【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 劑修復(fù)后的試件將能承受更大的荷載，并且材料的延展性柔韌性也得到 了較大的改善。 Carolyn Dry 還根據(jù)動(dòng)物骨骼的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理，嘗試制備仿生自修復(fù)混凝土材料。其基本原理是采用磷酸鈣水泥(含有單聚物 )為基體材料，其中加入多孔的編織纖維網(wǎng)，在水泥水化和硬化過(guò)程中，多孔纖維釋放出聚合反應(yīng)引發(fā)劑，單聚物聚合成高聚物，聚合反應(yīng)留下的水分參與水泥水化。因此，在纖維網(wǎng)的表面形成都需要做結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)。結(jié)構(gòu)加固法適用于整體性、承載能力有較大影響的、表面損壞嚴(yán)重的、表面、深進(jìn)及貫穿性裂縫的加固處理。對(duì)因設(shè)計(jì)或施工不當(dāng)、材料質(zhì)量不符要求、使用功能改變、遭受災(zāi)害以及耐久性等原因需對(duì)混凝土結(jié)構(gòu) 進(jìn)行加固的常用方法有 :圍套加固法 (在結(jié)構(gòu)構(gòu)件一側(cè)或多鋇外包鋼筋混凝土圍套 )、鋼箍加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、粘貼加固法、噴漿加固法等。但是這種傳統(tǒng)的混凝土裂縫的修復(fù)形式主要是定期維修與事后維修，這種消極的、被動(dòng)的維修方式不僅費(fèi)用龐大，而且效果不佳，更無(wú)法滿足現(xiàn)代多功能和智能建筑對(duì)材料提出的要求。實(shí)際的混凝土橋梁工程結(jié)構(gòu)中，許多微小裂紋發(fā)生在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，如果這些微觀范圍的損傷在發(fā)展成宏觀裂縫之前，能得到有效的修復(fù)，那么將大大提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。人們從生物系統(tǒng)中得到啟示，希望在混凝土結(jié)構(gòu)中得到與生物體中相類 似的修復(fù)系統(tǒng)，當(dāng)混凝土中出現(xiàn)裂縫或損傷時(shí)，能夠像人體傷口由“破裂 — 流血 — 凝結(jié) — 愈合”這一過(guò)程自動(dòng)修復(fù)。自二十世紀(jì)九十年代中期 ,國(guó)內(nèi)外先后開(kāi)展了功能型和智能型水泥材料的研究 ,并取得了一些有價(jià)值的研究成果。自修復(fù)智能混凝土是模仿動(dòng)物的骨組織結(jié)構(gòu)受創(chuàng)傷后的再生、恢復(fù)機(jī)理 ,采用修復(fù)膠粘劑和混凝土材料相復(fù)合的方法 , 畢業(yè)論文 8 對(duì)材料損傷破壞具有自修復(fù)和再生的功能 ,恢復(fù)甚至提高材料性能的一種新型復(fù)合材料。其具有自修復(fù)行為混凝土的智能模型為 :在混凝土基體中摻入內(nèi)含修復(fù)膠粘劑的修復(fù)纖維管 ,從而形成了智能型仿生自修復(fù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在外界 作用下 ,混凝 基體一旦開(kāi)裂 ,管內(nèi)裝的修復(fù)劑流出滲入裂縫 ,由化學(xué)作用修復(fù)劑固結(jié) ,從而抑制開(kāi)裂 ,修復(fù)裂縫。 現(xiàn)已經(jīng)有好幾種裂縫仿生自修復(fù)技術(shù)，混凝土自修復(fù)技術(shù)解決兩個(gè)主要問(wèn)題：其一為封閉裂縫自修復(fù)，其二為填充裂縫自修復(fù)。但是到目前為止，對(duì)混凝土裂縫自修復(fù)技術(shù)的研究還處于起步階段，所以作者認(rèn)為此領(lǐng)域還有大量研究工作要做。綜合仿生自修復(fù)混凝土材料在理論研究上和反復(fù)修復(fù)在工程實(shí)踐中存在的不足，結(jié)合當(dāng)前混凝土多功能和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)這兩種新技術(shù)的成功之處加以整合進(jìn)而提出多重尺度的空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對(duì)混凝土裂縫的自修 復(fù)這一新的研究課題，不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土局部易開(kāi)裂部位采取自修復(fù)處理，而且為自修復(fù)混凝土材料及方法的深入研究尋求思維突破。