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综述：混凝土自愈效能评估的测试与方法
强调：
自愈外加剂使用辅助胶凝材料,聚合物和微生物。
在组织级别测试通常执行最大化的结果的可靠性。
密封的裂缝宽度是自我修复问题成功的的关键。
视觉观察(显微镜、数码影像和相机照片)是主要技术。
文章信息：
文章历史：完成于2015年9月15日
修订于2016年2月21日
被公认于2016年3月5日
关键词：
混凝土的自愈效能 水泥基自愈 混凝土微观结构和纳米结构的研究
摘要：
为了延长混凝土材料使用寿命，广泛的化学物质和微生物诱发碳酸钙沉淀的方法将被应用来感应自动愈合的裂缝混凝土。采用各种方法来发展自我修复水泥基础材料,在实验中建立一个进行自我修复的新方法。然而，对自我修复效率的综合评估不是表现在宏观和微观的层面上。现有方法是在宏观结构评估自我修复效率水平。这些都是基于耐久性标准的水吸收，氯和耐酸性之上。在组织级别测试通常执行最大化的结果的可靠性。只有很少一部分测试在纳米结构层面进行。值得一提的是所有可用的测试和自愈效能的评估方法关于水泥基础材料开发创新实验的策略。使用补充巩固材料、聚合物和微生物是最熟悉的方法来实现自愈效能。确定自愈成功密封裂缝宽度的影响是关键问题。迄今为止，最大大小的裂缝愈合是0.97毫米。视觉观察显微镜的基础上,数字成像和相机的照片是来评估裂缝的宽度的主要技术。然而,只有两个研究报道的愈合裂纹深度的32毫米和27.2毫米。此外,只有一个报告承认的愈合裂纹长度5毫米。
目录
1.介绍............................................................................1
2. 自愈技术和测量变量的文献综述........................1
3. 实现自修复混凝土的发展的方法........................3
4. 自我修复的测量方法...............................................3
5.结论.............................................................................4
1.介绍
混凝土由于其原材料的可用性,承载能力，耐用性和抗压强度使其成为最广泛使用的建筑材料。然而，随着时间的推移包括大量的混凝土结构基础设施不可避免地遭受退化和恶化。这是由于水的渗透作用影响了混凝土的效率。在微观和宏观裂纹形成的通道之中，粒子在液体溶解而产生多余的酸性气体和水的进入 是这种恶化产生的原因之一。所以，这些材料和其他积极的物质渗透，这样，最终影响加固，导致其耐用性被破坏。因此混凝土和环境的相互作用决定了其长期性能。通常而言，水渗透于暴露的混凝土基础设施会对其耐久性造成影响，同时也会造成钢筋的腐蚀。一些龟裂无法被看见因此不能使用。由于材料的膨胀，收缩和渗透，裂缝在大小和数量上均有增加。为此，检查和维护的技术基础设施，越来越多的受到关注。由于需要大量的资金，实现连续检查和维护可能很困难尤其是对于如此大规模的基础设施。其他一些因素,如损伤的位置影响结构使得维修困难，因此，自动修复的概念，也被称为自愈的危险裂缝，与最低的劳动力和资本需求影响结构对于研究人员而言成为了一个巨大的的吸引力领域。因此，使用不同方法评估自我修复的效率成为最有吸引力的东西，由于最低的要求和小资本投资。就这一点而言，自我修复效率使用不同的方法评估。自我修复的效率是水泥材料相对于原来的形式而言恢复功能和所需的质量标准，从裂缝到恢复。
自修复材料是那些在经受破坏后可以恢复一部分或者全部功能的材料，即：完全恢复或者部分恢复。或者说，自修复材料可以检测并自动的治愈伤害。就这一点而言，自修复过程无需任何人工干预。纳米技术和生物技术是比较的改善耐久性的最新进展以及其他的混凝土性能。本次研究的目的是审查所有可用的方法，并通过考虑各种测试和实验来评估自修复的效率来发展自修复混凝土。
2. 自愈技术和测量变量的文献综述
