自愈合与自修复混凝土
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细菌矿化机理[4]
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水泥基材料活性微生物细菌自主愈合体[5-7]
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图为微生物矿化产物SEM图[4]
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微生物自愈合
微生物自愈合混凝土修复实例
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微生物自修复技术要求： （1）微生物必须是耐碱细菌。 （2）微生物分解营养物质必须是在有氧条件下（需氧型
细菌）。 （3）微生物除代谢CaCO3外无其他代谢产物或者其余代谢
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1.自愈合（自修复）混凝土研究背景
• 水泥混凝土路面具有强度高，稳定性好、耐久性好、使 用寿命长、养护费用少等优点。但是目前硅酸盐水泥和 普通硅酸盐水泥混凝土在使用过程中容易出现发生：碱 骨料反应产生膨胀应力使混凝土自身胀裂、水化热过高 结构混凝土产生内应力造成裂缝以及在使用期间超高载 荷下产生裂缝等病害。
自修复和自愈合混凝土 Self-healing and Self-
repairing Concrete
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1.自愈合混凝土的研究背景
2.自愈合混凝土的概述
3.自愈合混凝土的分类
3.1自然自愈合 3.2微生物自愈合 3.3纤维增强自愈合 3.4微胶囊自修复
4.自愈合混凝土常用材料
5.自愈合混凝土展望
丙烯
黏合剂、氯丁橡胶胶黏剂、聚丙烯酸酯、甲基
酸甲酯（MMA）、聚氨酯(PU)、双环戊二烯
(DCPD)、桐油等。
（2）无机类修复剂：主要包括硅酸钠溶液、水分、氢氧
化钙、碱硅酸溶液等
（3）活性微生物细菌修复剂[10]
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5.自愈合混凝土的展望
混凝土自主愈合系统为基体微裂缝的修复和有效地延缓 潜在的危害提供了一种新的方法，该系统将免去人工的 监测和外部修补所需的高额费用，节省建筑结构运行费 用，混凝土材料的使用寿命也将延长。自愈合混凝土作 为一种智能混凝土材料，是混凝土材料结构－智能一体 化的重要组成部分，在重大土木基础设施的及时修复等 诸多方面有很大的潜力，对确保建筑物的安全性和提高 耐久性都极具重要性。
图为内置纤维胶液管自愈合混凝土[8] 玻璃纤维管载体[9]
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(a)试件装置示意图
(b)单组分修复剂混 凝土横切面图
(c)双组分修复剂混 凝土横切面
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表2 修复前后裂缝的开展[8]
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纤维管破裂 释放修复剂
双组分环氧树脂修复实例图[8]
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纤维管自修复技术要求： （1）修复纤维与混凝土基体的性能匹配，特别是力学性能
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参考文献：
[1]交通运输部发布《2014年全国收费公路统计公报》[J];交通企业管理，2015.（323） [2]孙道胜，陈远远，王爱国，孙鹏,肖力.自愈合和自修复混凝土的研究进展[J].材料导报Ａ: 综述篇.2014,28(6);135 [3]姚武，钟文慧．混凝土损伤自愈合的机理[J]．材料研究学报,2006,20(1);24 [4]钱春香，罗 勉，潘庆峰，李瑞阳.自修复混凝土中微生物矿化方解石的形成机理[J].硅酸盐 学报,2013,41(5),621-626 [5]JONKERS H M.Becteria-based self-healing concret[J].Heron,2011,56(1/2):1-20 [6]WIKTOR V,JONKERS H M,Quantification of crack-healing in novel bacteria-based self-healing concret[J].CemConer Compos,2011,339(7):763-770 [7]RINCON P.KEY test for rehealable concret [OB/L]. http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-20121303 [8]匡亚川,欧进萍.