本課題的研究可以提高混凝土構(gòu)件的耐久性，延緩衰老，提高維修壽命，減少維修次數(shù)，進(jìn)而節(jié)省大量維修費(fèi)用，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和理論研究意義。 自修復(fù)智能混凝土能夠主動(dòng)、自動(dòng)地對(duì)裂紋和損傷部位進(jìn)行修復(fù)，從而恢復(fù) 甚至提高混凝土材料的強(qiáng)度以達(dá)到延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的目的。自修復(fù)混凝 技術(shù)還很不成熟。盡管滲透結(jié)晶自修復(fù)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于包括大壩工程在內(nèi)的許多混凝土工程中，但是，聚合物固化仿生自修復(fù)和電解 沉積自修復(fù)等混凝土的裂縫自修復(fù)技術(shù)則基本上還處于試驗(yàn)探索階段，尚未取得實(shí)質(zhì)進(jìn)展。目前 ,仿生自修復(fù)法也還存在許多問(wèn)題需要解決。例如 ,有關(guān)修復(fù)粘結(jié)劑的選擇、封入的方法、流出量的調(diào)整、釋放機(jī)理的研究、纖維或膠囊的選擇、分布特性、其與混凝土斷裂的匹配及相容性、愈合后混凝土耐久性能的改善等問(wèn)題。因此，在加強(qiáng)混凝土裂縫自修復(fù)機(jī)理研究的同時(shí)，還必須加強(qiáng)工藝技術(shù)的研究。 3） 加強(qiáng)核心關(guān)鍵技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料以其優(yōu)異的性能受到了國(guó)內(nèi)外用戶的青睞。為推廣這種新型防水材料，北京城榮防水材料有限公司、上?；蛇_(dá) 申防水材料有限公司、昆山凱頓百森高效防水材料有限公司、 烏魯木齊固斯特防水材料有限公司、上海匯奇實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司等先后制定了本 公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生產(chǎn)組織、產(chǎn)品質(zhì)量，以及產(chǎn)品的推廣使用發(fā)揮了積極作用。 但其產(chǎn)品中所含的活性化學(xué)物質(zhì)依靠進(jìn)口或不具有核心專利技術(shù)，導(dǎo)致這些產(chǎn)品 價(jià)格較高，嚴(yán)重制約了這一高新技術(shù)成果在我國(guó)的推廣應(yīng)用。因此，研發(fā)具有自 主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心關(guān)鍵技術(shù)十分必要。 4） 研究混凝土裂縫自修復(fù)的評(píng)價(jià)和檢測(cè)手段。正確評(píng)估和檢測(cè)混凝土裂縫自修復(fù)的效果，將對(duì)自修復(fù)技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重大意義。水泥基滲透結(jié) 晶型防水材料的國(guó)內(nèi)外用戶普遍認(rèn)為，若能對(duì)“滲透結(jié)晶”性能拿出令人信服的檢測(cè)手段，將會(huì)極大的促進(jìn)這類材料的推廣應(yīng)用，目前工程界十分關(guān)注這一問(wèn)題。 5） 對(duì)混凝土耐久性的影響缺乏研究：水泥基滲透結(jié)晶型材料對(duì)混凝土抗?jié)B， 性能的改善有較多的研究，而該材料對(duì)混凝土的耐久性能如鋼筋銹蝕、化學(xué)侵蝕、 凍融破壞、堿集料反應(yīng)等的影響基本未見(jiàn)報(bào)道。雖然一般認(rèn)為提高抗?jié)B性有利于 混凝土耐久性的改善，但該類材料對(duì)混凝土耐久性的影響仍然需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究 與證實(shí)。 