自愈合混凝土施工技術(shù)研究

吳風(fēng)穩(wěn) 劉文旭 楊成玉

【摘要】混凝土裂縫問題是一個(gè)技術(shù)問題，由于水泥的廣泛使用，在施工中采取了一些解決方法，雖然取得了一些成果，但裂縫問題仍然得不到有效解決，甚至成為混凝土質(zhì)量問題的頭等大事。因此，有必要采取應(yīng)對施工建設(shè)的措施，加強(qiáng)研究，盡快減少裂縫。當(dāng)前混凝土裂縫自愈合的研究還處于初期階段，因此為了進(jìn)一步發(fā)展混凝土裂縫的自愈合技術(shù)，建設(shè)人員需要進(jìn)行不斷地研究與創(chuàng)新。本文簡要介紹了幾種常見的混凝土自愈合技術(shù)，并分析了混凝土自愈合技術(shù)現(xiàn)有的問題，雖然混凝土自愈合技術(shù)也有一定的問題，但在混凝土施工建筑的普遍趨勢下，自愈合技術(shù)蘊(yùn)含著巨大的可能性。

【關(guān)鍵詞】混凝土;自愈合;施工技術(shù)【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

自愈合混凝土需要使用一些材料，解決滲漏，防止裂縫，確保干燥環(huán)境，確?；炷两Y(jié)構(gòu)整體安全性。在長期的工程實(shí)踐中，需要研究自愈混凝土的結(jié)構(gòu)技術(shù)，與設(shè)計(jì)單位合作處理了技術(shù)的主要問題。如果裂縫出現(xiàn)在混凝土上，不及時(shí)修復(fù)，不僅會影響材料的正常使用，還會導(dǎo)致建筑的使用壽命?？紤]到上述問題，國內(nèi)外許多學(xué)者開始研究混凝土裂縫的修復(fù)，形成了一整套建設(shè)方法和相關(guān)技術(shù)，以防止混凝土裂縫的不利影響。目前有兩種修復(fù)裂縫的方法：一種是傳統(tǒng)的事后維修或定期維修。另一個(gè)是自我修復(fù)，即在早期階段控制和修復(fù)混凝土裂縫，以防止裂縫的發(fā)生。

1、自愈合混凝土的特性

自愈合防水混凝土意味著按比例添加混凝土的防水劑完成混凝土的灌注后，混凝土的滲透性將大幅降低。添加劑的添加會使混凝土中的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，微細(xì)較長的結(jié)晶通過滲透結(jié)晶化在混凝土主體中生成，減小裂縫，使混凝土的內(nèi)部間隙緊湊化?；炷劣不?，結(jié)晶性化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入休眠狀態(tài)，再次引起化學(xué)反應(yīng)，生成新的結(jié)晶，直到水再次滲透（例如通過新的裂縫滲透的水）。只要有外部浸水的環(huán)境，混凝土中的結(jié)晶化就會持續(xù)生長，完全保證與混合物混合的混凝土的高緊湊性和裂縫自愈合。當(dāng)混凝土充滿水時(shí)再次反應(yīng)的這種性能，使混凝土通過防水混合劑具有自愈合能力。自愈合混凝土的建造技術(shù)含有防水材料，隨著水泥之間的間隙向外側(cè)膨脹直到充滿?；谶@種材料，混凝土總是不溶于水，當(dāng)它注滿水時(shí)，會生成具有強(qiáng)大生長能力的晶體。遇到水，瞬間呈現(xiàn)發(fā)育狀態(tài)，無水干燥環(huán)境保持休眠狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)主要結(jié)構(gòu)和防漏共存，拯救堿凝聚反應(yīng)、波特蘭水泥過度水合熱、使用時(shí)超高負(fù)荷下裂縫引起的混凝土裂縫等疾病。如果由于混凝土硬化、收縮或者外部環(huán)境的地震等原因發(fā)生裂縫，水就會進(jìn)入混凝土，再次引起化學(xué)反應(yīng)，生成新的晶體，使裂縫變得緊湊，充滿。這種裂縫自愈合能力不僅是晶體技術(shù)最獨(dú)特實(shí)用的特征之一，而且有助于極大降低混凝土的長期維護(hù)和維修成本。自愈合致密的混凝土防水施工技術(shù)，可以妥善解決地下混凝土基礎(chǔ)建設(shè)前、中、后的問題。在使用過程中，它需要在建筑工地中混凝土混合車間增加防水結(jié)晶混合，而不涉及工具。在混凝土中混合防水晶體，會增加建筑物的有效空間。與這種防水技術(shù)相比，傳統(tǒng)防水的性能自建成以來開始下降，損傷已經(jīng)存在。但是，注滿水后生長的結(jié)晶，會填補(bǔ)通過與混凝土混合可以永久防水的混凝土縫隙。同時(shí)，注入混凝土后，使用結(jié)晶表面處理劑可以實(shí)現(xiàn)壁面防水。具體的自我修復(fù)技術(shù)和分類方法有很多。根據(jù)修復(fù)原理，自愈合混凝土技術(shù)相關(guān)特性很容易被引入。

