自修复智能混凝土简支梁试验研究

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1、自修复智能混凝土简支梁试验研究摘要：本文采用免振捣自密实混凝土作为自修复智能混凝土的基材，内置玻璃纤维，分别在修复空心玻璃纤维内注入-氰基丙烯酸酯胶粘剂、氯丁橡胶胶粘剂和聚氨酯胶粘剂，进行自修复自密实混凝土简支梁构件的三分点纯弯试验，比较了这三种胶粘剂的修复效能，及内置不同数量修复玻璃长管对简支梁承载力恢复和提高能力的差异。关键词：自修复混凝土自密实混凝土胶粘剂简支梁作为建筑结构最主要的材料之一，混凝土经历着由普通混凝土向高强与高性能混凝土的发展，目前又朝着多功能和智能化方向发展[1]。混凝土材料

2、特别是高强与高性能混凝土，其固有缺陷是脆性大，容易开裂。混凝土的裂缝严重影响结构的耐久性，在一定条件下导致结构严重破坏，造成巨大的经济损失。过去，对混凝土材料的修复主要是事后维修，随着现代社会向智能化发展，这种被动的修补、加固已经不能适应现代多功能和智能建筑对混凝土材料的要求。研究和开发自修复智能混凝土，使其能主动、自动地对损伤部位进行修复，恢复并提高混凝土材料的性能，成为一个非常令人关注和急需研究的问题[2]。智能混凝土是在混凝土原有的组分基础上复合智能型组分，使混凝土材料具有自感知和记忆、自适

3、应、自修复特性的多功能材料。自九十年代中期，国内外先后开展了功能型和智能型水泥基材料的研究，并取得了一些有价值的研究成果。如同济大学研究了碳纤维水泥基材料特性等，哈尔滨工业大学研究了光纤传感智能混凝土，国外还对水泥基磁性复合材料、自动调节温度与湿度的水泥基复合材料等进行了研究。但是，有关自修复混凝土的研究还很少，如何快速、适时地愈合混凝土材料的内部损伤，以及对自修复混凝土机理的研究，目前只有美国、日本等少数国家进行研究，且处于实验室探索阶段[3]~[8]。自修复智能混凝土是模仿动物的骨组织结构受创

4、伤后的再生、恢复机理，采用修复胶粘剂和混凝土材料相复合的方法，对材料损伤破坏具有自修复和再生的功能，恢复甚至提高材料性能的一种新型复合材料。其具有自修复行为混凝土的智能模型为：在混凝土基体中掺入内含修复胶粘剂的修复纤维管，从而形成了智能型仿生自修复神经网络系统。在外界作用下，混凝土基体一旦开裂，管内装的修复剂流出渗入裂缝，由化学作用修复剂固结，从而抑制开裂，修复裂缝[3]。本文采用免振自密实混凝土作为智能混凝土的基材，对内置空心玻璃纤维封入裂缝修补剂的钢筋混凝土简支梁的自修复效果进行了试验研究，使

5、其具有裂缝自我修复功能，并能恢复甚至提高混凝土材料的性能。1内置空心玻璃纤维的自修复免振捣混凝土内置修复空心玻璃纤维的裂缝自修复混凝土，是模仿生物伤口“破裂—流血—凝结—愈合”的过程，把生物材料的这种自愈合能力应用在混凝土中。即在混凝土构件受拉区分层布置一些注有高分子修复用胶粘剂的空心玻璃管，当混凝土构件受拉开裂时，这些玻璃管也随之破裂，其中的修复胶粘剂迅速流到裂缝处并随着时间而固化、硬结,从而实现混凝土裂缝的自修复。由于自修复混凝土是在内部掺入了装载有修复胶粘剂的玻璃纤维，若对混凝土进行振捣,不

6、但会导致内置于混凝土中的空心玻璃纤维因为受扰动而浮出混凝土的表面，而且还容易导致它们破碎。当玻璃纤维浮出表面，就造成原本应置于受拉区以作为修补裂缝用的纤维管跑位，达不到修复的目的；而内置玻璃纤维的过早破坏更是造成了胶粘剂的流失。免振捣自密实混凝土是在没有振捣的情况下仅靠自重就能穿越密集钢筋、在复杂模板中填充成型并且不产生离析，具有均匀自密实成型性能，同时硬化后具有优良的力学性能和耐久性能。因此采用免振捣自密实混凝土作为基材，从根本上解决了自修复混凝土构件制作的技术难题。2试验研究2.1试验目的为了

7、研究修复胶粘剂对免振捣自密实混凝土构件的修复效果，本文共设计了30根简支梁（尺寸、配筋都相同，浇筑强度等级相同的自密实混凝土）进行三分点简支梁静力纯弯试验。观察裂缝开展情况和破坏形态，并分析比较在存放胶粘剂的玻璃管数量不同时，以及不同的胶粘剂品种下，简支梁修复前后的承载力变化。2.2自密实混凝土配合比及力学性能试验采用福建水泥股份有限公司生产的建福牌32.5R普通硅酸盐水泥；福州闽江中砂，细度模数2.23，表观密度为2650kg/m3；福建闽侯碎石，5～20mm连续级配，表观密度为2665Kg/m

8、3；福州闽江清洁饮用水；漳州后石电厂的Ⅰ级粉煤灰；以FDN萘系高效减水剂为主的复合外加剂。自密实混凝土的胶凝材料总量为500kg/m3，砂率45％，水胶比0.36。28d立方体抗压强度50.23MPa，轴心抗压强度37.90MPa，劈拉强度3.44MPa，弹性模量3.51×104MPa。2.3自修复混凝土胶粘剂的选用为了保证在裂缝初开裂时，内置玻璃纤维的胶粘剂能够迅速流到裂缝处修复混凝土裂缝，要求修复胶粘剂可实现的填充缝隙要尽可能小，所以要求胶粘剂的粘度较小，具有较好的流动性；固化