外界环境刺激下混凝土自愈合性能的研究

刘 欢 马江萍（指导老师）

（1.西安培华学院 建筑与艺术设计学院，陕西 西安 710125；2.混凝土自愈合研究小组，陕西 西安 710125）

混凝土作为建筑材料的主体组成，具有抗压强度高，经济廉价，取材方便，耐火耐高温等优点。混凝土发展成为世界使用最广泛的建筑材料，但它有难以克服的缺点，抗拉强度低。工程实践和理论研究表明，几乎所有混凝土构件都带裂缝工作。如何减少裂缝在外界物理、化学因素的综合作用下裂缝的扩大是现代建筑学者不断探研的问题。混凝土由于干缩应力的影响产生裂缝，降低了混凝土的耐久性和结构的完整度，物理方案人工修复耗时耗力，投入维护花费巨大。本文寻求在现有混凝土在不同环境中自愈合的途径和方法的基础上，提出在一定化学环境激励条件作用下，裂缝愈合及微观结构的演变，观察环境中的裂缝的愈合，从而提高混凝土的自愈能力，使混凝土结构具备防护功能。

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，拌合使用自来水。

试验所用的仪器：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。

试验方法：将制备混凝土所用的砂、石经过冲洗晾干之后，按照JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》进行检验。试验试块采用同一配合比，相同的养护条件，各个试块均采用P·O32.5 普通硅酸盐水泥。试块的制作均参照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，此次试验制作尺寸为100mm×100mm×100mm 混凝土试块54 个。对制作的混凝土试块在20±2℃与95%的环境下养护28 天，是使混凝土试块具备70%的抗压强度开始混凝土试块的裂缝制作。将试样置于液压机压力台，使其侧面受压，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，此时的载荷强度即为试样的抗压强度。预制裂缝后残余抗压强度的测定方法为：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NaCI 溶液养护条件下混凝土的自愈合；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的自愈合；试块28-39 编号用于观测不同浓度Na2CO3溶液养护条件下混凝土的自愈合；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的自愈合；其中25-27 和52-54 号试块为测试试块不记录数据。试块三个为一组，溶液的不同浓度分别对应一组试块。pH 指数为中性和浓度为0 的纯水为对照。混凝土的在溶液下的养护皆为28d。

2 试验数据分析：

2.1 试验数据采集

溶液浓度养护前裂

修复提高率=00%

2.2 试验数据对比

不同外界环境刺激下混凝土自愈合效果如上表，在清水溶液中俩组试块的修复率分别为48%和40.09%。

（1） 从上表中可以看出，试块在2%浓度的氯化钠溶液修复率是同组不同浓度下表现最好。4%浓度的修复率是同组最低的，不如清水状态下。6%浓度的修复率跟清水的修复率相比有较小的提升。

（2） 试块在pH 值为9 和11 的氢氧化钠溶液下修复率均有小幅的提升，在pH 值为13 的溶液下试块的修复率出现下降，同同组清水的修复率对比中下降明显。

（3） 碳酸钠溶液中浓度为2%－4%的试块有修复率增益，当浓度为6%的时候试块的修复率出现了负值。碳酸钠溶液下的各个浓度试块修复率同清水下的试块比较，发现碳酸钠溶液对混凝土裂缝的修复提升增益较少。

（4） 硫酸钠溶液在2%时，混凝土的修复率提升较大，在同种溶液下不同浓度中最高。4%与6%的硫酸钠溶液中修复率有较少的提升，同清水的修复率比较中，不如清水的提升。

3 试验结论

（1） 混凝土硬化后，在清水中养护修复率为48%，主要原因是混凝土发生干缩变形后，放置在液体中混凝土中胶体的凝胶孔的毛细作用下，使孔内的压力上涨，使孔壁不断的扩张，从而使得混凝土的裂纹宽度修复。

（2） 氢氧化钠溶液中，在7、9、11PH 值中混凝土的裂纹修复改善不明显，在PH 值为13 中反应出现了裂缝扩大的现象修复率下降。原因13PH 值得氢氧化钠与各种状态的水化产物，形成网状骨架填充扩大了孔隙。

（3） 碳酸钠的浓度的不断增大，混凝土的裂纹修复率不断下降。分析原因是碳酸钠溶液的液体表面张力的降低使混凝土毛细孔内液体压力降低，使孔壁的扩张下降，从而使得混凝土的裂纹修复率下降。