自修復(fù)智能混凝土簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)研究

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1、自修復(fù)智能混凝土簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)研究摘要:本文采用免振搗自密實(shí)混凝土作為自修復(fù)智能混凝土的基材,內(nèi)置玻璃纖維,分別在修復(fù)空心玻璃纖維內(nèi)注入-氰基丙烯酸酯膠粘劑、氯丁橡膠膠粘劑和聚氨酯膠粘劑,進(jìn)行自修復(fù)自密實(shí)混凝土簡(jiǎn)支梁構(gòu)件的三分點(diǎn)純彎試驗(yàn),比較了這三種膠粘劑的修復(fù)效能,及內(nèi)置不同數(shù)量修復(fù)玻璃長(zhǎng)管對(duì)簡(jiǎn)支梁承載力恢復(fù)和提高能力的差異。關(guān)鍵詞:自修復(fù)混凝土自密實(shí)混凝土膠粘劑簡(jiǎn)支梁作為建筑結(jié)構(gòu)最主要的材料之一,混凝土經(jīng)歷著由普通混凝土向高強(qiáng)與高性能混凝土的發(fā)展,目前又朝著多功能和智能化方向發(fā)展[1]?;炷敛牧?/p>

2、特別是高強(qiáng)與高性能混凝土,其固有缺陷是脆性大,容易開裂。混凝土的裂縫嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的耐久性,在一定條件下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。過去,對(duì)混凝土材料的修復(fù)主要是事后維修,隨著現(xiàn)代社會(huì)向智能化發(fā)展,這種被動(dòng)的修補(bǔ)、加固已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代多功能和智能建筑對(duì)混凝土材料的要求。研究和開發(fā)自修復(fù)智能混凝土,使其能主動(dòng)、自動(dòng)地對(duì)損傷部位進(jìn)行修復(fù),恢復(fù)并提高混凝土材料的性能,成為一個(gè)非常令人關(guān)注和急需研究的問題[2]。智能混凝土是在混凝土原有的組分基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分,使混凝土材料具有自感知和記憶、自適

3、應(yīng)、自修復(fù)特性的多功能材料。自九十年代中期,國內(nèi)外先后開展了功能型和智能型水泥基材料的研究,并取得了一些有價(jià)值的研究成果。如同濟(jì)大學(xué)研究了碳纖維水泥基材料特性等,哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究了光纖傳感智能混凝土,國外還對(duì)水泥基磁性復(fù)合材料、自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度與濕度的水泥基復(fù)合材料等進(jìn)行了研究。但是,有關(guān)自修復(fù)混凝土的研究還很少,如何快速、適時(shí)地愈合混凝土材料的內(nèi)部損傷,以及對(duì)自修復(fù)混凝土機(jī)理的研究,目前只有美國、日本等少數(shù)國家進(jìn)行研究,且處于實(shí)驗(yàn)室探索階段[3]~[8]。自修復(fù)智能混凝土是模仿動(dòng)物的骨組織結(jié)構(gòu)受創(chuàng)

4、傷后的再生、恢復(fù)機(jī)理,采用修復(fù)膠粘劑和混凝土材料相復(fù)合的方法,對(duì)材料損傷破壞具有自修復(fù)和再生的功能,恢復(fù)甚至提高材料性能的一種新型復(fù)合材料。其具有自修復(fù)行為混凝土的智能模型為:在混凝土基體中摻入內(nèi)含修復(fù)膠粘劑的修復(fù)纖維管,從而形成了智能型仿生自修復(fù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在外界作用下,混凝土基體一旦開裂,管內(nèi)裝的修復(fù)劑流出滲入裂縫,由化學(xué)作用修復(fù)劑固結(jié),從而抑制開裂,修復(fù)裂縫[3]。本文采用免振自密實(shí)混凝土作為智能混凝土的基材,對(duì)內(nèi)置空心玻璃纖維封入裂縫修補(bǔ)劑的鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的自修復(fù)效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究,使

