自修復(fù)混凝土是模仿動物的骨組織結(jié)構(gòu)受創(chuàng)傷后的再生,恢復(fù)機(jī)理,采用修復(fù)膠粘劑和混凝土材料相復(fù)合的方法,對材料損傷破壞具有自修復(fù)和再生的功能,恢復(fù)甚至提高材料性能的一種新型復(fù)合材料。
具體的自愈性混凝土有分為4類:
1、細(xì)菌混凝土
一般存活于極度干燥的環(huán)境(如沙漠)甚至超堿性環(huán)境中的細(xì)菌形成抱子的能力很強(qiáng),而且其生存環(huán)境與混凝土內(nèi)部環(huán)境相似。這些干燥或耐堿性細(xì)菌具有極低的代謝活性,能夠抵抗較高的機(jī)械應(yīng)力和化學(xué)誘導(dǎo)應(yīng)力,并有較長的壽命。目前己對耐堿性的內(nèi)生抱子細(xì)菌在提高混凝土自愈合能力方而進(jìn)行了相關(guān)研究,并通過ESEM分析(環(huán)境掃描電子顯微鏡)說明了細(xì)菌混凝土中方解石沉淀的可能性。下圖展示了裂縫中沉淀的方解石。
2、自愈合纖維混凝土
研究表明:裂縫的寬度是混凝土發(fā)生自愈合的關(guān)鍵。能夠發(fā)生自愈合過程的裂縫寬度要求低于200μm,最佳情況是低于50 μm,特別是對于持續(xù)水化水泥的自愈合過程。然而在實際中是很難達(dá)到裂縫寬度要求。為了能夠有效地對裂縫寬度進(jìn)行控制,Li等人開發(fā)了一種新的纖維增強(qiáng)應(yīng)變硬化水泥基復(fù)合材料,稱為高延性水泥基復(fù)合材料(Engineered Cementi-tious Composites,簡稱ECC),ECC是根據(jù)微觀力學(xué)和斷裂力學(xué)原理設(shè)計以控制裂縫寬度。ECC中使用的纖維在經(jīng)過設(shè)計后與砂漿基體協(xié)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(chǎn)生微裂紋損傷。
3、形狀記憶合金的損傷控制
形狀記憶合金(shape memory alloy ,SMA)是智能結(jié)構(gòu)中的一種驅(qū)動元件,其特點是具有形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng),可以實現(xiàn)長期、在線、實時監(jiān)測,并進(jìn)一步實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的自修復(fù)功能。普通的金屬材料,當(dāng)內(nèi)部應(yīng)力超過其彈性極限時,將產(chǎn)生塑性變形,由于塑性變形的不可逆性,卸載之后,材料的變形不可恢復(fù),而形狀記憶合金具有形狀記憶效應(yīng).將形狀記憶合金材料在高溫下定形,冷卻到低溫,并施加變形,使它存在殘余變形。如果對形狀記憶合金進(jìn)行加熱,就可以使低溫狀態(tài)所存在的殘余變形消失,形狀記憶合金將恢復(fù)到高溫下所固有的形狀,隨后再進(jìn)行冷卻或加熱,形狀將保持不變。上述過程可以周而復(fù)始,仿佛合金記住了高溫狀態(tài)所賦予的形狀一樣。形狀記憶合金可恢復(fù)的應(yīng)變量高達(dá)7%一8%,形狀記憶合金具有雙程記憶效應(yīng)和全程記憶效應(yīng)。圖2表達(dá)了SMA受載變形、加熱恢復(fù)初始形狀的形狀記憶效應(yīng)的微觀機(jī)理。
4、基于膠囊方式的自修復(fù)
微膠囊方式的自修復(fù)方法的基本原理是:①裝有修復(fù)劑的微膠囊和固化劑均勻分散在基體材料中;②當(dāng)基體材料產(chǎn)生裂紋時,裂紋尖端的微膠囊在集中應(yīng)力的作用下破裂,修復(fù)劑流出,在毛細(xì)作用下滲入基體裂紋中;③滲入裂紋中的修復(fù)劑與分散在基體材料中的固化劑相遇,修復(fù)劑固化將裂紋修復(fù),抑制裂紋繼續(xù)擴(kuò)展,達(dá)到恢復(fù)甚至提高材料強(qiáng)度的效果,完成對損傷進(jìn)行自修復(fù)。