自修复混凝土的现状及发展
- 格式:doc
- 大小:35.00 KB
- 文档页数:8
对自身混凝土生产或经营现状的描述情况混凝土是建筑和基础设施建设中不可或缺的重要材料,它广泛应用于各种建筑工程中。
我所经营的混凝土生产企业,面临着市场竞争激烈、技术要求不断提高以及环境保护的压力。
以下是我对自身混凝土生产或经营现状的描述情况。
我所经营的混凝土生产企业采用先进的生产设备和技术,确保产品的质量稳定可靠。
我们引进了自动化控制系统,能够精确控制原材料的配比和生产过程中的各个环节,保证混凝土的强度、密实度和耐久性等关键性能指标符合国家标准。
同时,我们还加强了对原材料的质量监控,严格把关原材料的进货和入库检验,确保原材料的质量稳定可靠。
我们注重产品的研发和创新,不断推出符合市场需求的新型混凝土产品。
随着建筑行业的发展和市场需求的变化,传统的普通混凝土已经不能满足各种特殊工程的需求。
因此,我们积极开发和推广高性能混凝土、自密实混凝土、自修复混凝土等新型产品。
这些新型混凝土产品在强度、耐久性、抗渗性、抗裂性等方面具有优异的性能,能够满足各种工程的特殊需求。
第三,我们注重环境保护和可持续发展。
混凝土生产过程中产生的废水、废气和固体废弃物对环境造成了一定的污染。
为了减少环境污染,我们采取了一系列措施。
首先,我们对废水进行集中处理,采用先进的水处理设备进行处理和回收,保证排放达到国家相关标准。
其次,我们加强了对废气的治理,安装了除尘设备和废气处理设备,降低了废气排放的浓度和污染物的含量。
此外,我们还加强了对固体废弃物的分类和处理,实现了资源的回收和再利用。
第四,我们注重与客户的合作和沟通,提供优质的产品和服务。
我们与建筑公司、工程承包商等客户建立了长期稳定的合作关系,为他们提供定制化的混凝土产品和解决方案。
我们的技术团队能够根据客户的具体需求进行配方设计和工程施工指导,确保产品的质量和施工的顺利进行。
同时,我们还建立了完善的售后服务体系,及时解决客户在使用过程中遇到的问题和困难。
我所经营的混凝土生产企业在市场竞争激烈、技术要求不断提高以及环境保护的压力下,通过先进的生产设备和技术,不断推出符合市场需求的新型混凝土产品,注重环境保护和可持续发展,与客户建立长期合作关系,提供优质的产品和服务。
混凝土自修复技术的研究与应用方法一、引言自修复混凝土技术是一种新兴的材料技术,它可以使混凝土在受到损伤后自行修复,从而延长混凝土的使用寿命,减少维修和更换的成本。
本文将详细介绍混凝土自修复技术的研究与应用方法。
二、混凝土自修复技术的研究1. 自修复混凝土的原理自修复混凝土是指在混凝土中添加一些特殊的微观材料,如聚合物胶体、微生物、纳米颗粒等,当混凝土发生微裂缝时,这些微观材料就会自行溶解、膨胀、凝胶化等反应,从而将微裂缝堵塞,实现自我修复的目的。
2. 自修复混凝土的材料目前,自修复混凝土的材料主要包括以下几类:(1)聚合物胶体类:主要是指一些高分子聚合物材料,如丙烯酸乳液、聚氨酯等;(2)微生物类:主要是指一些具有生物活性的微生物,如硅藻、酵母菌等;(3)纳米颗粒类:主要是指一些具有特殊功能的纳米颗粒材料,如纳米氧化铁、纳米碳酸钙等。
3. 自修复混凝土的实验方法为了验证自修复混凝土的效果,需要进行一系列的实验。
常用的实验方法包括以下几种:(1)拉伸实验:用拉力机对混凝土试件进行拉伸,观察混凝土的破坏形态和拉伸强度;(2)压缩实验:用万能试验机对混凝土试件进行压缩,观察混凝土的破坏形态和抗压强度;(3)弯曲实验:用弯曲试验机对混凝土试件进行弯曲,观察混凝土的破坏形态和抗弯强度。
