混凝土裂缝的新型修复措施研究及应用

刘浩

（重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400000）

摘要：混凝土作为一种常用的建筑工程材料被广泛应用于土木工程的方方面面，但是由于混凝土本身抗拉性能较弱及工作环境的恶劣，导致混凝土裂缝成为一个普遍且难以解决的问题。混凝土裂缝会对混凝土耐久性、使用寿命和承载力等诸多性能造成不利影，为此，国内外许多学者及一线工作者对这一问题都展开了研究和思考。根据不同类型的裂缝会选择对应的措施。不胜枚举。这些较为传统的措施往往采用未雨绸缪的方式对混凝土裂缝进行修复，而且只能是一种定性的确定，不可控因素太多了。随着社会的进步和技术的发展，越来越多的学科综合交叉融合技术如雨后春笋般出现，使得混凝土裂缝能够得到延缓、阻止甚至愈合。

关键词：混凝土；裂缝修复；措施研究

1纤维混凝土

物理方式主要考虑的是对混凝土工作时的性能加以改进提高，而这类方式主要是往混凝土内加入纤维以提高混凝土的抗拉性能，以延缓阻止裂缝的产生。

1.1金属纤维混凝土

金属纤维混凝土主要有不锈钢纤维、钢纤维等，这类纤维由于自身的强大性能，在掺进混凝土经过搅拌后和混凝土良好地相容后能够共同工作。下面笔者就钢纤维混凝土和素混凝土就水力冲击进行模拟钢纤维对混凝土裂缝的阻止和延伸进行分析。

通过借助于光滑粒子流体动力学（SPH）数值模拟方法对钢纤维混凝土和素混凝土在水力冲击下的破碎机理进行分析。

将素混凝土和金属纤维混凝土结果模拟对比可以发现在相同的水力冲击条件下，钢纤维混凝土能进一步抵制混凝土裂缝的延伸和抵制裂缝产生。对于钢纤维混凝土破碎机理进一步分析会发现，钢纤维两侧的混凝土在水力冲击的过程中，混凝土沿钢纤维裂纹形成的同时，钢纤维两侧表现出不同的损伤程度，主要是因为钢纤维具有较高的抗拉强度，阻碍了损伤继续发展。随着水力冲击的持续作用下，钢纤维被冲断，两侧损伤区域产生融合，至此混凝土和钢纤维均全部破坏。

1.2纤维混凝土总结

其他种类纤维混凝土的工作原理和钢纤维类似，但是需要指出的是，钢纤维等金属纤维在提高混凝土的性能的同时也提高了混凝土的自重以及造价，并且金属纤维用于路面或者桥面时在表层混凝土磨损之后，会对行车安全和舒适度带来较大影响。所以金属纤维混凝土用于像桥梁墩柱等基础结构具有更大的优势。

无机纤维混凝土虽说在造价及自重较金属混凝土有较大优势，但是脆性太高，而且多数无机纤维都是酸性物质，混凝土是碱性，二者相容性不足；暴露出来后韧性和强度都会大幅降低。随着生产技术的不断进步和发展，连续性玄武岩纤维逐渐引起了大家的注意，这种纤维具有一般无机纤维所具有的优点的同时，而且是碱性物质，具有卓越的综合性能和较低的价格，而且加工简单，绿色环保，材料易得。

有机纤维主要是由一些人造纤维和植物纤维组成，这类纤维自重轻，抗拉强度高，和混凝土的相容性也较好，在提升抗拉强度的同时由于自身自重轻也减轻了混凝土自重，可是和易性差，在混凝土中不能均匀分布。

