基于不同濕度環(huán)境下高分子修復(fù)劑對(duì)混凝土裂縫自愈合性能的影響研究*

石寶存 陳景雅 朱潤(rùn)禹 孫 睿 王方偉

(河海大學(xué)土木與交通學(xué)院, 南京 210098)

0 引 言

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展,混凝土已被廣泛地應(yīng)用于各類工程領(lǐng)域中,對(duì)改善人民生活和建筑行業(yè)的發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用[1-3],因此對(duì)于不斷完善和優(yōu)化混凝土優(yōu)良特性的研究也逐漸成為土建行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。

混凝土作為一種準(zhǔn)脆性材料,服役期間的開裂現(xiàn)象加速了各種有害離子對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的劣化作用,極大地降低了混凝土材料服役壽命[4-6]。而濕度環(huán)境貫穿了混凝土整個(gè)服役周期,若混凝土內(nèi)濕度高于外界濕度時(shí),會(huì)造成水分的擴(kuò)散和流失,從而出現(xiàn)干縮現(xiàn)象。同時(shí)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)也會(huì)隨濕度的變化產(chǎn)生顯著影響,導(dǎo)致對(duì)結(jié)構(gòu)完整性和穩(wěn)定性威脅較大的宏觀裂縫不斷出現(xiàn)[7]。因此對(duì)濕度環(huán)境下混凝土裂縫的擴(kuò)展規(guī)律和自愈合機(jī)理的研究十分有意義[8]。Wang等研究了硫酸鹽和干濕循環(huán)作用下混凝土孔隙結(jié)構(gòu)的變化,發(fā)現(xiàn)在硫酸鹽的作用下體積較小的微孔逐漸閉合[9]。歐陽(yáng)威研究了四種不同風(fēng)和濕度環(huán)境下裂縫寬度對(duì)混凝土碳化性能的影響,發(fā)現(xiàn)無風(fēng)潮濕環(huán)境下碳化速率最大,濕度環(huán)境對(duì)開裂混凝土性能有較大影響[10]。Bary等進(jìn)行了復(fù)合鹽與干濕循環(huán)耦合作用下的混凝土性能變化試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)干濕循環(huán)加劇了有害離子對(duì)混凝土的侵蝕作用[11]。馬強(qiáng)等設(shè)計(jì)了四種不同濕度環(huán)境,研究發(fā)現(xiàn)液態(tài)水有利于水化產(chǎn)物碳酸化產(chǎn)生結(jié)晶沉淀彌補(bǔ)裂縫孔隙,提高裂縫愈合率,而相對(duì)濕度95%和自然空氣環(huán)境下的裂縫修復(fù)效果較差[12]。Liu等研究發(fā)現(xiàn)浸泡在海水的水泥漿體裂縫修復(fù)率高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境,同時(shí)干濕循環(huán)可以提高水泥基材料密實(shí)度[13]。陳海濤等對(duì)溫、濕度梯度引起的構(gòu)件應(yīng)力問題進(jìn)行數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)早齡期裂縫主要以橫向裂縫為主,且集中出現(xiàn)在水化熱反應(yīng)最劇烈的階段[14]。目前關(guān)于不同濕度環(huán)境對(duì)混凝土裂縫的影響機(jī)理和劣化過程的探究較少,并且相應(yīng)環(huán)境下通過添加環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑來促進(jìn)混凝土裂縫自修復(fù)特性的研究較為匱乏。