三、混凝土自修复技术的应用方法1. 自修复混凝土的制备方法自修复混凝土的制备方法主要包括以下几个步骤:(1)选择合适的自修复材料;(2)将自修复材料与混凝土原材料按照一定比例混合;(3)进行混凝土的浇筑和养护。
2. 自修复混凝土的施工方法自修复混凝土的施工方法主要包括以下几个步骤:(1)检查混凝土表面是否有明显的损伤;(2)将自修复材料涂抹在混凝土表面上;(3)等待自修复材料固化。
3. 自修复混凝土的应用领域自修复混凝土的应用领域非常广泛,主要包括以下几个方面:(1)建筑业:如房屋、桥梁、道路等;(2)环保领域:如污水处理设备、垃圾填埋场等;(3)航空领域:如机场跑道、停机坪等。
混凝土裂缝自修复技术研究进展目录1. 内容概述 (2)1.1 研究背景 (3)1.2 研究目的 (4)1.3 研究意义 (5)2. 混凝土裂缝的形成与演化 (6)2.1 混凝土裂缝的形成机理 (7)2.2 混凝土裂缝的演化过程 (8)2.3 混凝土裂缝的类型与特征 (10)3. 混凝土裂缝自修复材料研究 (11)3.1 自修复材料的分类与特点 (12)3.2 聚合物基自修复材料研究进展 (14)3.3 无机纳米颗粒基自修复材料研究进展 (15)3.4 纤维增强型自修复材料研究进展 (16)4. 混凝土裂缝自修复技术应用 (17)4.1 底面处理技术 (18)4.2 自修复涂料制备与应用 (19)4.3 自修复胶粘剂制备与应用 (21)4.4 自修复灌浆料制备与应用 (22)5. 混凝土裂缝自修复技术评价方法 (23)5.1 自修复性能评价指标体系 (24)5.2 自修复性能测试方法与标准 (25)5.3 自修复效果评价方法与标准 (27)6. 混凝土裂缝自修复技术应用案例分析 (28)6.1 建筑工程实例分析 (29)6.2 道路桥梁工程实例分析 (31)6.3 其他工程实例分析 (32)7. 结论与展望 (33)7.1 主要研究成果总结 (34)7.2 存在问题与不足 (35)7.3 发展趋势与展望 (36)1. 内容概述混凝土裂缝自修复技术,作为当前建筑材料领域的重要研究方向,旨在应对日益严重的混凝土结构裂缝问题。
随着全球气候变暖、荷载作用以及地质条件变化等环境因素的影响,混凝土结构裂缝的产生频率和严重程度呈上升趋势,这不仅影响了建筑物的美观性和耐久性,还可能对结构安全造成潜在威胁。
在此背景下,自修复技术以其独特的优势受到了广泛关注。
该技术通过在混凝土中引入能够自我修复裂缝的材料或微生物,使裂缝在微观层面得到愈合,从而恢复混凝土结构的整体性能。
这种技术的应用不仅能够延长建筑物的使用寿命,还能降低维修成本,提高经济效益。
混凝土的自修复性能研究与应用随着城市建设的快速发展,混凝土作为最主要的建筑材料之一,承载着大量的结构和基础设施的重量。
然而,长期受到外界环境的侵蚀和使用压力的作用下,混凝土可能会出现裂缝和损伤,进而影响建筑物的结构安全和寿命。
为了克服这一问题,人们开始研究、开发和应用混凝土的自修复性能。
一、自修复混凝土的定义和原理自修复混凝土是指具有自动修复能力的混凝土结构。
其原理主要基于自然界的生物、物理和化学过程。
比如微生物生长、矿物质沉淀和化学反应等,这些过程能够填充和修复混凝土内部的微裂缝,使混凝土结构重新得到修复和加固。
二、自修复混凝土的特点1. 自修复混凝土能及时检测到微裂缝和损伤,通过自身机制迅速实施修复,减轻了人工检测和修复的工作量。
2. 自修复混凝土在维护过程中减少了材料的浪费,提高了资源利用效率。