2自愈性混凝土

自愈混凝土是指可自行修补裂缝的实验性混凝土，它包含有可生产石灰石的休眠的细菌孢子和细菌生长所需要的养分，通过作用于结构的腐蚀性雨水渗入加以激活，以期对混凝土开裂部分进行局部填充，这将大大提升混凝土的使用寿命。自愈混凝土在19世纪中叶法国就有学者发现混凝土有自愈能力，而直到21世纪荷兰科学家尝试将芽孢杆菌孢子加入混凝土能在一个月实现混凝土毫米级裂缝自愈，而最近发现人类红细胞中的CA酶够能在24小时内修复毫米级裂缝。自愈性混凝土作用机理包括化学机理和生物机理两种。

2.1化学机理下的自愈混凝土

化学自愈过程中，在碱性条件下更易愈合，且进展缓慢，需要外加促进措施和适宜的环境，如：适宜的温度、pH值和湿度等。化学自愈性混凝土主要包括电沉积自愈法、渗透结晶自愈法、微胶囊修复法三种类型。

2.1.1电沉积自愈法

电沉积自修复法利用电化学原理，将混凝土结构中的钢筋充当电化学反应的阴极，在水中放置阳极，在两极之间通微电流就会发生一系列的电化学反应，生成不溶于水的化合物将混凝土的外表面裂缝修复，在一定程度上阻止了内部有害物质流动对结构的侵蚀该方法通过人为施加电压促进反应进行，提高反应速率。这种方式对环境的要求和裂缝形式非常严格，需要裂缝直达钢筋处且电解质溶液才能发生反应。

2.1.2渗透结晶自愈法

在混凝土中掺入具有活性的外加剂，或在混凝土的外表覆盖一层含渗透结晶材料的活性外加剂。当混凝土一旦开裂有潮气进入内部或者混凝土处于水养护条件下时，活性外加剂会被激活。在水的渗透作用下，激活后的外加剂随水渗入到混凝土的毛细孔和微孔中，从而生成不溶于水的结晶体堵塞住裂缝。

2.1.3微胶囊修复法

首先将液体修复剂放入微胶囊或者空心纤维，然后将其均匀地搅拌在混凝土中。当混凝土受力产生微裂缝时，微胶囊的囊壁就会受力破裂，内部的修复剂流出，随毛细作用渗入裂缝的周围与水泥中的固化剂发生固化反应，最终裂缝被粘结愈合，实现自修复。

3生物机理作用下的自愈混凝土

微生物自修复法是指利用好氧微生物发生矿化反应生成的产物碳酸钙修补裂缝，在搅拌混凝土时提前加入微生物、所需的营养物和底物，当混凝土构件出现开裂，微生物会和渗入的空气和水发生一系列的反应，生成碳酸盐沉淀，并附着在混凝土构件表面，形成闭合空间，实现混凝土自修复。

生物机理修复法目前使用的微生物主要有菌类和酶，这类微生物在混凝土未开裂的环境下处于休眠状态，在混凝土开裂后生成碳酸盐等物质和混凝土具有良好的相容性。而微生物修复法对混凝土工作条件要求较高，而且微生物处于活性状态下需要营养物质，营养物质的必需使得混凝土的造价也提高了。

关于微生物修复法最新的进展发现来自于人类红细胞中的CA酶，CA酶在活性正常和环境适宜的情况下对于毫米级裂缝在24小时之内便能够实现愈合。

总结

(1)修复混凝土裂缝的传统方式主要是以预防为主，通过改变混凝土本身的配料对混凝土裂缝进行控制，采用方式的出发点也是基于土木工程理论的措施；而新型方法则是通过对混凝土进行额外的材料替代进行修复混凝土，控制裂缝的方式既有提取预防也有后期修复，出发点则是跨学科多种方式的综合应用。

(2)传统方式主要是希望保持混凝土在工作中性能不发生变化而不产生裂缝，而新型方式主要是通过提升混凝土性能延缓阻止裂缝的继续产生。

(3)传统方式相对技术成熟，实施简单，而新型方式对环境要求高，技术不成熟，目前来说实施较为困难，局限性较大。但是随着技术的发展进步及研究的深入，新型技术将具有广泛应用前景及更高的性价比。

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