自愈混凝土（4）
5.2自愈合纖維混凝土
研究表明:裂縫的寬度是混凝土發生自愈合的關鍵。能夠發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，特別是對于持續水化水泥的自愈合過程。然而在實際中是很難達到裂縫寬度要求。為了能夠有效地對裂縫寬度進行控制，Li等人開發了一種新的纖維增強應變硬化水泥基復合材料，稱為高延性水泥基復合材料(Engineered Cementi-tious Composites，簡稱ECC),ECC是根據微觀力學和斷裂力學原理設計以控制裂縫寬度。ECC中使用的纖維在經過設計后與砂漿基體協同作用，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，也只會產生微裂紋損傷。
應變硬化水泥基復合材料(Strain Hardening Cementitious Composites，簡稱SHCC)是代爾夫特大學Microlab的一個主要研究課題。對SHCC梁試件進行四點彎曲試驗，試件撓度高達2. 4 mm，隨后分別將其在水和空氣中養護28 d。在水中養護的試件表現出極佳的撓度增強能力和剛度恢復能力，然而在空氣中養護的試件并沒有表現出以上性能。ESEM和XEDS(X射線衍射)的觀察結果進一步證實了這個發現。愈合后試件的機械性能得到了恢復，裂縫中充滿了反應產物。
基于上述研究可以得出以下結論:
(1)在水中養護的試件自愈合后的彎曲能力與原始試件相比可以恢復65%-105%，而空氣中養護的試件的比例是40%-60%。此外，在初始線性階段水中養護的自愈合試件比空氣中養護的試件的剛度更大，原因是在水中裂縫內部形成了自愈合產物。
(2)通過ESEM和XEDS觀察發現水中的微裂縫主要通過碳酸鈣愈合。從ESEM還可以看出，愈合產物是從裂紋的兩邊向中間生長的。這是因為裂紋表而附近氫氧化鈣的濃度相對較高，這些氫氧化鈣從大塊膠凝材料和不規則斷裂而擴散至裂縫附近，在裂縫表而附近形成方解石。
(3) SHCC的自愈合能力很大程度上取決于未發生水化的水泥及其他膠結材料。低水灰比的膠結材料更能促進自愈合過程。
(4)減小SHCC混合物中裂縫的寬度同樣是研究的重點，因為減小裂縫寬度將減少對用于填補裂縫的愈合產物的需要，愈合產物更容易從裂縫的兩而生長從而連接到一起。
大裂縫和在空氣中養護的試樣的自愈合仍需進一步研究。圖5表明寬度小于15 μm的裂縫很容易愈合。但是寬度大于60μm的裂縫只能部分愈合。為了進一步減小裂縫寬度，對添加超細纖維的PVA（聚乙烯醇）纖維增強水泥基復合材料進行了相關研究。超細纖維采用長度為2 mm和平均直徑8μm的鋼棉或巖棉纖維。這些超細纖維有助于分散水泥基中的裂縫，從而減小裂縫，提高自愈合效果。
針對自愈合只能在有水存在的條件下發生，己有兩種方法使自愈合在干燥環境下也能發生。中空植物纖維可以存儲大量液體，因此可被用于新的混凝土自愈合體系。將植物纖維作為儲存愈合劑的儲存器，一旦產生裂縫，纖維破裂后愈合劑就會向裂縫擴散并最終愈合裂縫。研究表明:使用填充了愈合劑的涂層木纖維(或纖維束)也能實現混凝土裂縫的自愈合。為了使新的自愈合系統起作用，至關重要的就是將纖維中的愈合劑釋放。在研究中，首先在木纖維束上涂覆聚硅氧烷涂料，然后填充熒光染料愈合劑，最后密封。然而，涂層木纖維在分層模式中容易失效(圖6)，失效與纖維長度和兩端密封引起的負壓力無關，可能是因為在單一裂縫平而上連續纖維或短纖維易被破壞，導致了愈合劑的流失。
在干燥環境下提高自愈合能力的第二個方法是在混合料中使用高吸水樹脂( Super Absorbent Poly-mers，簡稱SAP) 。SAP吸水后在混凝土中可以發生水化反應，從而在后期促進自愈合過程。SAP通常被用作減少混凝土收縮的外加劑。相比于其他貯存水的容器,SAP所在的結構在經受下雨天氣后將被重新充填，然后緩慢釋放出自愈合過程所需要的水。
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項目成果