3. 自修复混凝土能够有效延长建筑物的使用寿命,减少维护和修复工作的频率和成本。
三、自修复混凝土的研究进展自修复混凝土的研究和应用始于1995年。
研究集中在以下几个方面:1. 微生物修复:通过注入含有特定细菌的溶液,细菌在混凝土中生长并形成石灰岩沉淀,填充微裂缝。
2. 微胶囊修复:在混凝土内部注入微胶囊,当微裂缝出现时,微胶囊会破裂释放胶体或树脂来填充裂缝。
3. 自愈合剂修复:将自愈合剂加入混凝土中,当混凝土出现微裂缝时,自愈合剂会与混凝土中未反应的成分发生反应,形成胶状物质填补裂缝。
4. 物理修复:采用纤维材料、网格或超声波等物理手段来修复混凝土的损伤。
5. 化学修复:通过在混凝土中添加具有化学活性的材料,当混凝土发生损伤时,这些材料会与环境中的气体或水反应,形成新的物质填补裂缝。
四、自修复混凝土的应用前景自修复混凝土的研究在实验室阶段已取得了一定的进展,但在工程实践中的应用仍相对较少。
然而,随着对建筑结构安全性要求的提高和对可持续发展的追求,自修复混凝土有着广阔的应用前景。
1. 自修复混凝土可以增加建筑物的使用寿命,减少维护和修复的频率和成本,提高经济效益。
高性能混凝土自修复混凝土在现代建筑领域,高性能混凝土的应用越来越广泛。
而其中,自修复混凝土作为一种具有创新和前瞻性的材料,正逐渐引起人们的关注和重视。
什么是高性能混凝土自修复混凝土呢?简单来说,它是一种能够在自身出现裂缝或损伤时,通过一系列内在机制实现自我修复,从而恢复其结构完整性和性能的特殊混凝土。
想象一下,传统的混凝土在使用过程中,由于各种因素,如荷载、温度变化、收缩等,不可避免地会产生裂缝。
这些裂缝如果不及时处理,会逐渐扩大,影响混凝土结构的耐久性和安全性。
然而,自修复混凝土却能够“自力更生”,在一定程度上解决这个问题。
自修复混凝土之所以能够实现自我修复,主要依赖于其内部包含的特殊修复机制。
其中一种常见的机制是内置胶囊或微管技术。
在混凝土的制备过程中,将装有修复剂的胶囊或微管均匀地分散在混凝土中。
当混凝土出现裂缝时,裂缝的扩展会导致胶囊或微管破裂,释放出其中的修复剂。
这些修复剂可以迅速填充裂缝,并与混凝土中的成分发生化学反应,从而实现裂缝的修复。
另一种自修复机制是基于微生物的作用。
通过在混凝土中掺入特定的微生物和其所需的营养物质,当混凝土出现裂缝并接触到水和氧气时,微生物会被激活并产生代谢产物,这些代谢产物能够促进混凝土的修复。
高性能混凝土自修复混凝土具有许多显著的优点。
首先,它能够显著提高混凝土结构的耐久性。
通过及时修复裂缝,减少了水分、氧气和其他有害物质的侵入,延缓了钢筋的锈蚀和混凝土的劣化,从而延长了结构的使用寿命。
其次,自修复混凝土降低了维护成本。
传统混凝土结构需要定期的检测和维修,这不仅费时费力,还需要投入大量的资金。
而自修复混凝土能够在一定程度上减少这些维护工作,降低了长期的运营成本。
此外,它还增强了混凝土结构的安全性。
及时修复裂缝可以保证结构在使用过程中的稳定性和可靠性,减少了因结构损坏而导致的安全隐患。
然而,高性能混凝土自修复混凝土在实际应用中也面临一些挑战。
首先,其制备成本相对较高。
混凝土的研究现状及发展趋势混凝土是一种由水泥、砂、石子和水等原材料制成的建筑材料,具有强度高、重量轻、耐久性好等优点,被广泛应用于建筑、桥梁、道路、隧道等领域。
然而,随着工业化进程的加快和城市化进程的不断推进,混凝土的应用需求也在不断增加,同时也面临着一些新的挑战。
因此,对混凝土的研究和发展趋势进行探讨,具有重要的意义。
