建築行業的一大神器：自修復混凝土！將來終於不用擔心房子漏水了

最新 05-25

混凝土是一種典型的脆性材料，在使用過程中會在外力或其他因素作用下，產生微開裂或局部損傷，造成力學性能和耐久性能降低，甚至還可能引發宏觀裂縫並出現脆性斷裂，產生災難性事故，給社會造成難以挽回的損失。

自修復混凝土是模仿動物的骨組織結構受創傷後的再生，恢復機理，採用修復膠粘劑和混凝土材料相複合的方法，對材料損傷破壞具有自修復和再生的功能，恢復甚至提高材料性能的一種新型複合材料。尤其是在核電等人為操作風險高的作業範圍內，這類混凝土的價值凸顯。

混凝土按其自癒合和自修復作用方式的不同可以分為:自然自癒合、工程自癒合、被動修復和主動修復等。

1925年Abram的一個偶然發現，就拉開了自修復混凝土發展的序幕。近百年人們一直在孜孜不倦的研究、探索。

自愈混凝土主要通過以下幾種方式實現修復：

細菌混凝土

研究發現:混凝土基體中的抗鹼性內生抱子細菌可以活躍地沉澱碳酸礦物，用於激活內生抱子的水可以通過裂縫進入混凝土結構。此外，細菌需要有機碳進行礦物沉澱，並使其轉化為無機碳，隨後與游離鈣沉澱形成碳酸鈣。游離鈣離子通常存在於混凝土基體中，但有機碳沒有。而理想情況是有機碳也是混凝土基體的一部分，在這種情況下，只需要外部的水來激活混凝土中的細菌，就可以把混凝土基體中的有機碳轉化成碳酸鈣，從而實現裂縫的癒合。

芽孢桿菌修復混凝土

自癒合纖維混凝土

研究表明:裂縫的寬度是混凝土發生自癒合的關鍵。能夠發生自癒合過程的裂縫寬度要求低於200μm，最佳情況是低於50 μm，特別是對於持續水化水泥的自癒合過程。然而在實際中是很難達到裂縫寬度要求。為了能夠有效地對裂縫寬度進行控制，人們開發了一種新的纖維增強應變硬化水泥基複合材料，根據微觀力學和斷裂力學原理設計以控制裂縫寬度。纖維在經過設計後與砂漿基體協同作用，從而抑制局部性的脆性破壞。即使混合料局部受到幾百牛頓的拉力，也只會產生微裂紋損傷。

形狀記憶合金的損傷控制

把經過預拉伸的材料埋入混凝土構件的受拉區，當構件或結構在工作中出現了不允許的裂紋或裂紋寬度時，對處於裂紋處或裂紋附近的材料通電加熱激勵，使其收縮變形，從而使裂紋閉合或限制裂紋的進一步發展，這樣構件就成了具有自診斷、自修復功能的智能混凝土構件。將形狀記憶合金用於梁荷載裂紋自修複試驗時，形狀記憶合金被激勵起來後，梁在合金回復力作用下產生反向彎矩，使其撓度不斷減小。

基於膠囊方式的自修復

微膠囊方式的自修復方法的基本原理是:①裝有修復劑的微膠囊和固化劑均勻分散在基體材料中;②當基體材料產生裂紋時，裂紋尖端的微膠囊在集中應力的作用下破裂，修復劑流出，在毛細作用下滲入基體裂紋中；③滲入裂紋中的修復劑與分散在基體材料中的固化劑相遇，修復劑固化將裂紋修復，抑制裂紋繼續擴展，達到恢復甚至提高材料強度的效果，完成對損傷進行自修復。