内置纤维胶液管钢筋混凝土梁裂缝自愈合行为试验和分析[J].土木工程学 报.2005.38(4),53-59, [9]THAO T D P.Quasi-brittle Self-Healing Materials;Numerical Modelling and Application in Civil Engineering[D].Singapore;National University of Singapore,2011. [10]吕忠，陈惠苏.水泥基材料裂缝自主愈合研究进展[J].硅酸盐学报.2014,42(2):156-168 [11]WHITE S R,SOTTOS N R,GEUBELLE P H,etal.Autonomic healing of polymer composite[J], Nature,2001,409(6822):794-797 [12]万健，韩超.微胶囊自修复混凝土的实验研实用究文及档性能评价[J].新型建筑材
•自愈合混凝土是模仿动物的组织结构受创伤后的再生， 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。
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3.自愈合混凝土分类
•根据修复原理，自愈合混凝土可分为: 自然自愈合 微生物自愈合 纤维胶液管自愈合 微胶囊自愈合[2]
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微胶囊外观SEM图[12]
聚合物材料胶囊法自愈合原理[11]
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微胶囊切面SEM图[12]
三分点弯曲预加载示意[12]
不同压力预载处理的混凝土试件 的抗折强度[12]
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自愈合混凝土性能评价指标
1.抗折强度修复率：
Rf
ff1 ff ff0 ff
Rf——掺加修复微胶囊的混凝土抗折强度恢复率，% ff——经预压的基准混凝土试件48 h后抗折强度，MPa ff0——未预压的基准混凝土试件的抗折强度，MPa ff1——经预压的掺加修复微胶囊混凝土试件 48 h 后抗 折强度，MPa
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自愈合混凝土性能评价指标
2.动弹性模量的恢复率：
RP
P1 P0 1 P0
Rp——自修复试件的动弹性模量恢复率，%
P0——基准混凝土试件的相对动弹性模量，%
P1——掺加修复微胶囊混凝土试件的相对动弹性模量，%
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4.自愈合混凝土常用材料
（1）聚合物修复剂：主要包括环氧树脂、氰基丙烯酸盐
产物对混凝土本身性能无影响。 （4）微生物营养物质不影响水泥水化及混凝土其它性能。
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3.3纤维胶液管自愈合
内置纤维胶液管裂缝自愈合混凝土,是根据人源自文库伤口由" 破裂—流血—凝结—愈合"的过程,在混凝土中沿受拉方 向分层布置一些注有高分子修复胶粘剂的纤维管,作为愈 合管道,使胶粘剂在混凝土中长期保持性能稳定[8]。
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水泥混凝土常见病害实例图
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•截至2014年底，中国公路总里程达到446.39万公里，较 2013年末增加10.77万公里，养护经费支出469.2亿元，增 长了20.31%[1]。
表1：2013-2014年中国收费公路支出构成(单位：亿元)[1]
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2.仿生自愈合（自修复）混凝土概述
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3.1自然自愈合
•自然自愈合是指混凝土损伤部位中未水化或水化不充分 的胶凝材料加速水化或进一步反应生成新的反应产物弥 合裂缝的过程[3]。
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3.2微生物自愈合
•微生物自愈合指：用硅胶、聚氨酯或者多孔的黏土颗粒 来封装活性微生物细菌和其生长所需原料，在搅拌初期 加入混凝土中，裂纹出现时，在适宜的环境条件下，载 体破裂，活性微生物在水泥基材料环境下进行新陈代谢 产生方解石（CaCO3）沉淀，达到愈合裂纹的目的。
的匹配。 （2）修复纤维和混凝土材料的温度膨胀系数应接近。 （3）修复纤维应具有化学性质稳定、能在混凝土中长期保