因此,模擬6種不同濕度環(huán)境(自然空氣,相對(duì)濕度30%、60%、90%,干濕循環(huán),浸水),通過混凝土裂縫愈合前后的表觀形貌特征變化、水分傳輸性測(cè)試、氣體滲透性檢測(cè)和抗壓強(qiáng)度來展現(xiàn)混凝土裂縫的劣化演變規(guī)律和自修復(fù)特性,并且利用SEM、能譜分析和X射線衍射等多種微觀技術(shù)來進(jìn)一步揭示在不同濕度環(huán)境下環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑對(duì)損傷混凝土自愈合的促進(jìn)機(jī)理。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)采用P·O 42.5中聯(lián)牌硅酸鹽水泥,其化學(xué)成分見表1;粗骨料采用級(jí)配良好的普通碎石;細(xì)骨料采用細(xì)度模數(shù)為2.3的石英砂;減水劑采用濃度17%的聚羧酸減水劑;修復(fù)劑是以丙烯酰胺和丙烯酸為單體,亞甲基雙丙烯酰胺為多官能團(tuán)交聯(lián)劑,在50 ℃氮?dú)獗Ｗo(hù)下,雙方與水進(jìn)行聚合反應(yīng)而產(chǎn)生的環(huán)境響應(yīng)型高分子共聚物;養(yǎng)護(hù)用水為去離子純凈水;實(shí)驗(yàn)用水為南京當(dāng)?shù)刈詠硭?/p>

表1 水泥化學(xué)成分Table 1 Chemical composition of cement %

1.2 試件制備及養(yǎng)護(hù)

試件采用尺寸為150 mm×150 mm×150 mm的混凝土立方體,具體配合比如表2所示。為保證試件和裂縫預(yù)制的質(zhì)量,將逐層振搗法和三點(diǎn)加荷法相結(jié)合,在距模具底50 mm和100 mm處分別插入2根和1根細(xì)鋼絲,鋼絲的直徑為2 mm,長(zhǎng)度為150 mm,將試件在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 d,利用萬能試驗(yàn)機(jī)以0.03～0.04 MPa/s的加載速度施加循環(huán)荷載預(yù)制裂縫,加載至裂縫出現(xiàn)為止,可在試件中央得到一條不規(guī)則裂縫,選取裂縫寬度約為0.3～0.6 mm的試件放入不同濕度環(huán)境下培養(yǎng),檢測(cè)養(yǎng)護(hù)齡期設(shè)置為0,7,14,28 d。初始裂縫混凝土試件制作流程如圖1所示。

表2 混凝土試件配合比Table 2 Mix proportions of concrete specimens g

1.3 環(huán)境的模擬

1.3.1濕度環(huán)境

采用可調(diào)節(jié)濕度和溫度的恒溫恒濕培養(yǎng)箱在設(shè)定混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度的條件下來模擬相對(duì)濕度30%、60%和90%的試驗(yàn)環(huán)境,控濕范圍為20%～90%,其中自然空氣為南京市夏季室內(nèi)環(huán)境。

1.3.2干濕循環(huán)制度

采用電熱鼓風(fēng)干燥箱和標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度下浸泡來模擬干濕循環(huán),水中浸泡16 h,60 ℃下烘干6 h,冷卻2 h,24 h為一個(gè)周期,試驗(yàn)共持續(xù)60次循環(huán)。每次采用6組試件進(jìn)行試驗(yàn),則干濕循環(huán)制度如表3所示。

表3 干濕循環(huán)制度Table 3 Dry-wet cycle system

圖1 初始裂縫混凝土試件制作流程Fig.1 Flow chart of fabrication of initial cracked concrete specimen

1.4 裂縫自修復(fù)的檢測(cè)與表征方法

檢測(cè)和評(píng)價(jià)混凝土裂縫自修復(fù)的方法一共可以分為兩類:一類為宏觀檢測(cè),其中包括表觀形貌特征變化、水分傳輸性、氣體滲透性和抗壓強(qiáng)度;另一類為微觀檢測(cè),其中包括掃描電子顯微鏡、能譜分析和XRD定性分析。

