PPT自修复混凝土解析

卢 静 娴
自 修 复 水 泥 基 复 合 材 料
源自自然的灵感：
日本新干线
来自翠鸟喙的灵感
抑菌材料
来自鲨鱼皮肤的灵感
无痛注射针头
来自蚊子吸管的灵感
自愈合混凝土
来自人皮肤的灵感
主要内容
有关自修复水泥基复合材料将涉及：
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研究背景 概述 分类 存在的问题与发展前景
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一、研究背景
复合智能型组分
碳纤维、光导纤维、形状 记忆合金、沸石粉、含粘 结剂的液芯纤维或胶囊等
•1996年
•1994年
美国伊利诺伊斯 大 学 的 Carolyn Dry 教授，将缩醛 高分子溶液作为 胶粘剂注入到空 心玻璃纤维或者 空心玻璃短管内， 放入到混凝土中， 从而形成了智能 型仿生自愈合神 经网络系统。
美 国 Illinois 大 学 的 ATRE 实 验 室 在混凝土桥面内 预装有低模量的 内含修复胶粘剂 的修复管当混凝 土产生横向收缩 时，横向收缩应 变使管破修复胶 粘剂从管中留出， 填充愈合桥面的 裂管裂缝。
特点：与传统的修复技术相比，它具有成本低廉、不依 靠外界操作、可再生等优势。
要求：在仿生自修复中，需要相对较快的反应，以在一 定程度上重建结构的完整，或阻止开裂的进一步发展。
二、概述
国外研究发展现状：
•20世纪90年代初 日本东北大学学者三桥 博三教授将内含胶粘剂 的空心胶囊或玻璃纤维 掺入混凝土材料中，分 别用水玻璃、稀释水玻 璃和环氧树脂作为修复 剂，将其注入空心胶囊 或空心玻璃纤维中，当 混凝土在外力作用下发 生开裂，部分胶囊或空 心纤维发生破裂，胶粘 剂流出渗入裂缝可使混 凝土裂缝重新愈合。
福州大学刘承超等 对自修复混凝土进 行了初步的理论研 究。 哈尔滨工业大学欧 进萍等，对内置胶 囊混凝土的裂缝自 愈合行为进行了分 析和试验。
三、分类
01
形状记忆合金的损伤控制
02
基于空芯光纤和空芯纤维的自修复
03
基于胶囊方式的自修复 .பைடு நூலகம்微生物混凝土裂纹的自修复
04
01
形状记忆合金的损伤控制
• 形状记忆合金（SMA）
美国加州大学 伯克利分校的 日本学者J-S Ryu和东京理 工大学的 Nobuaki Otsuki教授， 研究了利用电 化学技术对钢 筋混凝土裂缝 实施愈合，并 取得了一定实 验性成果。
二、概述
国内研究现状：
1997年，南京航空 航天大学的智能材 料与结构航空科技 重点实验室研究了 利用形状记忆合金 (SMA丝)和液芯光 纤对复合材料结构 中的损伤进行自诊 断、自修复的方法 。
当加热温度超过形状 记忆合金的相变温度 时，混凝土发生明显 的恢复变形，裂缝基 本闭合，达到良好的 修复效果。
试验设计：
●混凝土梁试件尺寸为：50mm×70mm×1000mm ●混凝土配合比：水泥：砂：石子：水=0.47：1：1.28：2.378 ●水泥强度等级为42.5MPa，碎石最大粒径为10mm ●在混凝土梁中沿梁长度方向埋入Ni － Ti 形状记忆合金
结果分析：
由图中可以看出：混凝土开裂前，荷载大部分由混凝土承受，混 凝土开裂以后，受拉区混凝土退出工作，对于L － 1 试件荷载由 钢筋承受，对于L － 2 试件荷载由钢筋及SMA 绞线共同承受。
结果分析：
采用通电方式激励SMA 丝，电流由大功率的直流稳压 电源提供，电压强度为5V。
裂纹宽度：左跨跨中底部裂缝宽度修复前为1. 18 mm，修复后为0. 48 mm 右跨跨中底部裂缝宽度修复前为1. 33 mm，修复后为0. 54 mm
智能混凝土
自诊断 自调节 自修复
智能混凝土
应用
损伤自诊断混凝土 自调节智能混凝土 温度自控智能混凝土 自修复智能混凝土 反射/吸收电磁波智能混凝土
功能
预报内部损伤 实现自身安全检测 防止潜在脆性破坏 实现自动修复 提高结构安全性、耐久性
一、研究背景
混凝土裂缝的修复：
裂缝修复现状 修复方式
但是，这些停留在计划和被动方式下的修复 修复的主要形式 混凝土是目前用量最多的 建筑材料。 方式已不能适应现代多功能和智能建筑对混 ▲事后维修 混凝土是一种多孔性的脆 凝土材料提出的要求。 ▲定时维修 性材料，在使用过程和周 围环境的影响下不可避免 地会产生裂缝和局部损伤， 研究和开发新型自修复混凝土，使其能够主 修复的主要方法 轻者会降低结构的使用寿 命，重者则危及结构的安 动、自动的对损伤部位进行修复、恢复并提 全。 ▲表面涂抹砂浆/环氧胶泥 对于使用在结构中的混凝 高混凝土材料的性能已成为发展智能混凝土 ▲水泥灌浆、化学灌注 土裂缝的修复是一个长期 ▲钢筋加固、预应力加固 材料的趋势。 困扰着建筑技术人员的技 术难题。
智能结构中的一种驱动元件。
• 特点
形状记忆效应和超弹性效应，可实现长期、在线、实时监测，并进一步实现结构的自 修复功能。
利用形状记忆合金的驱动特性修 复混凝土。
目的
利用形状记忆合金的驱 动特性，通过电加热的 方法，产生收缩变形， 从而达到修复混凝土的 目的。
形状记忆合金混 凝土自修复
方法 预期结果
2001年，南京航空 航天大学的杨红提 出了利用空心光纤 来实现智能结构的 自诊断、自修复。 首创了用于智能结 构的空心光纤研究 方法，并对其进行 了应用基础研究， 设计出了复合材料 诊断与修复系统。
同济大学模仿生物对 创伤的感知和生物组 织对创伤部位愈合的 机能，在混凝土传统 组分中复合特殊组分 ，如仿生传感器、含 胶粘剂的液芯纤维等 ，使混凝土内部形成 智能型仿生自诊断、 自愈合网络系统。
02
基于空芯光纤和空芯纤维的自修复
制备原理：
将胶黏剂注入到中空玻璃纤维并埋到混凝土中， 从而形成智能仿生自愈合网络系统。当混凝土结 构在外部荷载和环境作用下出现损伤和裂纹时， 纤维内胶黏剂流出渗入裂纹，化学作用下胶黏剂 发生固化，从而抑制开裂，进一步修复裂纹。自 愈合后的混凝土强度和延性都得到了提高。
一、研究背景
• 生物有机体的显著特点之一是具有再生机能。
受到破坏后，机体能自动修复创伤。
• 骨——具有自修复和自适应特性的范例。
骨折——血管破裂——血液流出——凝结——伤口修复
生物体的 损伤自修 复
二、概述
自修复混凝土
定义：模仿生物组织损伤愈合的机能，在水泥基体中预 埋入特殊组分，形成智能型自修复系统。在基体产生损伤 裂纹时，埋植于内部的修复体系在力、热或化学破坏下释 放修复剂，粘结封堵裂纹，阻止裂纹进一步扩展，从而达 到修复目的。