存,且强度不变,也不影响混凝土的性能等特性。 （4）修复剂固化条件简单、化学性质稳定耐久性好、良好
的流动性
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3.4微胶囊自愈合
微胶囊自愈合是将修复剂封装到微胶囊中，在拌合时均 匀地分散到混凝土中，当混凝土发生裂纹时，微胶囊破 裂释放出修复剂，当修复剂遇到催化剂，发生聚合反应 进而胶结裂纹面。[10]
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水泥基材料活性微生物细菌自主愈合体[5-7]
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图为微生物矿化产物SEM图[4]
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微生物自愈合
微生物自愈合混凝土修复实例
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微生物自修复技术要求： （1）微生物必须是耐碱细菌。 （2）微生物分解营养物质必须是在有氧条件下（需氧型
细菌）。 （3）微生物除代谢CaCO3外无其他代谢产物或者其余代谢
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1.自愈合（自修复）混凝土研究背景
• 水泥混凝土路面具有强度高，稳定性好、耐久性好、使 用寿命长、养护费用少等优点。但是目前硅酸盐水泥和 普通硅酸盐水泥混凝土在使用过程中容易出现发生：碱 骨料反应产生膨胀应力使混凝土自身胀裂、水化热过高 结构混凝土产生内应力造成裂缝以及在使用期间超高载 荷下产生裂缝等病害。
自修复和自愈合混凝土 Self-healing and Self-
repairing Concrete
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1.自愈合混凝土的研究背景
2.自愈合混凝土的概述
3.自愈合混凝土的分类
3.1自然自愈合 3.2微生物自愈合 3.3纤维增强自愈合 3.4微胶囊自修复
4.自愈合混凝土常用材料
5.自愈合混凝土展望
丙烯
黏合剂、氯丁橡胶胶黏剂、聚丙烯酸酯、甲基
酸甲酯（MMA）、聚氨酯(PU)、双环戊二烯
(DCPD)、桐油等。
（2）无机类修复剂：主要包括硅酸钠溶液、水分、氢氧
化钙、碱硅酸溶液等
（3）活性微生物细菌修复剂[10]
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5.自愈合混凝土的展望
混凝土自主愈合系统为基体微裂缝的修复和有效地延缓 潜在的危害提供了一种新的方法，该系统将免去人工的 监测和外部修补所需的高额费用，节省建筑结构运行费 用，混凝土材料的使用寿命也将延长。自愈合混凝土作 为一种智能混凝土材料，是混凝土材料结构－智能一体 化的重要组成部分，在重大土木基础设施的及时修复等 诸多方面有很大的潜力，对确保建筑物的安全性和提高 耐久性都极具重要性。
图为内置纤维胶液管自愈合混凝土[8] 玻璃纤维管载体[9]
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(a)试件装置示意图
(b)单组分修复剂混 凝土横切面图
(c)双组分修复剂混 凝土横切面
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表2 修复前后裂缝的开展[8]
实用文档
纤维管破裂 释放修复剂
双组分环氧树脂修复实例图[8]
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纤维管自修复技术要求： （1）修复纤维与混凝土基体的性能匹配，特别是力学性能
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参考文献：
[1]交通运输部发布《2014年全国收费公路统计公报》[J];交通企业管理，2015.（323） [2]孙道胜，陈远远，王爱国，孙鹏,肖力.自愈合和自修复混凝土的研究进展[J].材料导报Ａ: 综述篇.2014,28(6);135 [3]姚武，钟文慧．混凝土损伤自愈合的机理[J]．材料研究学报,2006,20(1);24 [4]钱春香，罗 勉，潘庆峰，李瑞阳.自修复混凝土中微生物矿化方解石的形成机理[J].硅酸盐 学报,2013,41(5),621-626 [5]JONKERS H M.Becteria-based self-healing concret[J].Heron,2011,56(1/2):1-20 [6]WIKTOR V,JONKERS H M,Quantification of crack-healing in novel bacteria-based self-healing concret[J].CemConer Compos,2011,339(7):763-770 [7]RINCON P.KEY test for rehealable concret [OB/L]. http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-20121303 [8]匡亚川,欧进萍.