“記憶”混凝土結(jié)構(gòu)裂縫自愈合性能研究

徐麗風(fēng) 牛云龍 蹇煬 重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院

“記憶”混凝土結(jié)構(gòu)裂縫自愈合性能研究

徐麗風(fēng) 牛云龍 蹇煬 重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院

現(xiàn)行關(guān)于混凝土自愈性的研究可以分為兩大類，一類是利用生物材料，另外一類是仿生物組織對(duì)傷口部分的愈合。采用生物材料來(lái)將混凝土裂縫自愈合原理是將特殊的細(xì)胞菌子和維持細(xì)菌生存的養(yǎng)分摻合在混凝土構(gòu)件中，這種特殊的細(xì)菌能夠生產(chǎn)石灰，一旦混凝土產(chǎn)生裂縫，水分和水的侵入可以激活這種細(xì)菌生產(chǎn)出石灰石對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行填充，使得裂縫閉合。而仿生材料機(jī)理研究，現(xiàn)只在美國(guó)日本等國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室有研究，而且目前進(jìn)展不大。仿生物原理是仿造生物組織對(duì)受創(chuàng)傷地方自動(dòng)分泌特殊物質(zhì)而使傷口愈合的機(jī)能，而在混凝土自修復(fù)中可以采用的原材料主要有粘結(jié)劑的液芯纖維或膠囊，以此在混凝土內(nèi)部形成智能型仿生自愈合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，當(dāng)混凝土裂縫出現(xiàn)時(shí)，液芯纖維或者膠囊部分受拉裂開，里面的粘結(jié)液將流出而深入到混凝土的各個(gè)裂縫中，而使混凝土停止繼續(xù)開裂并重新愈合。

混凝土 “記憶”結(jié)構(gòu) 自愈合

引言：居于某些具有記憶功能的材料在溫度達(dá)到其變相溫度時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)驅(qū)動(dòng)力，恢復(fù)原來(lái)的形狀的特性，本文將研究，在高溫度應(yīng)力地區(qū)采用記憶材料摻和的混凝土構(gòu)件裂縫自修復(fù)能力。將記憶材料運(yùn)用于高溫度應(yīng)力區(qū)的優(yōu)點(diǎn)是可以將到高溫度應(yīng)力區(qū)裂縫產(chǎn)生的“病害”溫度應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)樾迯?fù)裂縫的動(dòng)力來(lái)源，以此，相互抵消作用，可解決我國(guó)青藏鐵路大溫差條件下橋梁墩臺(tái)，承臺(tái)混凝土開裂問題及耐久性問題，另外對(duì)于川藏鐵路中經(jīng)常出現(xiàn)的混凝土蜂窩麻面、表面龜裂的現(xiàn)象也將有極大的改善，該研究成果可以運(yùn)用于類似工程中，起到從源頭消滅病害的作用。除外本文還提出了摻加鋼纖維對(duì)混凝土裂縫自修復(fù)的影響。

1 實(shí)驗(yàn)原理

主要研究加入鎳鈦合金絲的鋼筋混凝土構(gòu)件，在溫度升高達(dá)到鎳鈦合金的變相溫度時(shí)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力能將裂縫縮小愈合，由此提高混凝土的抗裂性。

2 實(shí)驗(yàn)步驟

利用鎳鈦合金的金屬記憶性，將預(yù)先設(shè)置的記憶形狀為直桿的鎳鈦合金絲放置在鋼筋混凝土的受拉區(qū)，當(dāng)受到一定荷載作用時(shí)混凝土受拉區(qū)產(chǎn)生裂縫，放置在受拉區(qū)的鎳鈦合金彎曲，此時(shí)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行加熱，當(dāng)達(dá)到鎳鈦合金的變相溫度時(shí)，它將立即恢復(fù)原來(lái)的直桿狀態(tài)，變形儲(chǔ)存能力轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)力帶動(dòng)混凝土閉合，撓度減小，裂縫愈合，提高混凝土的抗裂性。其次在鎳鈦合金混凝土構(gòu)件中摻入鋼纖維，研究其對(duì)混凝土構(gòu)件撓度與裂縫寬度變化規(guī)律的影響以及對(duì)記憶合金發(fā)揮作用后裂縫愈合的影響。

3 技術(shù)路線

首先制作鎳鈦合金絲鋼筋混凝土梁的物理模型，進(jìn)行三分點(diǎn)加載試驗(yàn)，然后對(duì)鎳鈦合金絲進(jìn)行加熱，實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)一些調(diào)試達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，然后基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制裂縫——溫度曲線圖，分析在加熱情況下，摻加鎳鈦合金的鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫愈合程度。

設(shè)置鎳鈦合金記憶形狀→綁扎鋼筋籠子（放鋼絲和PVC管）→拌制水泥砂漿→制作混凝土構(gòu)件模型→加載實(shí)驗(yàn)→數(shù)據(jù)處理和分析。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）將材料的形狀記憶功能與混凝土結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)材料跨領(lǐng)域結(jié)合，以有效解決混凝土易開裂的問題，實(shí)現(xiàn)裂縫的自修復(fù)，有助于混凝土耐久性的提高。

（2）鎳鈦合金變相溫度低，只要溫度達(dá)到40攝氏度，若運(yùn)處于溫差反復(fù)作用的混凝土構(gòu)件中，可以從源頭上抑制裂縫的發(fā)展。

5 研究推廣

（1）將鋼纖維與鎳鈦合金同時(shí)加入混凝土中，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)探究鋼纖維對(duì)記憶混凝土裂縫自修復(fù)的影響，為實(shí)際工程運(yùn)用提供參考。實(shí)驗(yàn)可以廣泛推廣于道路工程領(lǐng)域，如將記憶合金運(yùn)用于瀝青混合料中，提高瀝青混合料高溫抗車轍性能。

（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究更加全面地了解“記憶”鋼筋混凝土的特性，解決混凝土帶裂縫工作問題，為“記憶”鋼筋混凝土的推廣應(yīng)用提供參考。

[1]侯子義，《裂縫自愈合混凝土研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)》，長(zhǎng)沙：中南公路工程，2005年

[2]姚武，吳科如，《水泥基材料損傷自愈合的理論與方法》[M]，北京：冶金工業(yè)出版社，2001年

[3]田喜東,馬鵬舉;鋼纖維混凝土施工工法及鋼纖維混凝土裂縫控制[J];中國(guó)科技信息;2005年14期

[4]倪立峰,李秋勝,李愛群,韓玉林;新型形狀記憶合金阻尼器的試驗(yàn)研究[J];地震工程與工程振動(dòng);2002年03期