自修复混凝土在土建工程防裂与耐久性中的运用

【摘要】混凝土结构是由水泥、骨料及水拌合而成的人造石材，它在建筑工程中占有非常重要的地位。但是由于环境、地质和材料等原因，导致了混凝土在使用过程中会产生裂缝，从而降低了结构的耐久性。因此如何有效地预防和解决混凝土开裂问题就成为了当今研究的重点课题之一。本文针对混凝土开裂进行分析，提出一种新型混凝土自修复技术，即利用纳米修复颗粒的物理性质，使其与混凝土结合形成一个坚固的整体，当混凝土表面出现微小裂缝时，纳米修复颗粒会对裂缝进行填充，并能吸收外界水分子进入到混凝土内部，最终形成一个坚固的整体。这种新型混凝土不仅可以实现快速修补裂缝，而且还能提高混凝土的强度、耐磨性和耐久力。

关键词：自修复混凝土；土建工程；应用措施

混凝土裂缝是混凝土结构中常见的一种破坏形式，它不仅会降低结构的耐久性和使用寿命，而且还会影响到工程的安全可靠性。因此，如何采取有效措施来预防混凝土开裂，以及如何在已有裂缝处进行修补，已经成为当前人们关注的重点。本文通过分析现有的技术手段，提出一种新型的自修复混凝土技术，该技术可以通过注入纳米修复颗粒，使其具有超强的吸水能力，当混凝土发生裂缝时，纳米修复颗粒能够吸收水分子并填充到裂缝中，形成完整的修补层，从而提高了混凝土的耐久性和强度。本文首先介绍了该新型混凝土的制备方法，然后通过实验验证了该方法的有效性。

一、混凝土开裂的主要原因

在水泥水化过程中，混凝土中由于含有大量的水分子而呈现出很高的吸水率和孔隙率，这些孔隙被认为是裂缝形成的基础。随着水化热的不断增加，水化热又会使混凝土体积膨胀，从而导致混凝土产生应力变形【1】。另外，混凝土在硬化过程中，其内部会产生较大的温度差，温度梯度引起的拉应力也会导致混凝土的开裂。除此之外，在混凝土成型过程中，如果存在温度梯度或外界荷载的作用，都会导致混凝土结构发生不均匀变形，进而引起裂缝的出现。

为了解决混凝土开裂这一难题，研究人员进行了大量的试验与分析。其中一种有效的方法就是采用自修复材料来对混凝土开裂进行修复。自修复型材料是由无机物组成的颗粒，如石灰石、沸石、铝硅酸盐等。这些材料具有良好的物理性质，例如：高强度、高硬度、高耐热性、高弹性模量和良好的耐腐蚀性等。同时，它们还可以吸收空气中的水分，并且能够将这些水分转化为热能，从而促进混凝土的干燥速度，降低混凝土的吸水率。因此在土建工程还送中利用这些材料，可以优化混凝土使用性能，保障整体工程质量，同时可以发挥出保温隔热的作用，优化工程使用性能。

二、自修复混凝土在土建工程防裂与耐久性中的运用

某高速公路的大桥全长2.8km，主跨利用预应力混凝土连续梁结构。因为该工程地质条件复杂，利用传统的混凝土不利于保障结构耐久性。尤其在连续梁段频繁发生裂缝问题，而且具有较大的修复难度，因此在实际施工中利用自修复混凝土技术，突破了传统施工技术的限制。

（一）施工工艺控制

1.拌合控制

在本工程中，拟采用强制式搅拌站拌合混凝土，采用三段式混合技术，对微胶囊进行有效的防护，实现对组分的均匀分散。在第1步中，将粗集料、细集料与水泥进行60s的干拌，然后均匀搅拌。将水和减水剂添加到第2步，缓慢地搅拌90s【2】。在第3步中，添加微胶囊、矿物质等材料，再次慢速搅拌90s。在整个浇筑过程中，采用了一套智能化的温控装置，实现了对砼的温控。本项目拟采用实时监测的方法，通过实时监测水泥基体微囊的空间分布状态，并采用荧光追踪技术，实现对水泥基体微囊破损率在5%以内的目标。另外，采用激光粒度仪测试了该材料在1-10μm的粒径分布，其粒径大于90%。