内置纤维胶液管钢筋混凝土梁裂缝自愈合行为试验和分析[J].土木工程学 报.2005.38(4),53-59, [9]THAO T D P.Quasi-brittle Self-Healing Materials;Numerical Modelling and Application in Civil Engineering[D].Singapore;National University of Singapore,2011. [10]吕忠，陈惠苏.水泥基材料裂缝自主愈合研究进展[J].硅酸盐学报.2014,42(2):156-168 [11]WHITE S R,SOTTOS N R,GEUBELLE P H,etal.Autonomic healing of polymer composite[J], Nature,2001,409(6822):794-797 [12]万健，韩超.微胶囊自修复混凝土的实验研实用究文及档性能评价[J].新型建筑材
•自愈合混凝土是模仿动物的组织结构受创伤后的再生， 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。
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3.自愈合混凝土分类
•根据修复原理，自愈合混凝土可分为: 自然自愈合 微生物自愈合 纤维胶液管自愈合 微胶囊自愈合[2]
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微胶囊外观SEM图[12]
聚合物材料胶囊法自愈合原理[11]
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微胶囊切面SEM图[12]
三分点弯曲预加载示意[12]
不同压力预载处理的混凝土试件 的抗折强度[12]
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自愈合混凝土性能评价指标
1.抗折强度修复率：
Rf
ff1 ff ff0 ff
Rf——掺加修复微胶囊的混凝土抗折强度恢复率，% ff——经预压的基准混凝土试件48 h后抗折强度，MPa ff0——未预压的基准混凝土试件的抗折强度，MPa ff1——经预压的掺加修复微胶囊混凝土试件 48 h 后抗 折强度，MPa
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自愈合混凝土性能评价指标
2.动弹性模量的恢复率：
RP
P1 P0 1 P0
Rp——自修复试件的动弹性模量恢复率，%
P0——基准混凝土试件的相对动弹性模量，%
P1——掺加修复微胶囊混凝土试件的相对动弹性模量，%
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4.自愈合混凝土常用材料
（1）聚合物修复剂：主要包括环氧树脂、氰基丙烯酸盐
产物对混凝土本身性能无影响。 （4）微生物营养物质不影响水泥水化及混凝土其它性能。
实用文档
3.3纤维胶液管自愈合
内置纤维胶液管裂缝自愈合混凝土,是根据人源自文库伤口由" 破裂—流血—凝结—愈合"的过程,在混凝土中沿受拉方 向分层布置一些注有高分子修复胶粘剂的纤维管,作为愈 合管道,使胶粘剂在混凝土中长期保持性能稳定[8]。
实用文档
水泥混凝土常见病害实例图
实用文档
•截至2014年底，中国公路总里程达到446.39万公里，较 2013年末增加10.77万公里，养护经费支出469.2亿元，增 长了20.31%[1]。
表1：2013-2014年中国收费公路支出构成(单位：亿元)[1]
实用文档
2.仿生自愈合（自修复）混凝土概述
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3.1自然自愈合
•自然自愈合是指混凝土损伤部位中未水化或水化不充分 的胶凝材料加速水化或进一步反应生成新的反应产物弥 合裂缝的过程[3]。
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3.2微生物自愈合
•微生物自愈合指：用硅胶、聚氨酯或者多孔的黏土颗粒 来封装活性微生物细菌和其生长所需原料，在搅拌初期 加入混凝土中，裂纹出现时，在适宜的环境条件下，载 体破裂，活性微生物在水泥基材料环境下进行新陈代谢 产生方解石（CaCO3）沉淀，达到愈合裂纹的目的。
的匹配。 （2）修复纤维和混凝土材料的温度膨胀系数应接近。 （3）修复纤维应具有化学性质稳定、能在混凝土中长期保
存,且强度不变,也不影响混凝土的性能等特性。 （4）修复剂固化条件简单、化学性质稳定耐久性好、良好
的流动性
实用文档
3.4微胶囊自愈合
微胶囊自愈合是将修复剂封装到微胶囊中，在拌合时均 匀地分散到混凝土中，当混凝土发生裂纹时，微胶囊破 裂释放出修复剂，当修复剂遇到催化剂，发生聚合反应 进而胶结裂纹面。[10]