6） 微觀或亞微觀結(jié)構(gòu)研究少：目前關(guān)于水泥基滲透結(jié)晶型材料對(duì)混凝土的微觀 或亞微觀結(jié)構(gòu)的影響基本未見(jiàn)研究報(bào)道。該材料對(duì)混凝土抗?jié)B性的影響評(píng)價(jià)只是通過(guò)測(cè)試材料的一次抗?jié)B壓力、固定壓力下混凝土的透水深度或二次抗?jié)B壓 畢業(yè)論文 9 力來(lái)進(jìn)行，沒(méi)有能夠從混凝土的孔隙率孔徑分布等微觀或亞微觀結(jié)構(gòu)層次來(lái)研究。對(duì)該材料的活性化合物在混凝土中的滲透深度也未見(jiàn)研究報(bào)道。 課題的提出 混凝土的裂縫修復(fù)問(wèn)題，長(zhǎng)期以來(lái)一直是學(xué)術(shù)界和工程界所研究的一個(gè)重要 課題，傳統(tǒng)的裂縫修復(fù)方式已無(wú)法滿足現(xiàn)代多功能和智能建筑對(duì)材料提出的要求。穿插粘結(jié)，最終形成的復(fù)合材料是與動(dòng)物骨骼結(jié)構(gòu)相似的無(wú)機(jī)有機(jī)相結(jié)合的復(fù)合材料，具有優(yōu)異的強(qiáng) 度及延性等性能。而且，在材料使用過(guò)程中，如果發(fā)生損傷，多孔有機(jī)纖維會(huì)釋放出高聚物，修復(fù)損傷。 Adam Neville、 Natalya Hearn 研究認(rèn)為混凝土裂縫自修復(fù)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，主要產(chǎn)物是 Ca(OH)2 和 CaCO3。Adam Neville 發(fā)現(xiàn) Ca(OH)2 晶體的生成需要裂縫周圍有充足的水存在，而 CaCO3在需要水的同時(shí)還要求有 CO2的存在，而對(duì)于開(kāi)放的裂縫，不管是收縮還是外力引起的，當(dāng)他暴露在空氣中時(shí)，都沒(méi)有任何自修復(fù)現(xiàn)象的發(fā)生，當(dāng)周圍有水存在后，未水化的水泥開(kāi)始繼續(xù)水化，裂縫處就會(huì)有 Ca(OH) CaCO3 晶體生成。 Carola Edrarden 通過(guò)試驗(yàn)得出以下結(jié)論，在裂縫產(chǎn)生的二到五天里，是裂縫中的晶體生長(zhǎng)最快的一段時(shí)間，自修復(fù)最初階段裂縫處的 Ca2+同 CO2發(fā)生反應(yīng)，直到裂縫處的 Ca2+消耗完，更多的 Ca2+從混凝土內(nèi)部移動(dòng)到裂縫處，這一過(guò)程由擴(kuò)散控制。他認(rèn)為 CaCO3 的生成是混凝土裂縫自修復(fù)的主要原因，裂縫處的灰塵和雜質(zhì)會(huì)沉積在裂縫處，也對(duì)混凝土裂縫的自修復(fù)產(chǎn)生影響，另外 Ca2+的有效性不是 CaCO3生成的關(guān)鍵因素， Ca2+的主要來(lái)源 Ca(HCO3)2和 CO2都是存在與水中的，從另一個(gè)側(cè)面說(shuō)明水對(duì)混凝土裂縫自修復(fù)的重要性。 Clear 將帶裂縫混凝土試件放入特制的儀器中，試件上部有一水源穩(wěn)定在恒 定的水壓，在水流的沖刷下，混凝土裂縫發(fā)生自修復(fù)，裂縫寬度會(huì)逐漸減小，單 位時(shí)間內(nèi)的滲水量也隨之減小，利用滲水量和裂縫寬度之間的公式，根據(jù)單位時(shí) 間通過(guò)混凝土試件的水量，分析混凝土裂縫的自修復(fù)能力。他得出以下結(jié)論，混 凝土裂縫自修復(fù)后 CaCO3 晶體生成較為明顯，而前期混凝土試件裂縫處的滲水量的減少，主要由裂縫處已存在松散的顆粒在水流的沖刷下堵塞裂縫造成。 Lauer and S1ate 通過(guò)巖石相分析，認(rèn)為裂縫自修復(fù)的化學(xué)產(chǎn)物是 Ca(OH)2和 CaCO3，他進(jìn)一步說(shuō)明 Ca(OH)2作為水泥的水化產(chǎn)物，與水中的 CO2反應(yīng)生成 CaCO3，隨著裂縫表面的 Ca(OH)2 發(fā)生反應(yīng)，并且逐漸減少，混凝土內(nèi)部的 Ca(OH)2會(huì)不斷擴(kuò)散到裂縫表面，但是他的文章中并沒(méi)有說(shuō)明 Ca(OH)2從混凝土內(nèi)部擴(kuò)散到裂縫表面所需用的驅(qū)動(dòng)力。