自修复混凝土是模仿动物的骨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。
具体的自愈性混凝土有分为4类:
1、细菌混凝土
一般存活于极度干燥的环境(如沙漠)甚至超碱性环境中的细菌形成抱子的能力很强,而且其生存环境与混凝土内部环境相似。这些干燥或耐碱性细菌具有极低的代谢活性,能够抵抗较高的机械应力和化学诱导应力,并有较长的寿命。目前己对耐碱性的内生抱子细菌在提高混凝土自愈合能力方而进行了相关研究,并通过ESEM分析(环境扫描电子显微镜)说明了细菌混凝土中方解石沉淀的可能性。下图展示了裂缝中沉淀的方解石。
2、自愈合纤维混凝土
研究表明:裂缝的宽度是混凝土发生自愈合的关键。能够发生自愈合过程的裂缝宽度要求低于200μm,最佳情况是低于50 μm,特别是对于持续水化水泥的自愈合过程。然而在实际中是很难达到裂缝宽度要求。为了能够有效地对裂缝宽度进行控制,Li等人开发了一种新的纤维增强应变硬化水泥基复合材料,称为高延性水泥基复合材料(Engineered Cementi-tious Composites,简称ECC),ECC是根据微观力学和断裂力学原理设计以控制裂缝宽度。ECC中使用的纤维在经过设计后与砂浆基体协同作用,从而抑制局部性的脆性破坏。即使混合料局部受到几百牛顿的拉力,也只会产生微裂纹损伤。
3、形状记忆合金的损伤控制
形状记忆合金(shape memory alloy ,SMA)是智能结构中的一种驱动元件,其特点是具有形状记忆效应和超弹性效应,可以实现长期、在线、实时监测,并进一步实现结构的自修复功能。普通的金属材料,当内部应力超过其弹性极限时,将产生塑性变形,由于塑性变形的不可逆性,卸载之后,材料的变形不可恢复,而形状记忆合金具有形状记忆效应.将形状记忆合金材料在高温下定形,冷却到低温,并施加变形,使它存在残余变形。如果对形状记忆合金进行加热,就可以使低温状态所存在的残余变形消失,形状记忆合金将恢复到高温下所固有的形状,随后再进行冷却或加热,形状将保持不变。上述过程可以周而复始,仿佛合金记住了高温状态所赋予的形状一样。形状记忆合金可恢复的应变量高达7%一8%,形状记忆合金具有双程记忆效应和全程记忆效应。图2表达了SMA受载变形、加热恢复初始形状的形状记忆效应的微观机理。
4、基于胶囊方式的自修复
微胶囊方式的自修复方法的基本原理是:①装有修复剂的微胶囊和固化剂均匀分散在基体材料中;②当基体材料产生裂纹时,裂纹尖端的微胶囊在集中应力的作用下破裂,修复剂流出,在毛细作用下渗入基体裂纹中;③渗入裂纹中的修复剂与分散在基体材料中的固化剂相遇,修复剂固化将裂纹修复,抑制裂纹继续扩展,达到恢复甚至提高材料强度的效果,完成对损伤进行自修复。