一、混凝土的研究现状1.组成材料的研究混凝土的主要组成材料是水泥、砂、石子和水等,这些材料的品质和配比直接影响混凝土的强度和耐久性。
目前,国内外学者对混凝土组成材料的研究已经比较深入,主要集中在以下几个方面:(1)水泥的研究:包括水泥种类、水泥的化学成分、水泥的颗粒形态等方面的研究,旨在提高混凝土强度和耐久性。
(2)砂石子的研究:主要研究砂石子的品质、颗粒形状、粒度分布等特性,以及砂石子的配合比例,以提高混凝土的抗压强度和抗弯强度。
(3)水的研究:主要研究水的质量、用量、用水温度等参数对混凝土的影响,以提高混凝土的耐久性和冻融性能。
2.混凝土强度和耐久性的研究混凝土的强度和耐久性是衡量混凝土质量的两个重要指标。
目前,国内外学者对混凝土强度和耐久性的研究已经比较深入,主要集中在以下几个方面:(1)混凝土强度的研究:主要研究混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等指标,以提高混凝土的承载能力。
(2)混凝土耐久性的研究:主要研究混凝土的耐久性、耐久性与环境的关系、混凝土材料的老化机理等问题,以提高混凝土的使用寿命。
3.混凝土结构的研究混凝土结构是应用混凝土的重要领域之一,其研究涉及混凝土结构的设计、施工、监测、检测等方面。
目前,国内外学者对混凝土结构的研究已经比较深入,主要集中在以下几个方面:(1)混凝土结构的设计:主要研究混凝土结构的设计原理、设计方法、设计参数等问题,以提高混凝土结构的安全性和经济性。
(2)混凝土结构的施工:主要研究混凝土结构的施工工艺、施工技术、施工质量控制等问题,以保证混凝土结构的安全性和使用寿命。
混凝土结构中的自修复技术及应用混凝土是目前建筑结构中应用最广泛的材料,但是由于使用环境的复杂性和不可避免的自然因素的影响,混凝土结构在使用过程中会出现裂缝、腐蚀等问题,严重影响了结构的安全性和使用寿命。
自修复技术的应用可以有效地解决这个问题,本文就混凝土结构中的自修复技术及其应用进行探讨。
一、自修复技术概述自修复技术是指在材料损伤后,通过内部或外部途径实现自行修复的一种新型材料技术。
在混凝土结构中的应用主要包括内部自修复和外部自修复两种方式。
内部自修复技术是通过在混凝土中添加微胶囊或纤维等物质,在混凝土结构受到损伤时,这些微胶囊或纤维中的修复剂会释放出来,填补损伤部位,从而实现结构自行修复的目的。
外部自修复技术则是通过在混凝土表面喷涂或涂覆一层修复剂,当混凝土结构受到损伤时,修复剂会渗入损伤部位,实现结构的自行修复。
二、内部自修复技术1.微胶囊法微胶囊法是一种在混凝土中添加具有自修复功能的微胶囊的技术。
微胶囊内含有一定浓度的修复剂,当混凝土结构受到损伤时,微胶囊破裂,释放出修复剂填补损伤部位。
微胶囊法的优点是修复剂可以长期存储在微胶囊中,不会因为长时间的储存而失效,但是由于微胶囊的使用需要在混凝土生产时添加,因此成本较高。
2.纤维法纤维法是在混凝土中添加纤维材料,当混凝土结构受到损伤时,纤维会在损伤部位形成一个桥梁结构,阻止裂缝的扩展,从而实现自修复的目的。
纤维法的优点是成本相对较低,但是对于一些较大的损伤部位,纤维的修复效果会较为有限。
三、外部自修复技术1.喷涂法喷涂法是通过在混凝土表面喷涂一层修复剂,当混凝土结构受到损伤时,修复剂会渗入损伤部位,填补裂缝,实现自修复的目的。
喷涂法的优点是修复剂可以通过喷涂的方式直接添加到混凝土表面,操作简单方便,但是修复效果受到环境温度、湿度、喷涂速度等因素的影响。
