自修復混凝土是模仿動物的骨組織結構受創傷后的再生,恢復機理,采用修復膠粘劑和混凝土材料相復合的方法,對材料損傷破壞具有自修復和再生的功能,恢復甚至提高材料性能的一種新型復合材料。
具體的自愈性混凝土有分為4類:
1、細菌混凝土
一般存活于極度干燥的環境(如沙漠)甚至超堿性環境中的細菌形成抱子的能力很強,而且其生存環境與混凝土內部環境相似。這些干燥或耐堿性細菌具有極低的代謝活性,能夠抵抗較高的機械應力和化學誘導應力,并有較長的壽命。目前己對耐堿性的內生抱子細菌在提高混凝土自愈合能力方而進行了相關研究,并通過ESEM分析(環境掃描電子顯微鏡)說明了細菌混凝土中方解石沉淀的可能性。下圖展示了裂縫中沉淀的方解石。
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。
3、形狀記憶合金的損傷控制
形狀記憶合金(shape memory alloy ,SMA)是智能結構中的一種驅動元件,其特點是具有形狀記憶效應和超彈性效應,可以實現長期、在線、實時監測,并進一步實現結構的自修復功能。普通的金屬材料,當內部應力超過其彈性極限時,將產生塑性變形,由于塑性變形的不可逆性,卸載之后,材料的變形不可恢復,而形狀記憶合金具有形狀記憶效應.將形狀記憶合金材料在高溫下定形,冷卻到低溫,并施加變形,使它存在殘余變形。如果對形狀記憶合金進行加熱,就可以使低溫狀態所存在的殘余變形消失,形狀記憶合金將恢復到高溫下所固有的形狀,隨后再進行冷卻或加熱,形狀將保持不變。上述過程可以周而復始,仿佛合金記住了高溫狀態所賦予的形狀一樣。形狀記憶合金可恢復的應變量高達7%一8%,形狀記憶合金具有雙程記憶效應和全程記憶效應。圖2表達了SMA受載變形、加熱恢復初始形狀的形狀記憶效應的微觀機理。
4、基于膠囊方式的自修復
微膠囊方式的自修復方法的基本原理是:①裝有修復劑的微膠囊和固化劑均勻分散在基體材料中;②當基體材料產生裂紋時,裂紋尖端的微膠囊在集中應力的作用下破裂,修復劑流出,在毛細作用下滲入基體裂紋中;③滲入裂紋中的修復劑與分散在基體材料中的固化劑相遇,修復劑固化將裂紋修復,抑制裂紋繼續擴展,達到恢復甚至提高材料強度的效果,完成對損傷進行自修復。