2、環(huán)境對混凝土自愈合能力的影響

2.1溫度和濕度對于混凝土自愈性的影響

混凝土的環(huán)境很復(fù)雜，會影響自愈合能力。一旦水泥周圍的溫度和濕度發(fā)生變化，水泥中的水也會發(fā)生相應(yīng)的變化。如果水泥連續(xù)失去水，水泥本身可能會收縮。由于水的損失引起的水泥的收縮后，裂縫自然會發(fā)生在混凝土本身上。這個(gè)裂縫的寬度與水引起的收縮程度直接相關(guān)，也就是說，引起的收縮程度越高，裂縫就越大。低溫期間對土壤建設(shè)有好處。溫度對混凝土自愈合的主要效果在于混凝土自身。另外，濕度環(huán)境對自愈合的影響，發(fā)現(xiàn)相對濕度增加時(shí)其影響越發(fā)明顯，強(qiáng)度恢復(fù)率隨水泥含量的增加而增加，自愈合率隨時(shí)間的增加而減少。在潮濕的環(huán)境，有助于混凝土裂縫的自愈。溫度會引起混凝土裂縫，裂縫寬度的增加會影響混凝土的自愈合。

2.2其他環(huán)境因素對于混凝土自愈性的影響。

其他環(huán)境因素主要是指水壓和其他化學(xué)元素的PH值對混凝土自愈合的影響。但是在實(shí)際應(yīng)用中，混凝土不符合水壓和其他化學(xué)元素的PH值的存在條件，且水壓和其他化學(xué)元素的PH值對受損結(jié)構(gòu)的修復(fù)效果不符合結(jié)構(gòu)修復(fù)的要求。因此，有必要進(jìn)一步探索能夠在混凝土中水壓和其他化學(xué)元素的PH值，將結(jié)構(gòu)物修復(fù)到更大的范圍。研究表明，這種影響主要影響由混凝土裂縫產(chǎn)生的碳酸晶體的合成。PH值為微酸性時(shí)，滿足碳酸產(chǎn)品的形成條件，而PH值稍為酸性時(shí)，有時(shí)不能使碳酸結(jié)構(gòu)凝結(jié)，導(dǎo)致混凝土自愈合失敗，其他化學(xué)元素相同。但是，水壓主要受物理力表面的影響，可能會引起混凝土裂縫的增加，從而影響混凝土的自愈合。

3、混凝土自愈合技術(shù)簡介

3.1自然自愈合

關(guān)于混凝土的自然自愈合，影響其自愈效果的主要因素包括物質(zhì)因素、環(huán)境因素、裂縫因素等。因此，國內(nèi)外早期學(xué)者主要通過改變自然自愈合的環(huán)境因素和物質(zhì)因素來促進(jìn)混凝土的自愈效果，進(jìn)行了更多關(guān)于自然自愈合的研究。但是，由于時(shí)代的進(jìn)步和自然自愈合混凝土的自愈效果不明顯，需要很長的時(shí)間，更多的學(xué)者開始研究通過加入物質(zhì)促進(jìn)自愈的方法。自愈合是指加速水分補(bǔ)給，或者進(jìn)一步反應(yīng)生成新的反應(yīng)生成物，填補(bǔ)混凝土損傷部分。給無水分或無足夠的水泥裂縫補(bǔ)給水分的過程。其中，水泥材料的組成、溫度和濕度以及裂縫寬度在自愈合效果中起著重要的作用。