1.4.1水分傳輸性

混凝土材料由于結(jié)構(gòu)密實(shí)導(dǎo)致水分在結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳輸速率較低,而開裂的混凝土試件隨裂縫寬度的增加吸水量增大,吸水速率提高。因此,利用水分傳輸性可間接確定裂縫寬度的變化情況。先將混凝土試件放入100 ℃的烘箱中,烘干至恒重,然后以混凝土開裂部位作為吸水面,使水平面始終浸沒開裂部位,分別稱取各試件吸水過程中的質(zhì)量,時(shí)間間隔分別為0,0.5,1.5,3,6,9,12,16 h,共測(cè)48 h。采用吸水速率降低率φ來表征混凝土裂縫的修復(fù)速率,計(jì)算式見式(1)。

(1)

式中:φ為吸水速率降低率;υ0為混凝土試件在不同濕度環(huán)境中養(yǎng)護(hù)0 d后的吸水速率,g/h;υ28為混凝土試件在不同濕度環(huán)境中養(yǎng)護(hù)28 d后的吸水速率,g/h。

1.4.2氣體滲透性

采用瑞士標(biāo)準(zhǔn)推薦方法[15]Torrent氣體滲透性測(cè)試法,利用氣體滲透裝置密閉抽氣制造負(fù)壓狀態(tài),然后利用混凝土試件內(nèi)外壓強(qiáng)差使得試件內(nèi)部發(fā)生滲透流動(dòng),記錄內(nèi)部氣壓隨時(shí)間的變化情況,推算出氣體滲透性系數(shù)DT,進(jìn)而得出相應(yīng)環(huán)境下裂縫的愈合程度。氣體滲透性系數(shù)DT越高,表明混凝土試件空隙連通程度越大。分別測(cè)量并記錄每組試件在不同濕度環(huán)境養(yǎng)護(hù)28 d后氣體滲透系數(shù)。

1.4.3電鏡掃描及能譜分析

采用SEM 450超高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡和牛津電制冷能譜儀,結(jié)合電鏡掃描和能譜分析,使兩項(xiàng)微觀儀器的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮。將混凝土裂縫試樣置于不同高倍率電鏡下掃描,當(dāng)發(fā)現(xiàn)某一部分特征有異或疑似有新物質(zhì)產(chǎn)生時(shí),再利用能譜分析進(jìn)一步確定該部分物質(zhì)的詳細(xì)成分,明確裂縫自修復(fù)過程的微觀變化,使得該檢測(cè)達(dá)到定性定量分析裂縫自愈合微觀原理的目的。

1.4.4X射線衍射試驗(yàn)

主要依據(jù)X射線物相分析的基本原理,每個(gè)不同的晶體物質(zhì)具有不同的衍射角度和強(qiáng)度,XRD定性分析試驗(yàn)通過對(duì)比反應(yīng)物和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的X射線衍射峰值變化,確定混凝土試件劣化和裂縫自修復(fù)過程中是否有新物質(zhì)的產(chǎn)生或原有物質(zhì)的消失,進(jìn)而更加明確混凝土裂縫的微觀愈合機(jī)制。將經(jīng)不同環(huán)境培養(yǎng)后已發(fā)生自愈合的部位進(jìn)行切割和研磨,一直加工到粒度為75μm以下,烘干后放入衍射儀進(jìn)行檢測(cè),以CuKα為輻射源,在5°～75°的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描,測(cè)試溫度為常溫,加速電壓為 45 kV,電流 35 mA。

2 結(jié)果與討論

試驗(yàn)共模擬6種不同濕度環(huán)境,用A～F分別表示自然空氣,相對(duì)濕度30%、60%、90%,干濕循環(huán)和浸水環(huán)境,0表示不摻入修復(fù)劑的混凝土試件(素混凝土),1表示摻入環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑的混凝土試件。例如A0表示自然空氣環(huán)境下不摻入修復(fù)劑的混凝土試件。為了更好地形成對(duì)比,同種修復(fù)環(huán)境選用同批次裂縫寬度、力學(xué)性能和耐久性等都幾乎相同的混凝土試件進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1 表觀形貌特征