水泥基材料在裂纹形成后在力学性能方面有自我恢复能力，在微观层面上属于自修复混凝土。不同的研究人员研究了自修复，化学自修复，和在具体的矩阵模仿骨（自然）修复过程中细菌的使用。因此，为可持续发展生产自修复混凝土，扩张的材料,如聚合物,中空纤维、矿物掺合料,微型胶囊和微生物被用来发展自修复混凝土。根据自我修复可以通过水化膨胀胶结自然的发生，形成碳酸钙，阻止裂缝的杂质存在于水，并且阻止未反应的水泥的水化。另外，化学外加剂聚合物和土工材料被用来生产自修复混凝土。此外，碳酸钙诱发微生物被发现能够引起混凝土自修复。材料在引入胶结材料和当将矿物添加剂或外加剂结合在一起时具有扩张的特性，这种特性可以提高自修复能力。然而，它必须被保护以防止随着水泥存在于水中而过早地发生扩张反应。帕克斯等人发现如果混凝土是由含镁硅酸盐和钙的溶解盐的大体积的水制成的，它可以塞住微裂纹，但是，裂纹并没有完全恢复，它们只是由于堵塞的效果而减小了裂缝的尺寸，仍然会由于转向力在高强度混凝土中通过拉伸预加载而产生一些损坏。在环境暴露和存在水的情况下人为模拟裂纹显示了自我修复。就此而言，合成纤维被用于水泥基复合材料。因此，人工创建的裂缝被其自动修复，此外，Van等人使用辅助胶凝材料，在微观层面上产生了改进的自修复混凝土裂缝的影响，这种材料，在减少水泥用量和增强修复混凝土裂缝方面具有双重优势。同时，Ahn等人指出，水泥基复合材料可以通过高性能纤维来增强，并且当受到不同的养护方法时，一个相比于之前的方法更好的自我修复效果被发现，这些便是是水，海水，油水浸没。尽管有自我修复的效果，但是只有在裂缝下面50微米能成功，Hosoda等人早就发现，开裂的混凝土内一直存在水泄漏的问题而不是一直是静止的样子。因此，一个改进的自修复性能被发现。最近，自修复的效率通过使用可收缩聚合物使混凝土后张的方法得到了增强，就此而言，Yıldırım等人一直在研究工程胶结材料，他们发现对于自修复材料的自愈合性能的改善很有前景，Siad等人在水泥基复合材料的设计中加入了石粉，他们发现这样充分的恢复了它的大部分功能。最近，Pang等人一直在调查碳酸钢渣在混凝土中作为自我修复剂的影响，结果表明，裂纹自修复的最大长度和宽度是5毫米和20微米。许多研究人员采用视觉的方法去评估被堵住裂缝的宽度，In等人和Wang等人采用超声波，光学显微镜，相机的照片和X射线发射轴向电算体层。
Snoeck等人一直在尝试提高混凝土结构的使用寿命。他们把聚合物和混凝土混合物合并在一起来达到其自我修复的效果，他们获得了一个有希望的结果。然而，效率取决于聚合物的类型，其他因素比如聚合物的剂量，水泥的类型和水灰比都影响效率。聚合物同样也与其他材料相结合以提高自修复效率，一些聚合物以自修复剂的潜在能力为基础产生在抗压强度上百分之一百的恢复力。另一项研究指出，已经被确定的是聚合物可以通过填充至少百分之六十五的裂缝宽度来引发自我修复的作用。
最近，Farhayu等人和Rahman等人都已经证实，在他们的研究报告中挠曲强度的恢复超出标准样本和一个增强超声波脉冲测试，同时，他们比较不同的方法在自修复混凝土上，他们的发现揭示了使用密封技术的自修复混凝土被证明要更加的有发展前景相比于高吸水性聚合物的使用。这是因为：前者可以有多种多样的用途，并不需要用水来触发自我修复的效果。
纳米材料领域的最新发展已经被证明是很有前途的技术，这种技术有可能被用来复制结构和建筑材料当中的自然特性。最近，纳米粒子被纳入混凝土混合物来发展具有某些合适的特点的新材料。纳米粒子，由于他们的高表面积体积比，最终产物给巨大的化学反应提供机会，最终，一个具有我们想要的特性的新材料会被生产出来。因此，纳米材料基于新型水泥复合材料，被用于大幅提高混凝土的可持续发展性能。Perez等人一直在为自修复混凝土的发展研究并确定了功能化二氧化硅纳米颗粒作为一个有前途的材料的潜在能力，因此，这个领域需要进一步的研究。其他有关水泥基础材料的纳米粒子的耐用性属性的影响，由Morsy等人调查。近几天，Muhammad等人报道了关于纳米复合材料来增强混凝土的防水性能。