3.2微生物自愈合

自愈合混凝土含有增殖所需的活性微生物菌和原料（乳酸鈣等）的微生物。一旦出現(xiàn)裂縫，混凝土在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件（風(fēng)、雨等）的刺激下破碎，活性微生物在水泥類材料的環(huán)境中代謝，產(chǎn)生碳酸鈣沉淀。微生物自愈合的技術(shù)要求：微生物必須是堿性抗性微生物。除碳酸鈣外，微生物還會影響其他代謝產(chǎn)物的混凝土本身的性能。微生物的營養(yǎng)素不會影響水泥的水分補(bǔ)給和混凝土的其他特性。微生物的生命周期必須與混凝土結(jié)構(gòu)的生命周期相等。微生物自愈合技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能有效地提高抗凍性、抗氧化性和抗侵蝕性，以及減少混凝土吸水。其缺點(diǎn)是混凝土的加固會因堿性環(huán)境的損傷而受到不良影響。

3.3纖維膠液管自愈合

根據(jù)創(chuàng)傷自愈結(jié)構(gòu)，發(fā)明了內(nèi)置纖維粘合劑在自愈合混凝土上，將填充了聚合物修復(fù)黏合劑的纖維管，減少裂縫。當(dāng)混凝土發(fā)生裂縫時(shí)，聚合物粘合劑流出，裂縫一起粘接。將含有修補(bǔ)劑的纖維膠液管混合到混凝土材料中。如果在外力的作用下混凝土破裂，部分纖維膠液管中纖維會損壞，修復(fù)劑會滲透到裂縫中，混凝土裂縫可能會再次自愈，從而提高混凝土材料的強(qiáng)度恢復(fù)率。國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，不同程度受損混凝土，以不連續(xù)的短纖維或連續(xù)長纖維為加強(qiáng)材料，均勻混合在混凝土中，嵌入式管狀載體提供的修復(fù)劑可以達(dá)到自愈的目的。纖維可以改善拉伸性能差和混凝土延性不良的缺點(diǎn)。用纖維增強(qiáng)混凝土自愈合混凝土研究有很多，所以一定要選擇合適的材料。纖維膠液管的技術(shù)要求修理過的纖維與混凝土基體之間的性能匹配，特別是機(jī)械特性的匹配。修理過的纖維和混凝土材料的溫度膨脹系數(shù)應(yīng)該很接近。修復(fù)后的纖維必須化學(xué)穩(wěn)定，可以長期保存，并具有相同的強(qiáng)度而不影響混凝土的性能。修復(fù)劑具有簡單的固化條件、穩(wěn)定的化學(xué)特性、良好的耐久性和流動性。

3.4微膠囊自愈合

微膠囊自愈合意味著修復(fù)劑被封入微膠囊，在混合中均勻分散在混凝土中?；炷疗屏押螅⒛z囊損壞，釋放修復(fù)劑。為了包裹環(huán)氧樹脂明膠作為囊體材料，包裹新材料的丙烯酸樹脂，修復(fù)劑集中催化劑后，經(jīng)過聚合反應(yīng)，使裂縫面凝固。其中，微膠囊的材料和尺寸、涂層修復(fù)的劑量以及其他因素在混凝土修復(fù)中起著重要的作用。為了自我修復(fù)評價(jià)，向混凝土中添加了材料。發(fā)現(xiàn)微膠囊修復(fù)的量有限，微膠囊之間的結(jié)合強(qiáng)度應(yīng)該比膠囊大，而不是繞過膠囊，從而將微膠囊嵌入水泥基材料中的自愈合技術(shù)。研究表明，用該自愈劑膠囊制備的標(biāo)本的壓縮強(qiáng)度在后增加，對黏結(jié)容器進(jìn)行改良。即把修復(fù)劑封入微膠囊，混合時(shí)均勻分散在混凝土中?；炷疗屏押?，微膠囊損壞，釋放出修復(fù)劑，使裂縫表面變硬。微膠囊化簡單，可以使混凝土的壽命延長，可以減少維護(hù)和修理費(fèi)用。自愈合混凝土可以適當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)和降低建造成本。自愈合混凝土對環(huán)境的適應(yīng)性很強(qiáng)，可以減少地震、沙塵暴、爆炸和其他災(zāi)害的損失。其缺點(diǎn)是微膠囊量少時(shí)，修復(fù)效果不明顯。如果增加微膠囊的話，成本會變高，混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會受到負(fù)面影響。很難把握需要長期實(shí)驗(yàn)研究的平衡點(diǎn)。很難掌握微膠囊的壁厚。如果較厚，混凝土出現(xiàn)裂縫，微膠囊壁可能會損壞，無法釋放修復(fù)劑。如果薄的話，一些零件會在混合或建設(shè)中損壞，失去自愈合的效果。