另外，文章指出由于在水泥水化物質(zhì)中可利用的空間比較小， CaCO3的晶體會(huì)逐漸向裂縫外面生長(zhǎng)附著在裂縫的表面。 研究存在的問(wèn)題 了功能型和智 能型水泥材料的研究 ,并取得了一些有價(jià)值的研究成果。自修復(fù)智能混凝土是模仿動(dòng)物的骨組織結(jié)構(gòu)受創(chuàng)傷后的再生、恢復(fù)機(jī)理 ,采用修復(fù)膠粘劑和混凝土材料相復(fù)合的方法 ,對(duì)材料損傷破壞具有自修復(fù)和再生的功能 ,恢復(fù)甚至提高材料性能的一種新型復(fù)合材料。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，憑借別人和自己積累的經(jīng)驗(yàn)，綜合仿生自修復(fù)混凝土材料在理論研究上和反復(fù)修復(fù)在工程實(shí)踐中 畢業(yè)論文 10 存在的不足，結(jié)合當(dāng)前混凝土多功能和智能化的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)這兩種新技術(shù)的成功之處加以整合進(jìn)而提出了具有多重尺度的空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對(duì)混凝土裂縫的自修復(fù)這一新的研究課題。本文通 過(guò)試驗(yàn)，得出了空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對(duì)混凝土試件自身強(qiáng)度的影響以及對(duì)混凝土裂縫的修復(fù)效果，驗(yàn)證了該課題的可行性，具有很強(qiáng)的理論研究意義和實(shí)用價(jià)值。 本課題的研究?jī)?nèi)容與難點(diǎn) 多重尺度的空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對(duì)混凝土裂縫的自修復(fù)機(jī)理是在綜合工程實(shí)踐中的化學(xué)灌漿技術(shù)和仿生自修復(fù)混凝土材料的自修復(fù)機(jī)理基礎(chǔ)上提出的一種新的裂縫修補(bǔ)方式。 主要研究?jī)?nèi)容 由于設(shè)計(jì)、施工、材料、荷載、溫度等多方面的原因，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫 是在所難免的，但是一般認(rèn)為寬度小于 的細(xì)小裂縫對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)影響不大，但隨著 外界條件的變化或者荷載的增加，裂縫會(huì)發(fā)展成為深層裂縫或貫穿裂縫，當(dāng)裂縫寬度大于 時(shí)則會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的安全造成嚴(yán)重的損害。對(duì)此要采取一定的措施來(lái)控制裂縫的發(fā)展，目前主要采用表面處理法、填充法、灌漿法和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法等。具有多重尺度的空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對(duì)混凝土裂縫的自修復(fù)機(jī)理是在綜合工程實(shí)踐中的化學(xué)灌漿技術(shù)和仿生自修復(fù)混凝土材料的自修復(fù)機(jī)理基礎(chǔ)上提出的一種新的裂縫修補(bǔ)方式。因而研究其影響因素，驗(yàn)證它的可行性，是本課題的主旨所在。本文主要研究空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對(duì)寬度大于 的裂縫的修復(fù)效果， 它主要由溫度、超載等原因引起的，影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)行，降低混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全系數(shù)，也導(dǎo)致其他病害的發(fā)生，如凍融破壞、滲漏溶蝕、鋼筋銹蝕等，因此研究空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對(duì)寬度大于 的裂縫的修復(fù)效果，具有重要的意義。 