外界環境刺激下混凝土自愈合性能的研究

劉 歡 馬江萍（指導老師）

（1.西安培華學院 建筑與藝術設計學院，陜西 西安 710125；2.混凝土自愈合研究小組，陜西 西安 710125）

混凝土作為建筑材料的主體組成，具有抗壓強度高，經濟廉價，取材方便，耐火耐高溫等優點。混凝土發展成為世界使用最廣泛的建筑材料，但它有難以克服的缺點，抗拉強度低。工程實踐和理論研究表明，幾乎所有混凝土構件都帶裂縫工作。如何減少裂縫在外界物理、化學因素的綜合作用下裂縫的擴大是現代建筑學者不斷探研的問題。混凝土由于干縮應力的影響產生裂縫，降低了混凝土的耐久性和結構的完整度，物理方案人工修復耗時耗力，投入維護花費巨大。本文尋求在現有混凝土在不同環境中自愈合的途徑和方法的基礎上，提出在一定化學環境激勵條件作用下，裂縫愈合及微觀結構的演變，觀察環境中的裂縫的愈合，從而提高混凝土的自愈能力，使混凝土結構具備防護功能。

1 試驗概述

試驗所用材料：P·O32.5 普通硅酸鹽水泥；細骨料：河砂，細度模數2.7；粗骨料：5- 25mm 花崗巖碎石，自行配制NaCI (0%、2%、4%、6%)；NaHO（PH=7、9、11、13）；Na2CO3（0%、2%、4%、6%）；Na2SO4（(0%、2%、4%、6%），溶液，拌合使用自來水。

試驗所用的儀器：TYE- 2000B 型電液式壓力機數顯測力儀；溫度20±2℃，濕度為95%以上的標準養護室。

試驗方法：將制備混凝土所用的砂、石經過沖洗晾干之后，按照JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》進行檢驗。試驗試塊采用同一配合比，相同的養護條件，各個試塊均采用P·O32.5 普通硅酸鹽水泥。試塊的制作均參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能實驗方法》和GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能實驗方法標準》進行混凝土實驗，此次試驗制作尺寸為100mm×100mm×100mm 混凝土試塊54 個。對制作的混凝土試塊在20±2℃與95%的環境下養護28 天，是使混凝土試塊具備70%的抗壓強度開始混凝土試塊的裂縫制作。將試樣置于液壓機壓力臺，使其側面受壓，緩慢勻速加載，直至液壓機指針停止，快速卸載，以確保試樣的完整性，此時的載荷強度即為試樣的抗壓強度。預制裂縫后殘余抗壓強度的測定方法為：將預制裂縫后的混凝土試樣靜置6h，待其殘余抗壓強度基本穩定之后，再將其置于TYE-2000B 型液壓機壓力臺，使其側面受壓，緩慢勻速加載，將受壓破壞后的試件編號測量裂縫以備養護。試塊1-12 編號用于觀察不同濃度NaCI 溶液養護條件下混凝土的自愈合；試塊13-24 編號用于觀察不同濃度NaOH 溶液養護條件下混凝土的自愈合；試塊28-39 編號用于觀測不同濃度Na2CO3溶液養護條件下混凝土的自愈合；試塊40-51 編號用于觀察不同濃度Na2SO4溶液養護條件下混凝土的自愈合；其中25-27 和52-54 號試塊為測試試塊不記錄數據。試塊三個為一組，溶液的不同濃度分別對應一組試塊。pH 指數為中性和濃度為0 的純水為對照。混凝土的在溶液下的養護皆為28d。

2 試驗數據分析：

2.1 試驗數據采集

溶液濃度養護前裂

修復提高率=00%

2.2 試驗數據對比

不同外界環境刺激下混凝土自愈合效果如上表，在清水溶液中倆組試塊的修復率分別為48%和40.09%。

（1） 從上表中可以看出，試塊在2%濃度的氯化鈉溶液修復率是同組不同濃度下表現最好。4%濃度的修復率是同組最低的，不如清水狀態下。6%濃度的修復率跟清水的修復率相比有較小的提升。

（2） 試塊在pH 值為9 和11 的氫氧化鈉溶液下修復率均有小幅的提升，在pH 值為13 的溶液下試塊的修復率出現下降，同同組清水的修復率對比中下降明顯。

（3） 碳酸鈉溶液中濃度為2%－4%的試塊有修復率增益，當濃度為6%的時候試塊的修復率出現了負值。碳酸鈉溶液下的各個濃度試塊修復率同清水下的試塊比較，發現碳酸鈉溶液對混凝土裂縫的修復提升增益較少。

（4） 硫酸鈉溶液在2%時，混凝土的修復率提升較大，在同種溶液下不同濃度中最高。4%與6%的硫酸鈉溶液中修復率有較少的提升，同清水的修復率比較中，不如清水的提升。

3 試驗結論

（1） 混凝土硬化后，在清水中養護修復率為48%，主要原因是混凝土發生干縮變形后，放置在液體中混凝土中膠體的凝膠孔的毛細作用下，使孔內的壓力上漲，使孔壁不斷的擴張，從而使得混凝土的裂紋寬度修復。

（2） 氫氧化鈉溶液中，在7、9、11PH 值中混凝土的裂紋修復改善不明顯，在PH 值為13 中反應出現了裂縫擴大的現象修復率下降。原因13PH 值得氫氧化鈉與各種狀態的水化產物，形成網狀骨架填充擴大了孔隙。

（3） 碳酸鈉的濃度的不斷增大，混凝土的裂紋修復率不斷下降。分析原因是碳酸鈉溶液的液體表面張力的降低使混凝土毛細孔內液體壓力降低，使孔壁的擴張下降，從而使得混凝土的裂紋修復率下降。