水泥混凝土自愈合机制及其环境激励因素研究

The widespread use of chemical additives (grinding aid, water reduce agent, superplasticizer, etc.) and mineral admixtures in concrete greatly promoted the technical progress of concrete pumping, rapid construction and high strength concrete, but also brought a lot of serious problems to the concrete engineering, such as concrete early plastic shrinkage increases and later strength lacks growth potential, the crack healing ability to lose during the concrete service process. Therefore, failure in concrete structures which were caused by the crack at early ages has increased. And how to improve the crack-resistance and self-healing abilities of concrete has attracted more and more attention. This study based on the constituent components of concrete, to investigate the self-healing mechanism and environmental stimulating factors of concrete, focus on the source and materials base of self-healing ability of concrete. And the study tries to understand the effect of concrete constituent components on the ability of crack healing, to make clear the environmental stimulating factors and dynamics of crack healing process. Moreover, the self-healing mechanism of concrete and its influence on the mechanical properties is discussed. This study will not only lay the foundation for making the best of self-healing ability of concrete and preparing of self-healing concrete, but also provide a beneficial guidance for the improvement of cement production technology and maintain and reinforce for construction.

水泥混凝土化学外加剂（助磨剂、高效减水剂、塑化剂等）及掺合料的应用极大促进了混凝土的泵送化、高强化和施工快速化，但同时也给混凝土及其工程带来诸多严重问题，如早期塑性收缩增大、后期强度增长乏力、混凝土服役过程抗裂自愈合能力丧失等，导致混凝土工程低寿命失效的案例日益增多。因此，混凝土抗裂、自愈合能力的提高受到普遍关注。本项目从混凝土材料的自身组成出发，开展混凝土自愈合作用机制及其环境激励条件研究，重点研究混凝土自愈合能力的物质基础和来源，弄清混凝土各组分（尤其是胶凝材料）在不同环境条件下对裂缝愈合能力的影响，以及裂缝愈合的激励条件及其动力学过程，弄清裂缝自愈合的微观机制及其对宏观力学性能的影响与演变规律。本研究将为充分发挥混凝土的自愈合能力和自愈合混凝土的生产制备奠定基础，也为水泥生产工艺的改进和混凝土工程的维修维护提供有益的指导。一旦突破，混凝土工程的长寿命化将成为可能。

水泥混凝土化学外加剂（助磨剂、高效减水剂、塑化剂等）及掺合料的应用极大促进了混凝土的泵送化、高强化和施工快速化，但同时也给混凝土及其工程带来诸多严重问题，如早期塑性收缩增大、后期强度增长乏力、混凝土服役过程抗裂自愈合能力丧失等，导致混凝土工程低寿命失效的案例日益增多。因此，混凝土抗裂、自愈合能力的提高受到普遍关注。本项目从混凝土材料的自身组成出发，开展混凝土自愈合作用机制及其环境激励条件研究。（1））研究了不同细度水泥的水化特性及其对混凝土自愈合能力影响，随着水泥比表面积的增加，其早期力学性能增加较快，但其裂缝修复能力下降。试验条件下比表面积为526㎡/kg的水泥水化28d之后内源性物质的储备量即消耗完毕。（2）弄清混凝土各组分（尤其是胶凝材料）在不同环境条件下对裂缝愈合能力的影响，以及裂缝愈合的激励条件；在不同浓度硫酸钠、氯化钠、碳酸钠（0%、2%、4%、6%）和不同碱度氢氧化钠（pH值分别为7、9、11、13）溶液环境下，预制裂缝的混凝土表现出不同程度的自愈合能力。（3）不同盐溶液及荷载环境中砂浆裂缝自愈合效果及裂缝愈合阈值不同，如Na2SO4溶液浓度为0.5%时，养护28d后裂缝的愈合阈值为≤0.02mm；当Na2SO4溶液浓度为1% 、2%时，0.02mm的裂缝分别养护21d、14d就可以实现愈合；相比单一在外加荷载或不同溶液中，对不同养护溶液中的裂缝施加与其垂直的外力有助于裂缝实现愈合。（4）通过组分优选和正交试验，研发了具有较好工作性、力学性能、渗透性和耐久性能的外源性修复材料。本项目研究充分发挥混凝土的自愈合能力和混凝土工程的维修维护提供了有益的借鉴和指导。