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仿生自愈合水泥砂浆的研究

更新日期:2019-5-15 13:29:17

仿生自愈合水泥砂浆的研究

习志臻,  张雄

(同济大学混凝土材料研究国家重点实验室,上海200092)

摘     要:      将含有聚氨酯、丙烯酸酯等修复剂材料的空心玻璃纤维埋入水泥砂浆基体中,在水泥砂浆内部形成智能型仿生自愈合系统。砂浆开裂后空心玻璃纤维断裂,致使修复剂流入基体,愈合基体微裂缝且修复损伤界面。使用INSTRON实验机和声发射仪分别测试了砂浆愈合后的强度和质量,结果表明:砂浆的愈合效果明显,且断裂韧性得到了一定的改善。

关键词:自愈合混凝土;强度回复;声发射;断裂韧性

中图分类号:TU528  文献标识码:A

 Bionical Self-healing Cement Mortar


      XI Zhi-zhen, ZHANG Xiong


      (State  Key Laboratory of Concrete Materials Research, Tongji University, Shanghai 200092, China)

Abstract: Acrylate resin and polyurethane were used as crack repairing agents which were filled in hollow glass fibers emibedded in cement mortar matcriats. The subsequent release of repairing agent resulted in the sealing of matrix microcracks and the rebonding of damaged interfaces. The strength and healing quality of material were tested by INSTRON equipment and acoustic cmission. The test resultsshow that the microcracks are healed by repairing agent and the toughness is improved .

Key words: self-healing concrete; strength recovering;acoustic emission; concrete toughness


混凝上材料在使用过程和周围环境的影响下,不可避免地会产生局部开裂和损伤,混凝土的宏观破坏能被肉眼发现并用手工修复。另外,超声波和放射线照相术等无损检测技术对探察内部损伤也很有效。但由于这些技术的局限性,目前还不能用于诸如微开裂等微观损伤的探测,而微观损伤的修复则更加困难。这些微观损伤如不及时修复,不但影响结构的正常使用,缩短使用寿命,而且还可能由此引发宏观裂缝并出现脆性断裂,从而产生严重的灾难性事故[1,2].过去对混凝土材料的修复形式主要是事后维修和定时维修,随着现代多功能和智能建筑对混凝土材料的要求越来越高,这种修复方式已不能适应自愈合仿生混凝土的工作机理是模仿生物组织能自动分泌某种物质使受创伤部位得到愈合的机能,通过在混凝土中复合特殊组分(如含粘结剂的空心纤维),形成智能型仿生自愈合神经网络系统,可以认为,自愈合仿生混凝土是一种智能型仿生材料[3]

 1  实验装置和方法
本研究采用聚氨酯、丙烯酸酯等材料为修复剂,将其注入空心玻璃纤维中并埋入40mmX40mmX160mm的水泥砂浆试件,空心玻璃纤维外径2mm,壁厚0.5mm,长160mm,其埋置位置如图1所示:砂浆试件的水灰比为0.44,灰砂比为1:2.5,龄期为28d。试样在INSTRON8501万能试验机上进行三点弯曲试验(图1),通过跨中挠度控制对试样进行加载,加荷速度为0.025mm/min。在一定荷载下砂浆基体产生微裂缝。导致修复纤维断裂,释放出的修复剂渗人基体内将试件再放回养护室中继续养护(室温20°C,相对湿度100%),直至修复剂固化后再次进行三点弯曲试验。在弯曲试验同时,用声发射技术对试件破坏过程进行检测,检测方法见参考文献[4]


仿生自愈合水泥砂浆的研究全文