4、混凝土自愈合技術(shù)所存在的問題與發(fā)展

目前，我國對自愈合混凝土的研究還處于起步階段，發(fā)展還不成熟?？紤]混凝土成分（特別是水泥材料）對不同環(huán)境條件下裂縫自愈能力的影響，研究了不同環(huán)境條件下裂縫自愈的激發(fā)條件和動態(tài)過程，在目前具體的自愈合技術(shù)研究中，很少研究各種環(huán)境因素的結(jié)合效果。為了模擬混凝土的實(shí)際工作環(huán)境，有必要強(qiáng)化各種環(huán)境因素對開裂混凝土自愈合的結(jié)合效果。另外，在施工現(xiàn)場有很多問題，對于裂縫自愈的最佳環(huán)境沒有明確的規(guī)格。（1）自愈合混凝土的強(qiáng)度和耐久性得不到保證。（2）目前沒有明確的數(shù)據(jù)表明不同強(qiáng)度的混合。混凝土完全自愈所需的期間和不同的深度和寬度以及最合適的培養(yǎng)環(huán)境和裂縫。（3）由于混凝土自我愈合的研究還處于第一階段，因此無法提供證明它的相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)。但是，目前的研究以混凝土中的鐵的應(yīng)用為中心進(jìn)行了研究，但對建設(shè)來說不方便且價(jià)格昂貴。自愈合混凝土對開始修復(fù)這一問題沒有完美的解決辦法。自愈合混凝土材料也要進(jìn)行選擇，目前，雖然有一些具有良好自愈效果的膠粘劑，但它們并不理想。所以要進(jìn)一步加快研究，寧缺毋濫，不選擇會對混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度產(chǎn)生不良影響的材料。

另外，為了使建設(shè)變得容易，其一切都需要進(jìn)一步改善，因?yàn)榇蠖鄶?shù)恢復(fù)功能只能使用一次。但是與纖維膠粘劑管的自愈合相比，微膠囊的自愈合基本上具有可以修復(fù)兩次地更均勻分布等一些優(yōu)點(diǎn)，但仍然不能很好地解決實(shí)用工程的問題，自愈后混凝土耐久性的提高還沒有解決。自愈合混凝土有以下缺點(diǎn)：（1）自然自愈合受濕度、溫度、裂縫大小等的影響較大，其自愈合能力不強(qiáng)。（2）微膠囊的自愈合受修復(fù)材料的種類和膠囊大小的影響。一旦混凝土出現(xiàn)裂縫，微膠囊就不能為了趕上填補(bǔ)裂縫而損壞。即使混合混凝土也不能保證膠囊不會損壞，膠囊的壁厚也成為問題。（3）纖維膠粘劑管的自愈合結(jié)構(gòu)，影響混凝土結(jié)構(gòu)的工作性很復(fù)雜。（4）微生物自愈合也受外部環(huán)境的影響很大，對環(huán)境的PH值要求高，由于要不停監(jiān)測環(huán)境，所以這種技術(shù)修復(fù)周期過長。但是，混凝土自愈合提供了一種修復(fù)裂縫和有效延緩潛在危險(xiǎn)的新方法。系統(tǒng)避免了外部維修的高成本，節(jié)約了建筑結(jié)構(gòu)的運(yùn)營成本，延長了混凝土材料的使用壽命，確保建筑物的安全性和提高耐久性極為重要。

結(jié)語：

混凝土的環(huán)境很復(fù)雜，會影響自愈能力。目前，在混凝土自愈合相關(guān)環(huán)境因素的研究中，存在一些亟待解決的問題。目前，各種環(huán)境因素對混凝土自愈合能力的影響很大，且這種技術(shù)暫時(shí)沒有規(guī)避環(huán)境影響的辦法。因此，有必要進(jìn)一步研究混凝土裂縫自愈合的環(huán)境影響因素，為混凝土建筑創(chuàng)造最佳的環(huán)境條件，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的安全和使用壽命?；炷磷杂霞夹g(shù)可以延長混凝土的壽命，節(jié)約人工維護(hù)的成本。具體的自愈合技術(shù)還在研究中，但是自愈合混凝土技術(shù)在未來將會被廣泛地應(yīng)用。

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