作为一个混凝土中的自修复剂，细菌的潜能被发觉研究。这被许多其他的研究人员所支持，单独的细菌培养物和在断裂的混凝土中的混合培养物被发现对密封所有裂缝很有效。这是由于细菌的代谢活动产生了碳酸钙沉淀。细菌培养可以注入混凝土表面从而触发自我修复。而且，细菌培养是将其喷射在开裂混凝土的表面。因此，囿于自我修复能力，水渗透率明显降低。然而，抗压强度并没有显著的恢复。为了抵消这种限制，许多研究人员进行了用微生物来提高抗压强度和水泥砂浆和混凝土的耐久性性能。当外加剂和细菌一起用于混凝土时，抗压强度有了显著的提高。除此之外，抗压强度被报道增加了百分之三十六。迄今为止，对于细菌被利用于混凝土为达到更多改善强度和耐久性的目的，许多研究仍在继续。
在另一个调查中，细菌被直接添加到混凝土混合物中而不是喷射和注入的方法。因此，由于细菌的活动导致裂缝随着微生物沉淀而堵塞。这被证明是一个更好的方法。然而，在混凝土模型中，恶劣的环境减少了细菌的寿命。结果就是，自我修复的效率随着时间而减弱。微生物的沉淀取决于许多因素包括：PH值，钙离子的浓度，溶解无机碳的浓度和成核位置的存在。在混凝土模型中恶劣的环境尤其是高碱性的环境下会影响合为一体的细菌的生存。因此，需要被保护来提高其生存寿命。这种防护通过封装细菌来实现。因此，增强混凝土材料的自修复性能。Bang等人在混凝土模型中使用聚氨酯进行固定化细菌培养。结果显示，它们的寿命随着最终酶活性的减少（方解石沉淀）而延长。但这会在很长的一段时间内稳定酶的活性。Wang等人证实了这一点，并且报道了由于固定微生物，恢复了百分之六十的抗压强度。Irwan和Othman介绍了在混凝土基体中的尿素分解菌，它们的活动在裂缝区域产生的碳酸钙沉淀最终堵塞裂缝。但是，在固定方面，一个改进的性能被指出特别在后世。此外，Wang等人在将它们与混凝土搅拌在一起之前在水凝胶中封装了细菌孢子。0.5毫米的裂缝宽度被完全填满。吸水率也减少了百分之六十八。在另一个调查中，在微胶囊中对细菌的固定导致了更大的增强性能，达到了最大的裂缝宽度，970微米。最近，细菌被封装入石墨烯微片，结果表明裂缝宽度在预制裂纹标本中在第三天和第七天成功达到0.81毫米。裂缝刺激胶囊中释放自愈剂。纳米片的优势就是它们可以彻底的并且均匀的分布于整个混凝土基体中。因此，它引起的抗压强度会增加百分之九点八，它也有可能在纳米层面上填补存在的裂纹。
通常来说，材料以胶囊的形式被用作修复剂必须满足一定的要求如热稳定性，处理生存能力和积极递送修复剂的效率。同时，Koster等人报道了土壤聚合物可能作为含有颗粒细菌的涂层剂。因此，它可以作为自修复剂成功的应用于混凝土。其间，通过研究关于双重围绕的硅酸钠微胶囊作为自修剂而产生的影响，发现对于在混凝土中引起自我修复拥有着很不错的性能。
Achal等人和Mostavi等人基于裂纹堵塞的深度来评估自我修复。他们报道裂纹堵塞深度分别为27.2毫米和32毫米，所有混凝土自修复的方法显示由于长期性能延长细菌的寿命，封装技术更加有效。并且用这种技术，更大尺寸的裂缝也会被完全填满。此外，生物和化学药剂的结合对于自修复混凝土的发展而言被证实是另一个有前景的方法。就这一点，宽度为0.22毫米的裂缝被成功堵住。
3. 实现自修复混凝土的发展的方法
文献清楚地显示了水泥基材料可以通过自然现象或者人为来获得。再后来，可以通过在混凝土混合物或钢纤维中添加辅助胶凝材料来填充裂缝。聚合物和微生物同样也被用于模仿大自然。裂缝的修复宽度通过显微镜来评估。
4. 自我修复的测量方法
用显微镜进行观察是被大多数作者所接受的主要的方法来确定密封裂缝的宽度。数字成像，高像素的照片和X射线计算机断层成像都是可使用的方法，这表明六十微米的最大裂缝尺寸由于自然现象被填满。此外，通过使用聚合物可以完全填充直到一百三十八微米宽度的裂缝。而且，在混凝土拌合料中复合胶凝材料的使用已经使二百微米宽度的裂缝被堵住。同时通过在制备混凝土时加入封装的微生物实现了对九百七十微米更大的裂缝密封的持续性改进。仍然，这是最有效的方法。另外，这种运用在混凝土的制备中结合了化学和微生物，据报道封死了一个0.22米的最大裂缝宽度。
本研究基于现有文献，仅有很少的一部分研究人员在Mostavi等人和Achal等人之前报道了基于裂纹深度的自我修复的测量方法。裂纹长度的修复也仅仅被一项研究所公认。这些总结并呈现于下表中：
表中呈现了通过使用封装技术填满32毫米的最大裂纹深度裂纹的方法，同样它也展示了通过使用微生物技术填满27.2毫米的最
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