本文研究的主要內(nèi)容包括： 1） 搜集混凝土裂縫開(kāi)裂的形式及原因； 2） 混凝土裂縫自修復(fù)機(jī)理的提出； 3） 混凝土裂縫修復(fù)用膠黏劑的選用及配方： ① 根據(jù)現(xiàn)有膠黏劑的性質(zhì)、用途，結(jié)合本文的研究特點(diǎn)，選出較適用的的膠黏劑。 ② 聚氨酯 環(huán)氧樹(shù)脂 甲基丙烯酸甲脂膠液的配方； ③ 環(huán)氧樹(shù)脂灌液的典 型配方； 4） 空間管狀纖維骨架系統(tǒng)的構(gòu)造 5） 混凝土試件的制備 ① 空間管狀纖維骨架的制作及膠黏劑的調(diào)制； ② 普通混凝土試件的制備； ③ 空間管狀纖維網(wǎng)混凝土試件的制備； 6） 試驗(yàn)研究的預(yù)期目標(biāo) ① 通過(guò)對(duì)內(nèi)置不同空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對(duì)混凝土試件自身強(qiáng)度的影響 的試驗(yàn)對(duì)比，分析內(nèi)置不同體系空間管狀纖維骨架系統(tǒng)對(duì)不同強(qiáng)度、 畢業(yè)論文 11 不同齡期混凝土試件自身強(qiáng)度的影響結(jié)果； ② 通過(guò)第二次抗折實(shí)驗(yàn)對(duì)比內(nèi)置不同體系空間管狀纖維骨架系統(tǒng)及不同 的膠黏劑對(duì)混凝土裂縫的自修復(fù)效果； ③ 通過(guò)第三次抗折實(shí)驗(yàn)對(duì)比內(nèi)置不同體系空間管狀纖維骨架系 統(tǒng)及不同 的膠黏劑對(duì)混凝土裂縫的反復(fù)自修復(fù)的效果。 課題研究的難點(diǎn) 1） 空間管狀纖維骨架系統(tǒng)的制作，管與管之間的連接； 2） 預(yù)應(yīng)力混凝土（ PC）梁橋混凝土裂縫主動(dòng)預(yù)防、自主修復(fù)機(jī)理、方法及手段的探索； 3） 纖維管與基體材料性能的匹配的要求。要求在基體材料出現(xiàn)裂紋時(shí)纖維管也要適時(shí)破裂，如采用塑料纖維管裝入修復(fù)劑嵌入，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)基體完全開(kāi)裂而纖維管并未破損的現(xiàn)象，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自修復(fù)； 4） 裂縫修復(fù)管數(shù)量的控制。太少裂縫不能完全修復(fù)，太多則可能對(duì)基體本身的宏觀性能帶來(lái)不良影響； 5） 修復(fù)劑的粘結(jié)強(qiáng)度 ，這與修復(fù)后的強(qiáng)度與原始強(qiáng)度的比值有很大關(guān)系 。 畢業(yè)論文 12 第二章 混凝土裂縫的類型及產(chǎn)生原因 混凝土是一種有砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆 性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問(wèn)題 ,硬化成型的混凝土中存 在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫 ,正是由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現(xiàn) 出一些非均質(zhì)的特性。微裂縫通常是一種無(wú)害裂縫 ,對(duì)混凝土的承重、防滲及其他 一些使用功能不產(chǎn)生危害。但是在混凝土受到荷載、溫差等作用之后 ,微裂縫就會(huì) 不斷的擴(kuò)展 和連通 ,最終形成肉眼可見(jiàn)的宏觀裂縫 ,也就是混凝土工程中常說(shuō)的裂縫。 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫 均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因，比如：溫度和濕度的變化，混凝土的脆性和 不均勻性，以及結(jié)構(gòu)不合理，原材料不合格（如堿骨料反應(yīng)），模板變形，基礎(chǔ) 不均勻沉降等。根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，裂縫的分類方法有多種。根據(jù)裂縫的出現(xiàn) 時(shí)間，可以分為施工階段的裂縫和使用階段的裂縫；根據(jù)裂縫的性質(zhì)，可以分