不同濕度環(huán)境下混凝土試件表觀形貌特征變化如圖2所示。由圖2可知:經(jīng)不同濕度環(huán)境養(yǎng)護(hù)28 d后素混凝土裂縫損傷愈合效果存在明顯差異,A0、B0和C0組的裂縫寬度基本沒變,試件表面出現(xiàn)明顯的砂化和剝落現(xiàn)象,說明自然空氣、相對(duì)濕度30%和相對(duì)濕度60%的濕度環(huán)境對(duì)素混凝土裂縫幾乎沒有修復(fù)作用。相比之下,E0和F0組裂縫閉合程度較為明顯,說明較高的濕度環(huán)境有助于裂縫的自修復(fù)行為。而添加環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑的混凝土試件在不同濕度環(huán)境下的修復(fù)效果明顯優(yōu)于素混凝土,初始裂縫幾乎閉合,表面恢復(fù)光滑,試件整體密實(shí)度提高,說明高分子修復(fù)劑對(duì)混凝土裂縫自愈合具有極大的激勵(lì)作用。其中F1組試件裂縫損傷修復(fù)效果最佳,說明液態(tài)水有助于高分子修復(fù)劑充分發(fā)揮對(duì)混凝土裂縫修復(fù)行為的促進(jìn)作用。

a—自然空氣; b—相對(duì)溫度30%; c—相對(duì)溫度60%; d—相對(duì)溫度90%; e—干濕循環(huán); f—浸水環(huán)境。圖中0 d、28 d為試件齡期。圖2 不同濕度環(huán)境下混凝土試件表觀形貌特征變化Fig.2 Appearance and morphology changes of concrete samples under different humidity environments

2.2 混凝土裂縫愈合前后的水分傳輸性分析

水分傳輸性試驗(yàn)檢測(cè)了混凝土裂縫試樣在6種不同濕度環(huán)境作用下養(yǎng)護(hù)前和養(yǎng)護(hù)28 d后48 h內(nèi)的吸水量和水分傳輸速率,其變化曲線如圖3所示,各組混凝土試樣吸水速率及修復(fù)率如表4所示。

a—自然空氣; b—相對(duì)濕度30%; c—相對(duì)濕度60%; d—相對(duì)濕度90%; e—干濕循環(huán); f—浸水環(huán)境。圖3 不同濕度環(huán)境下混凝土吸水量變化曲線Fig.3 Variation curves of water absorption of concrete under different humidity environments

由圖3a、圖3b可知,A0和B0組混凝土試件養(yǎng)護(hù)28 d后的吸水量大于養(yǎng)護(hù)前,說明在自然空氣和相對(duì)濕度30%的養(yǎng)護(hù)環(huán)境下素混凝土裂縫在不斷劣化加深。由圖3c～圖3f可知,隨著濕度的增加,裂縫養(yǎng)護(hù)后的吸水量逐漸降低,說明混凝土損傷開始出現(xiàn)了不同程度的修復(fù)行為,而摻入環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑的混凝土試件吸水量整體小于素混凝土,說明高分子修復(fù)劑對(duì)裂縫自愈合有較好的促進(jìn)作用。由表4可知,不同濕度環(huán)境下裂縫損傷修復(fù)率先降低后增加,其中B0組修復(fù)率最低,為-16.12%,表明在該環(huán)境下混凝土裂縫不但沒有得到修復(fù),還發(fā)生了劣化,使得裂縫寬度變大,也就是說該環(huán)境下劣化大于修復(fù),說明該環(huán)境會(huì)侵蝕混凝土,使其裂縫增大,因此修復(fù)率為負(fù)值(即混凝土裂縫寬度比在該環(huán)境培養(yǎng)前的原始裂縫寬度變大)。隨著濕度的增加,素混凝土裂縫修復(fù)率略有提升,A0組的修復(fù)率高于B0組是由于空氣中的雜質(zhì)或塵埃粒子堵塞裂縫孔隙,增加了混凝土試件密實(shí)度,降低了水分傳輸速率。摻入環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑的混凝土裂縫修復(fù)率遠(yuǎn)高于素混凝土,其中修復(fù)率最高的F1組為70.38%,比F0組高出了51.66%,修復(fù)率最低的B1組為34.53%,比B0組高出了50.65%,表明高分子修復(fù)劑對(duì)混凝土裂縫損傷自愈合的激勵(lì)作用顯著,且較高的濕度環(huán)境有利于促進(jìn)裂縫損傷的恢復(fù)。