2.涂覆法涂覆法是在混凝土表面涂覆一层修复剂,当混凝土结构受到损伤时,修复剂会通过涂覆层的渗透作用,填补损伤部位,实现自修复的目的。
摘要:自修复是生物的重要特征之一。自修复的核心是物质补给和能量补给,其过程由生长活性因子来完成[5]。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。
关键词:自修复 混凝土 1 自修复混凝土的基本特征 自修复是生物的重要特征之一[4]。自修复的核心是物质补给和能量补给,其过程由生长活性因子来完成[5]。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。
据此,学者们设想具有自修复行为的智能材料模型为,在材料的基体中布有许多细小纤维的管道。管中装有可流动的物质——修复剂。在外界环境作用下,一旦材料基体开裂,则纤维随即裂开,其内装的修复剂流淌到开裂处,由化学作用自动实现粘合,从而抑制开裂修复材料。这可以提高开裂部分的强度,增强延性弯曲的能力,从而提高整个结构的性能[6]。若采用低模量的胶粘剂修复混凝土,则可以改善建筑结构的阻尼特性,以减轻地震的大风对建筑物的破坏;如果胶粘剂弹性模量较大,则可以恢复结构的刚度和强度;不同凝固时间的胶粘剂可以用于对结构的弯曲进行控制。
自修复混凝土,从严格意义上来说,应该是一种机敏混凝土。机敏混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土,是智能混凝土的初级阶段,是混凝土材料发展的高级阶段[7]。由这种材料构建的混凝上结构出现裂纹和损伤后,如何利用自身的材料特性达到自修复、自钝化,对混凝土结构起到自防护的作用,是我们关注的主要问题。近年来,损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列机敏混凝土的相继出现为智能混凝土的研究和发展打下了坚实的基础。未来,可在自修复混凝土的基础上,进一步融入信息科学的内容,如感知、识别和驱动控制等。从而达到适应环境、调节环境、材料结构和健康状况的自诊断和自修复等目的。使其具有多种完善的仿生功能,包括骨骼系统(基材)提供的承载能力,神经系统(传感网络)提供的检测和感知能力,肌肉系统(驱动元件)提供的康复能力,真正达到混凝土材料的结构——智能一体化的境界[8]
2 国内外的研究状况与存在的问题 智能混凝土是材料学的一个研究分支,其起源可追溯到上世纪六十年代,当时的苏联科学家采用碳墨为导电组分制备了水泥基导电复合材料。八十年代末期,日本土木工程界的研究人员设想并着手开发构筑高智能结构的所谓“对混进变化具有感知和控制功能”的智能建筑材料。美国在1993年,由于有国家科学基金的资助,开办了与土木建筑有关的智能材料与智能结构的工厂。然而,正如前面所说,智能混凝土材料是具有若干个S行为的材料[9],即具有自我诊断功能(self-diagnosis)、自我调节功能(s
elf-tuning)、自我恢复功能(self-recovery)、自我修复功能(self-repair)等多种功能的综合,缺一不可,以目前的科技水平,制备完善的智能混凝土材料是相当困难的,也是不现实的。
2.1 国外的研究现状 近年来,国内外虽然先后开展了智能仿生混凝土的研究,并取得了一些有价值的成果。如相继出现的水泥基导电复合材料、水泥基磁性复合材料、具有屏蔽磁场和电磁波的水泥基复合材料、损伤自诊断水泥基复合材料、自动调节环境温度、湿度的水泥基复合材料等。但是如何对混凝土结构的裂纹和损伤进行及时、有效、快速的修复和愈合,还未形成比较完善的理论和成熟的工艺技术,目前只有美国、日本等少数国家处于实验室探索阶段,尚未取得实质性的进展。
