結晶外加劑對混凝土裂縫自修復的作用★

劉 鋮 王一帆 何影卓 林宇晨 劉 瑤

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

自修復材料是指能夠自動修復小損傷或裂縫的材料。研究自修復材料性能的主要原因是延長使用自修復材料建造的建筑的使用壽命，而且可以降低維修成本。水泥基材料的自愈過程已進行了數十年的研究。混凝土中小裂縫的自生修復是自然過程，是材料本身的特性和組成所固有的。它主要是由水泥的進一步水化和碳酸鈣沉淀引起的，盡管其他方法也可以增強。而自主修復是一種工程修復過程，旨在改善混凝土構件的自修復特性。自主愈合的方法之一是使用自修復混合物，例如晶體混合物。本文主要研究了滲透結晶添加劑對混凝土抗壓強度恢復率的影響和對預裂試樣表面裂紋的修復作用。

1 試驗材料和程序

1.1 試驗材料及配合比

本試驗采用的XYPEX結晶外加劑由水泥、沙子和活性二氧化硅等混合物組成，按照等質量替代水泥在混合前加入到混凝土原料中。設計了兩種混凝土，水灰比均為0.5；將占水泥重量的2%和4%粉末狀結晶外加劑加入到混凝土中，用CA符號表示。兩種混合物配合比如表1所示。

表1 混合物配合比

1.2 試驗方案

本研究中用于評估自修復效果的方法是一方面通過對澆筑好的試件在標準條件下養護后測試開裂前后的抗壓強度，確定其強度修復率；另一方面通過觀察并測量預裂試件在水中養護后的裂縫寬度，檢驗其自修復效果。

2 試驗方法

2.1 抗壓強度試驗

在混凝土材料中摻入水泥用量2%和4%的XYPEX摻合劑，與混凝土材料一起攪拌、振搗成型。壓縮試驗采用150 mm立方體試件，試件澆筑后在標準養護條件下養護28 d，進行抗壓強度試驗。將第1次測量抗壓試驗的試件加力至表面出現第一條可見裂縫為止，再將開裂后的試件重新置入養護室中，在標準養護條件下繼續養護28 d，使其恢復后，進行第2次抗壓強度試驗。

2.2 制備裂縫及養護

預裂試樣尺寸采用50 mm×50 mm×50 mm立方體，澆筑的混凝土振搗后24 h脫模，在恒定條件下養護至7 d齡期后制備裂縫，使用壓力試驗機將試樣加載至表面中心出現微裂縫，寬度控制在0.1 mm 以內。為了便于觀察，在樣品表面上選擇五個位置測量裂縫寬度。修復養護采用水浸方式，將試件水平放置在裝有水的塑料盆中，水溫控制在(20±2)℃；測量養護7 d,28 d的裂縫寬度。

3 試驗結果與討論

3.1 抗壓強度結果分析

試驗結果表明，混凝土中加入滲透結晶材料能夠提高混凝土的密實性，改善結構的承載能力。從表2數據可以看出，摻有2%XYPEX的混凝土試件平均抗壓強度比對照混凝土的強度提高15%，而摻有4%XYPEX的混凝土試件抗壓強度僅提高2%，即隨著摻量的增加，強度有所降低。

表2 抗壓試驗結果

3.2 抗壓強度修復率

將第2次壓縮強度值與第1次的進行比較，來表征自修復效果。由于外加劑的“滲透結晶”作用機理，強度完全恢復到了對照混凝土28 d的抗壓強度。與第1次壓縮強度值相比，摻量為2%時其修復率為88%；摻量為4%時其修復率為91%。第2次壓縮試驗結果如表3所示。

表3 抗壓試驗結果

3.3 表面裂縫修復效果

圖1，圖2反映了未摻入外加劑和摻入2%外加劑試件裂縫修復前后的對比情況。經過28 d修復養護，未添加的對照組試件愈合效果不明顯，而添加結晶材料的試件裂縫愈合良好，裂縫被連續的結晶體填充。

3.4 機理分析

與對照試樣相比，加了2%外加劑的試樣經過開裂養護28 d后裂縫愈合較好；隨著養護齡期的增加，修復程度增加。分析其原因主要是當裂縫出現時混凝土中有未水化的水泥顆粒暴露在空氣中，水分通過裂縫進入混凝土內部，滲透結晶材料中的活性物質促進未水化的水泥顆粒繼續水化，生成的水化結晶產物填充了裂縫，起到了修復的效果。

4 結論

1)XYPEX外加劑的摻入提高了混凝土的抗壓強度，當摻量為2%時抗壓強度較高，修復率為88%，說明改性混凝土具有較強的修復能力。

2)與對照混凝土試件相比，加了2%外加劑的混凝土試樣在開裂養護后裂縫修復效果明顯；裂縫處生成的結晶產物提高了混凝土的抗滲性能；隨著養護齡期的增加，修復速度增加。