表4 不同濕度環(huán)境作用前后混凝土吸水速率變化Table 4 Changes of water absorption rate of concretebefore and after being sujected to differenthumidity environmental effects

2.3 混凝土裂縫愈合前后的氣體滲透性分析

利用Torrent氣體滲透性測(cè)試法,分別對(duì)不同濕度環(huán)境下A0～F1共12組試件的氣體滲透性進(jìn)行檢測(cè),其中氣體滲透性系數(shù)如表5所示。

由表5可知:B0組的氣體滲透性系數(shù)最高,F1組的氣體滲透性系數(shù)最低,說明F1組試件密實(shí)度較高,裂縫修復(fù)效果最佳。干濕循環(huán)加快了濕度變化速率,加劇了有害離子對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕作用,但也伴隨結(jié)晶體不斷析出富集填充裂縫,降低了氣體滲透性系數(shù)。由圖4可知:隨著養(yǎng)護(hù)濕度的增加,混凝土氣體滲透性系數(shù)呈直線下降的趨勢(shì),并且摻入環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑的混凝土試件在浸水環(huán)境中裂縫損傷修復(fù)效果最好,說明濕度環(huán)境也有助于修復(fù)劑充分發(fā)揮激勵(lì)作用,同時(shí)潮濕環(huán)境能促進(jìn)水泥基材料碳酸化和水化反應(yīng)的發(fā)生,進(jìn)而填充裂縫損傷,增強(qiáng)材料結(jié)構(gòu)密實(shí)度。

表5 不同濕度環(huán)境下混凝土氣體滲透性系數(shù)變化Table 5 Variation of gas permeability coefficient ofconcrete specimens in different humidity environments

圖4 不同濕度環(huán)境下混凝土氣體滲透性系數(shù)變化曲線Fig.4 Variation curves of concrete gas permeabilitycoefficient under different humidity environments

2.4 混凝土裂縫愈合前后的抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律

不同濕度環(huán)境下混凝土抗壓強(qiáng)度變化曲線如圖5所示,抗壓強(qiáng)度恢復(fù)率如圖6所示。由圖5可知,A0和B0組素混凝土試件養(yǎng)護(hù)28 d后的抗壓強(qiáng)度明顯降低,說明自然空氣和相對(duì)濕度30%的修復(fù)環(huán)境沒有發(fā)生裂縫的自修復(fù)行為,C0～E0組環(huán)境養(yǎng)護(hù)后的抗壓強(qiáng)度比養(yǎng)護(hù)前的略高,但變化幅度較小,在素混凝土中浸水環(huán)境下的F0組試件抗壓強(qiáng)度最大,因?yàn)橐簯B(tài)水可以促進(jìn)水化反應(yīng)的進(jìn)行,提高混凝土整體密實(shí)度,增加有效承壓面積,進(jìn)而提升抗壓強(qiáng)度。而摻入環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑的混凝土試件抗壓強(qiáng)度明顯高于素混凝土,說明高分子修復(fù)劑對(duì)恢復(fù)混凝土材料力學(xué)性能方面作用顯著。由圖6可知,素混凝土中F0的抗壓強(qiáng)度恢復(fù)率最大為9.15%,B0的抗壓強(qiáng)度恢復(fù)率最小,為-6.13%,而添加環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑的混凝土試件在不同濕度環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 d后的抗壓強(qiáng)度比養(yǎng)護(hù)0 d的抗壓強(qiáng)度分別增加了27.17%、24.20%、28.72%、35.24%、45.23%和52.35%,比素混凝土試件分別提高了30.27%、30.33%、26.86%、29.11%、37.54%和43.21%,說明環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑可以有效地激勵(lì)混凝土裂縫自修復(fù)行為,促進(jìn)混凝土材料強(qiáng)度特性的提升。