研究混凝土裂纹的自防护最早可以追溯到1925年[10],Abram发现混凝上试件在抗拉强度测试开裂后,将其放在户外8年,裂纹竟然愈合了,而且强度比先前提高了两倍。后来挪威学者Stefan Jacobsen的研究也表明,混凝土在冻融循环损伤后,将其放置在水中2~3个月,混凝土的抗压强度有了4~5%的恢复。在混凝土裂纹自防护问题上,国内外的研究者提出了各种方法。研究者受生物界的启示,模仿动物的骨组织结构和受创伤后的再生、恢复机理,采用粘接材料和基材相复合的方法,使材料损伤破坏后具有自行修复和再生功能。在混凝土传统组分中复合特殊组分或者在混凝土内部形成智能型仿生自愈合网络系统,当混凝土材料出现裂纹时,部分胶粘剂流出并深入裂缝,使混凝土裂缝重新愈合。
美国加州大学伯克利分校的日本学者J.-S.Ryu 和东京理工大学的Nobuaki Otsuki教授应用电化学技术对钢筋混凝土裂缝实施愈合作了一些研究[11],并取得了一定实验性成果。首先,他们在100×100×200mm混凝土试件上预制裂纹,可以是表面裂纹也可以是穿透裂纹,然后将带有预制裂纹的试件浸泡在0.1mol/L的MgC12或Mg(NO3)2溶液中,施加电流密度为0.5~1.0A/m2的直流电源。由于裂纹尖端附近存在更高的电流密度,电沉积先在裂纹尖端形成,裂纹尖端的曲率半径逐渐增大,最后可以达到完全钝化;然后,在混凝土表面覆盖约0.5~2mm的电沉积物。在通电的前两个星期内,裂纹闭合速度最快,4~8个星期后,裂缝几乎完全闭合,而且渗透率降低了。还有学者在混凝土中掺入特殊的活性无机料和有机化合物,依靠自身的进一步水化反应和有机物在碱性条件下缓慢硬化的特性,使混凝土裂纹达到自修复、自钝化的目的。
九十年代初期,日本东北大学学者三桥博三[12]教授将内含胶粘剂的空心胶囊或玻璃纤维掺入混凝土材料中,分别用水玻璃、稀释水玻璃和环氧树脂作为修复剂,将其注入空心胶囊或空心玻璃纤维中,一旦混凝土在外力作用下发生开裂,部分胶囊或空心纤维破裂,胶粘剂流出深入裂缝,胶粘剂可使混凝土裂缝重新愈合。他们的试验方法是:通过制作龄期为7天和28天的混凝土试件,来测试经不同修复剂修复开裂后,混凝土试件的强度恢复率。
日本学者沼尾达弥[13]还研究了自修复混凝土中的不同的纤维掺量、尺寸和不同的水灰比等因素对混凝土自修复产生的影响,直径为3mm~5mm,掺量 3%~5%的玻璃纤维对混凝土抗压强度的影响差别不大。但是过多的掺入玻璃纤维,将会导致混凝土强度的下降。不同水灰比对修复混凝土抗压强度也有较大的影响,水灰比越大,混凝土的抗压强度越低。
1994年,美国Illinois大学的Carolyn Dry教授将缩醛高分子溶液作为胶粘剂注入到玻璃空心纤维或者空心玻璃短管中并埋入到混凝土中,从而形成了智能型仿生自愈合神经网络系统。当混凝土结构在使用过程中出现损伤和裂纹时,管内或短管内装的修复剂流出渗入裂缝,由于化学作用使修复胶粘剂固结,从而抑制开裂,修复裂缝。修复后的混凝土试件经过三点弯曲实验发现,其强度比先前还有了较大提高,并且材料的延性也得到了较大的改善[3,6]。
1995年,美国国家科学基金会和Illinois大学合作,提出了用充满修复胶粘剂的具有传感功能的装置来感知混凝土构件的开裂,并使其愈合的可能性,实现混凝土的自诊断、自修复[14]。
