外界环境刺激下混凝土自愈合性能的研究

外界环境刺激下混凝土自愈合性能的研究

戴雨马江萍（指导老师）

西安培华学院建筑与艺术设计学混凝土自愈和小组陕西西安710125

摘要：混凝土自愈合性能是指混凝土结构对裂缝拥有自我修复乃至愈合的能力。本文介绍了关于在不同外界因素的影响下混凝土的自愈合程度的相关研究，内容为盐环境与碱环境下混凝土自愈合率的变化。实验后对实际数据进行整理、比对和总结分析。

关键词：裂缝；自愈合；混凝土盐环境；碱环境

引言

混凝土作为建筑材料的主体组成，具有抗压程度高、使用方便、高强耐久、可塑性强等诸多优点，伴随建筑业的蓬勃发展，混凝土结构裂缝增长情况日益上升为混凝土结构失效的主要原因，而如何减少混凝土结构缝扩大是当今领域学者皆在深入探讨的一个问题。人工修复耗时耗力，且花费巨大，如果能在混凝结构产生裂缝后制做一个最合适的环境以刺激混凝土裂缝快速自行愈合，实验所带来的经济性将大大提高。因此本论文着重研究盐环境和碱性环境下混凝土裂缝的自愈合性能，以期找到提高混凝土裂缝的自愈合能力的最佳化学环境条件。

1试验概述

试验所用材料：P•O32.5普通硅酸盐水泥；细骨料：河砂，细度模数2.7；粗骨料：5-25mm花岗岩碎石，自行配制NaCl（0%、2%、4%、6%）、Na2CO3（0%、2%、4%、6%）、Na2SO4（0%、2%、4%、6%）、NaOH（PH=7、9、11、13）溶液，拌合使用自来水。

试验所用仪器：TYE–2000B型电液式压力机数显测力仪；温度20±2℃，湿度为95%以上的标准养护室；

试验方案：试验中的混凝土试块皆采用同一配合比，以寻求在相同的养护条件下不同的外界环境刺激中混凝土裂缝的愈合程度与愈合率的高低，各试件均采用P•O32.5普通硅酸盐水泥。此次试验共制作54个尺寸为100mm×100mm×100mm混凝土试块。参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能实验方法》和GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能实验方法标准进行混凝土实验。对制作的混凝土试块在20±2℃与95%的环境下养护28天后，凝土试块具备70%的抗压强度继续后期的实验。将试样置于液压机压力台，使其侧面受压，以缓慢匀速加载，直至液压机指针停止，快速卸载，以确保试样的完整性。将预制裂缝后的混凝土试样静置6h，待其残余抗压强度基本稳定之后，再将其置于TYE–2000B型液压机压力台，使其侧面受压，缓慢匀速加载。将受压破坏后的试件编号测量裂缝以备养护。试块1-12编号用于观察不同浓度NaCl溶液养护条件下混凝土裂缝自愈合；试块13-24编号用于观察不同浓度NaOH溶液养护条件下混凝土裂缝自愈合；试块28-39编号用于观察不同浓度Na2CO3l溶液养护条件下混凝土裂缝自愈合；试块40-51编号用于观察不同浓度Na2SO4溶液养护条件下混凝土裂缝自愈合；其中25-27与52-54试块为测试试块不予统计。每三个试块为一组，溶液不同浓度分别对应一组试块。其中参数浓度为0或PH指数为中性的纯水溶液为两组对照。混凝土于每种溶液中的养护期皆为28d。

2试验数据分析

2.1试验数据采集

2.2试验数据对比

不同外界环境刺激下混凝土裂缝的自愈合效果见如上表。清水溶液中两组试块的修复率分别为48%与40.09%。

（1）对比表格可看出，氯化钠溶液浓度增高至2%时，混凝土裂缝修复率较其它同组不同浓度的溶液养护环境下为最高，4%浓度修复效果最为不佳，6%氯化钠浓度溶液与同组清水养护效果相差无几，溶液在2%浓度与6%浓度的情况下相较于清水养护环境下有较高增益效果。

（2）硫酸钠溶液度增高至2%时，混凝土裂缝修复率较其它同组不同浓度的溶液养护环境下为最高，溶液浓度升至4%-6%时，试块裂缝修复率降低。溶液在2%浓度的情况下相较于清水养护环境下有较高增益效果。

（3）碳酸钠溶液浓度在2%-4%时对混凝土裂缝自愈合有增益效果，同种溶液中碳酸钠溶液浓度升高至4%及以上则会看到混凝土裂缝的修复率有明显降低。相较于清水养护的混凝土试块裂缝的养护情况，碳酸钠溶液对混凝土试块裂缝的愈合增益效果较少。

（4）氢氧化钠溶液PH=9与PH=11的修复率较为接近，氢氧化钠PH=13时修复率显著下降，氢氧化钠溶液浓度增高至PH=9-11时，混凝土裂缝修复率较其它同组不同浓度的溶液养护环境下对混凝土修复有较高增益效果。

3试验结论

（1）氯化钠溶液对混凝土裂缝的自愈合效果较好，2%氯化钠溶液中的混凝土养护28天时裂缝宽度修复提高率为30.8%，6%氯化钠溶液中的混凝土养护28天时裂缝宽度修复提高率为11.6%.主要原因为在氯化钠刺激下裂缝断面处产生氯盐、水泥水化物与胶凝材料水化硅酸钙，三者相互促进相互作用，既起到了填充作用有起到了胶结作用，加速了裂缝愈合。

（2）硫酸钠溶液对混凝土裂缝的自愈合效果影响最大，2%硫酸钠溶液中的混凝土养护28天时裂缝宽度修复提高率为62.5%，6%硫酸钠溶液中的混凝土养护28天时裂缝宽度修复提高率为-76.4%。主要原因为在硫酸钠刺激下裂缝断面处产生大量钙矾石、石膏等硫酸盐矿物填充裂缝促进裂缝的愈合。但是随着硫酸钠溶液浓度的提高，裂缝处钙矾石、石膏等进一步生成晶体，体积膨胀严重从而导致混凝土裂缝愈合后再次开裂。

基金项目:2018年度西安培华学院大学生创新创业项目（外界环境刺激下混凝土自愈合性能的研究）研究成果之一。

参考文献：

[1]吴翠莲.自修复混凝土行为分析及试验研究[D].湖南：南华大学，2009.

[2]孙石.混凝土裂缝自动愈合机理研究[J].建筑技术开发.2006，33（06）.

[3]牛建刚.一般大气环境多因素作用混凝土中性化性能研究[D].陕西：西安建筑科技大学，2008.

[4]刘承超.自修复混凝土的工作机理及试验研[D].福州：福州大学，2004.

作者简介：

1.戴雨，1996年09月，女，汉族，陕西咸阳人，本科在读，研究方向：外界环境刺激下混凝土自愈合性能。西安培华学院建筑与艺术设计学院工程造价系学生，大学本科，陕西西安，邮编710125.

2.2018大学生创新创业组（外界环境刺激下混凝土自愈合性能的研究），西安培华学院建筑与艺术设计学院工程造价系学生。