圖5 不同濕度環(huán)境下混凝土抗壓強(qiáng)度變化曲線Fig.5 Variation curves of concrete compressive strengthunder different humidity environments

圖6 不同濕度環(huán)境下混凝土抗壓強(qiáng)度恢復(fù)率Fig.6 Recovery rates of concrete compressive strengthunder different humidity environments

2.5 掃描電鏡及能譜分析

由上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同濕度環(huán)境中浸水環(huán)境下混凝土裂縫的修復(fù)效果最佳,所以本試驗(yàn)對(duì)F0和F1組的混凝土裂縫斷面進(jìn)行電鏡掃描和能譜分析,通過微觀結(jié)構(gòu)探究混凝土裂縫的演化過程和損傷修復(fù)機(jī)理,其微觀圖像和能譜分析見圖7～10。

圖7 F0組電鏡掃描圖Fig.7 Scaning images of electron microscope of group F0

圖8 F0組能譜分析圖Fig.8 Energy spectrum analysis diagrams of group F0

圖9 F1組電鏡掃描圖Fig.9 Scanning images of electron microscope of group F1

圖10 F1組能譜分析圖Fig.10 Energy spectrum analysis diagrams of group F1

由圖8和圖10可知:在浸水環(huán)境下裂縫斷面處有大量絮狀C-S-H凝膠和針棒狀的鈣礬石生成,隨著培養(yǎng)齡期的延長(zhǎng),C-S-H凝膠和鈣礬石逐漸增多相互包裹凝結(jié),搭接在裂縫斷面內(nèi)側(cè),同時(shí)還有一些較小的顆粒狀沉淀產(chǎn)物緊貼在裂縫斷面處,逐漸填補(bǔ)空缺。這是由于混凝土開裂后裸露出的未水化的水泥顆粒遇水后發(fā)生水化反應(yīng),生成了大量的水化產(chǎn)物,同時(shí)部分的水化產(chǎn)物又與溶于水的CO2反應(yīng),產(chǎn)生了CaCO3等沉淀物質(zhì),這些水化產(chǎn)物和沉淀物逐漸填充裂縫斷面。由圖7和圖9可知:F1裂縫斷面處產(chǎn)生的填充物質(zhì)要明顯多于F0處,并且F1處填充物相互搭建的程度也要高于F0處,這是因?yàn)榄h(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑是以丙烯酰胺和丙烯酸為單體的共聚物,通過官能團(tuán)極強(qiáng)的物理吸附作用和與混凝土材料中金屬離子的絡(luò)合作用使得高分子修復(fù)劑以網(wǎng)狀形式黏附在裂縫界面周圍,在有利環(huán)境的促進(jìn)下吸水膨脹填充裂縫,同時(shí)隔絕材料內(nèi)外空間,避免有害離子繼續(xù)侵蝕結(jié)構(gòu)內(nèi)部,提高裂縫愈合效率,這也進(jìn)一步說明高分子修復(fù)劑在浸水環(huán)境中對(duì)裂縫自修復(fù)具有一定的激勵(lì)作用,與前文結(jié)論一致。

2.6 XRD定性分析

取浸水環(huán)境下F0和F1組混凝土試樣進(jìn)行X射線定性分析,并且每組試樣分別取有裂縫和無裂縫兩個(gè)部分進(jìn)行物相分析,觀測(cè)裂縫愈合過程中各元素組成變化情況,明確混凝土試件的侵蝕過程和裂縫修復(fù)機(jī)理。XRD定性分析圖譜見圖11～14。