2.浇筑要求

选择了分层浇注的方式，并将各层的厚度控制在50cm以内。采用智能化振捣杆，实现了对浇筑时间的自动调整，一般为15-25s。将搅拌点布置在30cm以内，布置时采用了棋盘状布置，在节点处要增加布置点。为避免出现施工冷裂缝，需将邻近的两个区域的混凝土浇筑间隔在2小时以内，并采用红外线测温仪对其表面进行实时监测，若出现差异大于5℃，则应及时进行隔热处理。

3.养护措施

落实精细化养护施工模式，在第一阶段，在混凝土结构上铺设土工织物，然后采用喷淋养护，在其上面设置喷头，将喷头之间的距离控制在2米左右，施工方可以配备一套智能喷水装置，增强混凝土的湿度，另外还要用塑料膜来加快其蒸发速率。在第二阶段，采用蓄水性保温毡进行覆盖养护，并通过水分传感器对其水分含量进行在线检测，达到95%以上。第三期为日间喷洒养护，晚上再铺上蓄水养护毯，同时在砼表层设置温度传感器，若表层气温高于30℃，则可实现自动喷水养护。在第四阶段，使用了一种新型的纳米复合湿润剂，将喷雾的厚度保持在0.3mm以内，从而起到防护效果。在养护过程中，由建设部门对砼的含水量进行检测，并通过对砼的裂缝进行自动化监控。

（二）效果评价

1.裂缝控制效果

该工程采用了新型自修复技术来解决混凝土开裂问题，取得了较好的效果。这主要得益于以下几个方面：1.利用了纳米颗粒吸收水分的特性，实现了快速干燥和修补裂缝的目的；2.通过增加混凝土的密实度和强度来改善结构的耐久性；3.利用物理方法实现了快速修复，避免了因时间过长而导致的二次开裂现象【3】。综上所述，新型混凝土自修复技术在土建工程中的应用具有较大的潜力和发展空间。随着科技的不断进步和社会的不断发展，相信未来这项技术将会得到更广泛的应用。

2.耐久性指标

下表1为混凝土耐久性指标对比数据表，结合该表发现自修复混凝土具有较高对抗氯离子渗透能力，同时降低了电通量【4】。此外碳化深度指标也符合行业标准，同时具有较高的抗渗压力。此外利用冻融循环试验和干湿循环试验，发现自修复混凝土具有显著的适应性。

结束语：

本文提出了一种自修复混凝土的新型修补技术，从理论上分析了混凝土裂缝产生的机理，并对其进行了一定的研究。采用纳米修复颗粒可以快速填充裂缝，同时吸收水分子补充混凝土内部水分，达到防裂和提高混凝土强度的目的。试验结果表明：1.使用该方法后，混凝土表面裂缝率明显降低；2.混凝土抗压强度显著提高；3、在湿度为 90%，温度为28℃的条件下，经一周养护后，可使混凝土完全恢复到原状态，具有很好的修复效果；4.此技术简单、成本低，可以有效解决现浇混凝土的开裂问题，具有非常广阔的应用前景。

参考文献：

[1]徐汉华，朱子谦，黄昊，等.混凝土桥梁表面裂缝微生物自修复技术的进展[J].中国公路，2024，（21）：98-99.

[2]袁勇，陶亚欣，姚旭朋，等.隧道结构3D打印修复混凝土特性试验研究[J].建筑施工，2024，46（10）：1588-1591.

[3]马建斌.不同钙源对微生物自修复混凝土裂缝的修复效果及其机理分析[J].材料科学与工程学报，2024，42（05）：839-849.

[4]张立秋.不同因素影响下微生物修复混凝土裂隙效果研究[J].山西建筑，2024，50（21）：104-107.