结晶外加剂对混凝土裂缝自修复的作用★

刘 铖 王一帆 何影卓 林宇晨 刘 瑶

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

自修复材料是指能够自动修复小损伤或裂缝的材料。研究自修复材料性能的主要原因是延长使用自修复材料建造的建筑的使用寿命，而且可以降低维修成本。水泥基材料的自愈过程已进行了数十年的研究。混凝土中小裂缝的自生修复是自然过程，是材料本身的特性和组成所固有的。它主要是由水泥的进一步水化和碳酸钙沉淀引起的，尽管其他方法也可以增强。而自主修复是一种工程修复过程，旨在改善混凝土构件的自修复特性。自主愈合的方法之一是使用自修复混合物，例如晶体混合物。本文主要研究了渗透结晶添加剂对混凝土抗压强度恢复率的影响和对预裂试样表面裂纹的修复作用。

1 试验材料和程序

1.1 试验材料及配合比

本试验采用的XYPEX结晶外加剂由水泥、沙子和活性二氧化硅等混合物组成，按照等质量替代水泥在混合前加入到混凝土原料中。设计了两种混凝土，水灰比均为0.5；将占水泥重量的2%和4%粉末状结晶外加剂加入到混凝土中，用CA符号表示。两种混合物配合比如表1所示。

表1 混合物配合比

1.2 试验方案

本研究中用于评估自修复效果的方法是一方面通过对浇筑好的试件在标准条件下养护后测试开裂前后的抗压强度，确定其强度修复率；另一方面通过观察并测量预裂试件在水中养护后的裂缝宽度，检验其自修复效果。

2 试验方法

2.1 抗压强度试验

在混凝土材料中掺入水泥用量2%和4%的XYPEX掺合剂，与混凝土材料一起搅拌、振捣成型。压缩试验采用150 mm立方体试件，试件浇筑后在标准养护条件下养护28 d，进行抗压强度试验。将第1次测量抗压试验的试件加力至表面出现第一条可见裂缝为止，再将开裂后的试件重新置入养护室中，在标准养护条件下继续养护28 d，使其恢复后，进行第2次抗压强度试验。

2.2 制备裂缝及养护

预裂试样尺寸采用50 mm×50 mm×50 mm立方体，浇筑的混凝土振捣后24 h脱模，在恒定条件下养护至7 d龄期后制备裂缝，使用压力试验机将试样加载至表面中心出现微裂缝，宽度控制在0.1 mm 以内。为了便于观察，在样品表面上选择五个位置测量裂缝宽度。修复养护采用水浸方式，将试件水平放置在装有水的塑料盆中，水温控制在(20±2)℃；测量养护7 d,28 d的裂缝宽度。

3 试验结果与讨论

3.1 抗压强度结果分析

试验结果表明，混凝土中加入渗透结晶材料能够提高混凝土的密实性，改善结构的承载能力。从表2数据可以看出，掺有2%XYPEX的混凝土试件平均抗压强度比对照混凝土的强度提高15%，而掺有4%XYPEX的混凝土试件抗压强度仅提高2%，即随着掺量的增加，强度有所降低。

表2 抗压试验结果

3.2 抗压强度修复率

将第2次压缩强度值与第1次的进行比较，来表征自修复效果。由于外加剂的“渗透结晶”作用机理，强度完全恢复到了对照混凝土28 d的抗压强度。与第1次压缩强度值相比，掺量为2%时其修复率为88%；掺量为4%时其修复率为91%。第2次压缩试验结果如表3所示。

表3 抗压试验结果

3.3 表面裂缝修复效果

图1，图2反映了未掺入外加剂和掺入2%外加剂试件裂缝修复前后的对比情况。经过28 d修复养护，未添加的对照组试件愈合效果不明显，而添加结晶材料的试件裂缝愈合良好，裂缝被连续的结晶体填充。

3.4 机理分析

与对照试样相比，加了2%外加剂的试样经过开裂养护28 d后裂缝愈合较好；随着养护龄期的增加，修复程度增加。分析其原因主要是当裂缝出现时混凝土中有未水化的水泥颗粒暴露在空气中，水分通过裂缝进入混凝土内部，渗透结晶材料中的活性物质促进未水化的水泥颗粒继续水化，生成的水化结晶产物填充了裂缝，起到了修复的效果。

4 结论

1)XYPEX外加剂的掺入提高了混凝土的抗压强度，当掺量为2%时抗压强度较高，修复率为88%，说明改性混凝土具有较强的修复能力。

2)与对照混凝土试件相比，加了2%外加剂的混凝土试样在开裂养护后裂缝修复效果明显；裂缝处生成的结晶产物提高了混凝土的抗渗性能；随着养护龄期的增加，修复速度增加。