圖11 F0組無裂縫部位XRD圖譜Fig.11 XRD pattern of crack-free parts in group F0

圖12 F0組裂縫部位XRD圖譜Fig.12 XRD pattern of crack parts in group F0

圖13 F1組無裂縫部位XRD圖譜Fig.13 XRD pattern of crack-free parts in group F1

圖14 F1組裂縫部位XRD圖譜Fig.14 XRD pattern of crack parts in group F1

由圖11和圖13可知:無裂縫狀態(tài)F0和F1組特征峰值幾乎不變,說明同種環(huán)境下同組制備的混凝土試件物質(zhì)含量和性能近似相同。由圖11和圖12可知:相比無裂縫狀態(tài),有裂縫部位的特征峰值出現(xiàn)了CaCO3、CH和AFt等物質(zhì),說明在自愈合的過程中裂縫部位發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),有新的物質(zhì)產(chǎn)生,并對(duì)裂縫斷面進(jìn)行填充,提高了混凝土的密實(shí)度,這是由于混凝土裂縫處未水化的水泥顆粒在充足水的作用下發(fā)生水化反應(yīng),生成了水化產(chǎn)物C-S-H、CH和AFt等,大量的水化產(chǎn)物又與水中的CO2反應(yīng),產(chǎn)生了不溶于水的CaCO3,促進(jìn)了裂縫的愈合。對(duì)比圖12與圖13可知:F1組裂縫部位出現(xiàn)的新物質(zhì)的特征峰值要略微高于F0組,這說明F1組裂縫部位的化學(xué)產(chǎn)物要多于F0組,所以F1組裂縫的修復(fù)狀態(tài)要優(yōu)于F0組,這也進(jìn)一步表明高分子修復(fù)劑在浸水環(huán)境下有助于混凝土裂縫自修復(fù)行為。

3 結(jié) 論

通過混凝土裂縫愈合前后的宏觀形貌特征變化、水分傳輸性測(cè)試、氣體滲透性檢測(cè)和抗壓強(qiáng)度來表明不同濕度環(huán)境下混凝土損傷劣化演變規(guī)律和裂縫自修復(fù)特性,并且利用SEM、能譜分析和XRD定性分析等微觀技術(shù)來進(jìn)一步揭示在濕度環(huán)境下添加環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑對(duì)損傷混凝土自愈合的作用機(jī)理。結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)研究,得到如下結(jié)論:

1)摻入環(huán)境響應(yīng)型高分子修復(fù)劑的混凝土裂縫修復(fù)率和抗壓強(qiáng)度明顯高于素混凝土,促進(jìn)作用顯著,在浸水環(huán)境中高分子修復(fù)劑的激勵(lì)作用最佳,裂縫修復(fù)效果最好。

2)隨著濕度的增加,混凝土裂縫修復(fù)率呈先減小后增大的變化趨勢(shì),自然空氣和相對(duì)濕度30%的養(yǎng)護(hù)環(huán)境不利于裂縫自修復(fù)的進(jìn)行,而自然空氣中混凝土試件密實(shí)度得到短暫提升,是由于空氣中的雜質(zhì)或塵埃粒子堵塞裂縫孔隙所造成的。較大的濕度環(huán)境有利于激發(fā)混凝土裂縫的自愈合性能,延長(zhǎng)材料服役壽命。

3)水分的存在是未水化的水泥顆粒繼續(xù)水化的主要原因,隨著濕度的增大,水化產(chǎn)物逐漸增多,水化產(chǎn)物和結(jié)晶沉淀的產(chǎn)生和富集都有助于裂縫的愈合行為,混凝土裂縫自修復(fù)行為是物理作用和化學(xué)變化共同作用的結(jié)果。