 5 ， 无 机 盐 修 复 剂 可 明 显 促 进 水 泥 水 化 进 程 。Il1術忆叫彳畑10加60X2八图5掺入和未掺入复剂水泥水化样的XRD图水泥水泥+ M修复剂AAFi CAHm C1-J CSH目前，胶囊化的化学结晶自修复混凝土研究刚刚起步，相关研究成果很少，一些关键技术尚待解决，如修复剂含量与裂纹参数的匹配，若修复剂过少，则反 应产物不能很好地封堵裂纹;若修复剂含量过高，则生成的钙矾石晶体在裂纹处 过度膨胀会给混凝土基体带来新的损伤4。6.2 自愈合和自修复混凝土存在的主要问题 自愈合和

33、自修复混凝土作为一种新型复合材料被国内外众多学者研究，虽然 取得了一些研究成果，但口前还处于初级阶段。在研究过程中，有以下问题履待 进一步研究:(1)纤维增强水泥基复合材料虽然比普通混凝土具有较高的潜在自愈合性能， 但依然受到龄期、环境介质、温湿度和外加剂等的影响，耗时长，效果不明显。 因此需选择更好的愈合方式。(2) 微生物的使用可促进混凝土的自愈合，但也存在一些缺点，例如 :厌氧细 菌酶化作用时产生氨气，不仅危害人体健康，还会转化成硝酸，腐蚀钢筋。细菌 的寿命较短，细菌死亡后在混凝土中留下空穴致使混凝土强度降低，难以满足建 筑物和基础设施的需求。(3) 修复胶勤剂一般具有毒性，很大程度上影

34、响了研究成果在工程中的应用。 在不影响混凝土性能的情况下如何选择修复剂载体的性质及数量、基体开裂后修 复剂如何流出、流出后能否及时修复裂缝、能否进行多次修复等问题还有待深度 研究。(4) 使用智能装置的混凝土主动自修复系统，成本较高，因此如何解决低成 本高性能这一矛盾问题具有一定的挑战性。1 孙道胜，陈远远.自愈合和自修复混凝土的研究进展J.材料导报.20140.62 董利.水泥混凝土自修复技术试验研究D.2013.053 高辉，秦拒泽.解决道路结构耐久性与可持续性的自愈合机理自愈合混凝 土与沥青的最新进展J.中外公路.2014.12.邢锋.自修复混凝土系统的研究进展J.深圳大学学报.2013.09.