5、其具有裂縫自我修復(fù)功能,并能恢復(fù)甚至提高混凝土材料的性能。1內(nèi)置空心玻璃纖維的自修復(fù)免振搗混凝土內(nèi)置修復(fù)空心玻璃纖維的裂縫自修復(fù)混凝土,是模仿生物傷口“破裂—流血—凝結(jié)—愈合”的過程,把生物材料的這種自愈合能力應(yīng)用在混凝土中。即在混凝土構(gòu)件受拉區(qū)分層布置一些注有高分子修復(fù)用膠粘劑的空心玻璃管,當(dāng)混凝土構(gòu)件受拉開裂時(shí),這些玻璃管也隨之破裂,其中的修復(fù)膠粘劑迅速流到裂縫處并隨著時(shí)間而固化、硬結(jié),從而實(shí)現(xiàn)混凝土裂縫的自修復(fù)。由于自修復(fù)混凝土是在內(nèi)部摻入了裝載有修復(fù)膠粘劑的玻璃纖維,若對(duì)混凝土進(jìn)行振搗,不

6、但會(huì)導(dǎo)致內(nèi)置于混凝土中的空心玻璃纖維因?yàn)槭軘_動(dòng)而浮出混凝土的表面,而且還容易導(dǎo)致它們破碎。當(dāng)玻璃纖維浮出表面,就造成原本應(yīng)置于受拉區(qū)以作為修補(bǔ)裂縫用的纖維管跑位,達(dá)不到修復(fù)的目的;而內(nèi)置玻璃纖維的過早破壞更是造成了膠粘劑的流失。免振搗自密實(shí)混凝土是在沒有振搗的情況下僅靠自重就能穿越密集鋼筋、在復(fù)雜模板中填充成型并且不產(chǎn)生離析,具有均勻自密實(shí)成型性能,同時(shí)硬化后具有優(yōu)良的力學(xué)性能和耐久性能。因此采用免振搗自密實(shí)混凝土作為基材,從根本上解決了自修復(fù)混凝土構(gòu)件制作的技術(shù)難題。2試驗(yàn)研究2.1試驗(yàn)?zāi)康臑榱?/p>

7、研究修復(fù)膠粘劑對(duì)免振搗自密實(shí)混凝土構(gòu)件的修復(fù)效果,本文共設(shè)計(jì)了30根簡(jiǎn)支梁(尺寸、配筋都相同,澆筑強(qiáng)度等級(jí)相同的自密實(shí)混凝土)進(jìn)行三分點(diǎn)簡(jiǎn)支梁靜力純彎試驗(yàn)。觀察裂縫開展情況和破壞形態(tài),并分析比較在存放膠粘劑的玻璃管數(shù)量不同時(shí),以及不同的膠粘劑品種下,簡(jiǎn)支梁修復(fù)前后的承載力變化。2.2自密實(shí)混凝土配合比及力學(xué)性能試驗(yàn)采用福建水泥股份有限公司生產(chǎn)的建福牌32.5R普通硅酸鹽水泥;福州閩江中砂,細(xì)度模數(shù)2.23,表觀密度為2650kg/m3;福建閩侯碎石,5~20mm連續(xù)級(jí)配,表觀密度為2665Kg/m

8、3;福州閩江清潔飲用水;漳州后石電廠的Ⅰ級(jí)粉煤灰;以FDN萘系高效減水劑為主的復(fù)合外加劑。自密實(shí)混凝土的膠凝材料總量為500kg/m3,砂率45%,水膠比0.36。28d立方體抗壓強(qiáng)度50.23MPa,軸心抗壓強(qiáng)度37.90MPa,劈拉強(qiáng)度3.44MPa,彈性模量3.51×104MPa。2.3自修復(fù)混凝土膠粘劑的選用為了保證在裂縫初開裂時(shí),內(nèi)置玻璃纖維的膠粘劑能夠迅速流到裂縫處修復(fù)混凝土裂縫,要求修復(fù)膠粘劑可實(shí)現(xiàn)的填充縫隙要盡可能小,所以要求膠粘劑的粘度較小,具有較好的流動(dòng)性;固化

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