混凝土的自愈合

1、混凝土的自愈合(Self-healing )行为及其机理混凝土以其良好的耐久性广泛的应用于工程建设，是日 前应用最广泛的工程材料，在国民经济建设中具有重要地 位。但混凝土本身脆性大,且受物理收缩、内外温差等不利 因素的影响,不可避免地会产生局部损伤和裂缝,如果不能 及时修复，必然会影响材料的正常使用。混凝土作为良好的 建筑材料，其开裂虽然不是可逆过程，但混凝土对裂缝具有 自我修复，自我愈合的能力。混凝土的自愈合性能可以在不影响混凝土结构尺寸和美 观的条件下使混凝土的裂缝产生愈合，从而恢复和提高混 凝土的性能。实践经验表明，混凝土自身有对损伤自然愈合 的特性，即开裂后的混凝土在潮湿条件下或在水中

2、养护，裂 缝能达到一定程度的愈合。Abrams( 1925年)是第一个发现 混凝土具有自愈合现象的学者，他注意到经混凝土抗压强度 测定后的开裂试件在户外放置8年后居然愈合了，且其抗压 强度为28天强度的两倍多。后来国外也有资料记载龄期为 三年的混凝土开裂愈合后，强度百分之百恢复。混凝土自愈合特性：混凝土自愈合特性以裂缝处有白色碳酸钙结品为特征， 其包含复杂的物理及化学过程，主要机理包括：混凝土中未水化的水泥颗粒(如C3S、C3A等)与渗透 水作用并在裂缝处生成水泥水化产物；混凝土硬化体中微溶于水的水化产物Ca(OH) 2与渗透 水及空气中的CO2反应生成的碳酸钙在裂缝周围结品；水渗透导致混凝土

3、内部Ca(OH) 2浓度降低，致使与Ca(OH) 2相平衡的水泥水化产物分解，集附在裂缝周围；空气中的污染物如灰尘等沉落到渗透水中产生的裂缝 愈合。可见，混凝土裂缝的愈合无论经历哪种方式都必须 以足够水分的存在为前提，因此潮湿条件或在水中 养护是混凝土裂缝自愈合的先决条件。混凝土裂缝自愈合，裂缝处的主要生成物为水化硅 酸钙(C-S-H)、Ca(OH)2和CaCO3品体。混凝土裂缝自愈 合裂缝处发生的化学反应是，未水化的水泥熟料二次水化， 生成水化硅酸钙(C-S-H)、Ca(OH)2品体，Ca(OH)2品 体会与水中的CO2继续反应生成CaCO3品体。掺粉煤灰的 试件，随着自愈合时间的增长，粉煤

4、灰的活性组分会与裂缝 处的Ca(OH)2反应，生成一定数量的水化产物，促进裂缝自 愈合。比较不同粉煤灰掺量混凝土试件的微观分析，可 以看出，纯水泥试件裂缝自愈合后，裂缝处生成物结构比较 致密，Ca(OH)2品体CaCO3品体数量比较多，而掺粉煤 灰的试件，由于粉煤灰中的主要矿物组成为SiO2，混凝土 中的Ca2+数量较少，所以裂缝处的Ca(OH)2品体和生成的 CaCO3品体数量较少。水是混凝土裂缝自愈合的重要条件，是水泥二次 水化和裂缝处生成Ca(OH)2、CaCO3品体的重要条件，水的 存在对特别是对于后期裂缝自愈合起着关键的作用。化学结品沉淀引起的裂缝自愈合进程在很大程度上是 由裂缝宽度

5、和水的压力所影响。碳酸钙品体的生长速度取决 于裂缝宽度和水压力，混凝土组成水泥和骨科的种类，水 的种类如水的硬度对自愈合速度具有较小的影响。附加的表 而增强压力对促进自愈合过程具有很大影响。从热力学角度 考虑），提高水温提高水的值降低水中分压等途径有利于裂 缝中碳酸钙的结品沉淀。结品沉淀与渗透结品机理的裂缝自 愈合形成的必要条件必须有水或足够的湿度。愈合效果的评 价一般主要考虑强度的回复率、裂缝界而图像分析以及第二 次抗渗压力）。水泥基材料的自愈合能力评价主要考虑自身 潜在的愈合能力以及外部激发的愈合能力。纯水泥混凝土试件，裂缝的自愈合后，裂缝处的劈裂抗拉 强度高于掺粉煤灰和硅粉的试件，纯水泥

6、试件裂缝自愈合 效果明显，混凝土单位体积水泥用量是影响混凝土裂缝自 愈合的主要因素。掺粉煤灰的混凝土试件，早期裂缝处劈裂抗拉强度比较 低，随着自愈合时间的增长，后期强度增长幅度较大，粉 煤灰不利于混凝土早期裂缝自愈合强度的增长，但对裂缝 后期的愈合效果作用明显。掺硅粉的混凝土试件，自愈合早期强度增长比较快，随着 龄期的增长，强度增长逐渐变缓，硅粉对混凝土裂缝早期 自愈合的有促进作用。裂缝宽度对混凝土裂缝自愈合的影响较为明显，特别是早 期的愈合效果，宽度越大自愈合的效果越差。宽度在 0.50mm以下的混凝土裂缝，经过自愈合，裂缝处均具有 一定的劈裂抗拉强度。混凝土试件经过水中养护，180d裂缝处

7、的劈裂抗拉强度 强度，一般可以达到无裂缝试件的40%，混凝土裂缝自愈 合后，裂缝处强度增加明显，可以考虑通过混凝土对裂缝 的自愈合能力进行治愈。低强度等级水泥由于其大粒径颗粒含量较多，使得相同 龄期混凝土试件中未水化水泥颗粒含量较多，因而其自愈 合效果要好于高强度等级水泥的混凝土.掺入粉煤灰的混凝土由于其掺合料的2次水化效应而生 成的水化硅酸钙、水化铝酸钙以及水化硫铝酸钙等产物不断 聚集并填塞混凝土裂缝，有助于混凝土抗压强度的恢复， 因而其自愈合效果要好于基准混凝土.8纤维的加入可以起到限制裂纹开展和细化裂纹的作用， 对混凝土自愈合效果的提高有一定的贡献.混凝土的损伤程度越大，则其自愈合效果越差.早期受压破坏的混凝土经过足够长时间的