1996年,美国Illinois大学的ATRE实验室在混凝土桥面内预装有低模量的内含修复胶粘剂的修复管,混凝土产生横向收缩时,横向收缩应变使管破裂,修复胶粘剂从管中留出,填充愈合桥面的裂缝[15]。实验证明,这种方法用来修复桥面横向收缩引起的裂缝是可行的。由于修复胶粘剂弹性模量低,裂缝愈合区比未开裂前有更大的承受变形的能力。
在此基础上, Carolyn Dry教授还根据动物骨骼的结构和形成机理,尝试制备仿生混凝土材料[16]。其基本原理是采用磷酸钙水泥(含有单聚物)为基体材料并在其中加入多孔的编织纤维网,在水泥水化和硬化过程中,多孔纤维释放出聚合反应引发剂,与单聚物聚合成高聚物,聚合反应留下的水分参与水泥水化。由此,在纤维网的表面形成大量有机及无机物质,它们互相穿插粘接,最终形成的复合材料是与动物骨骼结构相似的无机有机相结合的复合材料,其性能具有优异的强度及延性。而且,在材料使用过程中,如果发生裂纹或损伤,多孔有机纤维会释放高聚物,愈合裂纹或损伤。日本学者H.Hilalshi[17]和英国学者S.M.Bleay[18]分别在1998、2001年采用类似的方法研究了混凝上裂纹的自防
护问题。
2.2 国内的研究现状 目前,国内对智能材料结构的研究一般都集中在对它的自诊断、自适应功能的研究上,对于自修复的研究尚处于起步阶段。
南京航空航天大学的智能材料与结构航空科技重点实验室,在我国的智能复合材料研究领域处于领先地位。在1997年,他们研究了利用形状记忆合金(SMA丝)和液芯光纤对复合材料结构中的损伤进行自诊断、自修复的方法。对总体方案进行了分析,采用E44和E51的环氧树脂,做了初步的试验:在混凝土中埋入形状记忆合金和液芯光纤,光纤的出射光由光敏管接受,当损伤发生时,由液芯光纤组成的自诊断、自修复网络使胶液流入损伤处,同时局部激励损伤处的SMA短纤维,产生局部压应力,使损伤处的液芯光纤断裂,胶液流出,对损伤处进行自修复[19],而且当液芯光纤内所含的胶粘剂流到损
伤处后,SMA激励时所产生得热量,将大大提高固化的质量,使得自修复完成得更好。
2001年,南京航空航天大学的杨红[20]提出了利用空心光纤来实现智能结构的自诊断、自修复。该文
首创了用于智能结构的空心光纤研究方法,并对其进行了应用基础研究。此外,还设计了埋入空心光纤的复合材料诊断与修复系统用于检测复合材料损伤程度与位置以及对损伤处进行自修复等。在复合材料中,还埋入了形状记忆合金(SMA)丝以提高复合材料的强度、安全和可靠性。研究的对象是纸蜂窝和树脂基两种复合材料,利用空心光纤注胶的方法进行了复合材料自修复的研究。实验表明,修复后的纸蜂窝复合材料完全达到正常材料的使用性能,树脂基复合材料在完全破坏的情况下,经修复后,材料的拉伸和压缩性能得到很大的恢复。
同济大学混凝土材料研究国家重点实验室等研究的仿生自诊断和自修复智能混凝土是模仿生物对创伤的感知和生物组织对创伤部位愈合的机能,在混凝土传统组分中复合特殊组分即所谓的第六组分,如仿生传感器、含胶粘剂的液芯纤维等,使混凝土内部形成智能型仿生自诊断、自愈合网络系统。当混凝土材料内部出现损伤时,仿生传感器可以及时诊断预警,当内部出现微裂纹时,部分液芯纤维破裂,胶粘剂流出深入裂缝,使混凝土裂缝重新愈合,恢复并提高混凝土材料的性能。该智能复合材料的研究可实现对混凝土材料的能动诊断、实时监测和及时修复,以超前意识确保混凝土结构的安全性,延长混凝土构筑物的使用寿命[8]。
2.3 存在的问题 从上述研究的内容来看,目前大部分研究集中在空心修复纤维如何在基体中的分布和随后的化学制品的释放,通过这些化学制品密封基体的微裂缝以及使损伤界面重新愈合,达到控制开裂的目的。