一種水泥基材料裂縫自修復(fù)的愈合效果的評(píng)價(jià)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種評(píng)價(jià)方法，尤其是涉及一種水泥基材料裂縫自修復(fù)的愈合效果的 評(píng)價(jià)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于混凝土材料，無(wú)論是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)還是很大厚度的混凝土構(gòu)件，由于收縮 和外部荷載等作用引起的裂縫是不可避免的。裂縫的存在和繼續(xù)擴(kuò)展是混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降 低的原因。有些微裂縫雖然對(duì)強(qiáng)度影響不大，但會(huì)大幅度增加結(jié)構(gòu)的傳輸性能，可致有害物 質(zhì)加重對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞，如氯離子和二氧化碳引起的鋼筋銹蝕等。水泥基材料自修復(fù)系統(tǒng)為 混凝土基體微裂縫的修復(fù)和有效延緩潛在的危害提供了一種新的方法，一個(gè)自修復(fù)系統(tǒng)將 免去有效的監(jiān)測(cè)和外部修復(fù)所需的高額費(fèi)用，且大大提高其安全性和耐久性。
[0003] 為了評(píng)估水泥基材料裂縫愈合能力的改善，需要去比較自修復(fù)作用前后水泥基材 料的性能。目前用于表征水泥基材料自修復(fù)的方法有很多，而這些方法主要都是基于水泥 基材料力學(xué)性能和滲透性能的恢復(fù)。對(duì)于力學(xué)性能恢復(fù)，主要使用的測(cè)試方法是強(qiáng)度回復(fù) 率，強(qiáng)度回復(fù)率指的是預(yù)制裂縫后的試樣，經(jīng)一段時(shí)間養(yǎng)護(hù)后，當(dāng)再次進(jìn)行力學(xué)試驗(yàn)時(shí)，所 得荷載與放置在相同環(huán)境、相同齡期的未開(kāi)裂試樣的荷載之比，強(qiáng)度回復(fù)率可以在一定程 度上定量反應(yīng)開(kāi)裂水泥基材料愈合的效果，強(qiáng)度回復(fù)率越大，自修復(fù)的效果越好，說(shuō)明裂縫 被具有較大強(qiáng)度的物質(zhì)填充;對(duì)于滲透性能的恢復(fù)，這是提高水泥基材料耐久性的重要指 標(biāo)，其主要評(píng)價(jià)的方法是滲透系數(shù)，滲透系數(shù)指的是水通過(guò)開(kāi)裂試樣的速率，滲透系數(shù)越 小，裂縫愈合的越好，說(shuō)明裂縫被物質(zhì)填充的效果越好;對(duì)于無(wú)損評(píng)價(jià)開(kāi)裂水泥基材料性能 的恢復(fù)，主要采用的方法是超聲波，其主要機(jī)理是超聲波在硬化混凝土中（4000-5000m/s) 比在水（1480m/s)或空氣中（350m/s)更容易傳播，因此，當(dāng)超聲波在裂縫附近傳播時(shí)，會(huì)導(dǎo) 致其傳播時(shí)間增大，而當(dāng)裂縫被填充后，超聲波可以通過(guò)填充材料傳播，使得傳播時(shí)間降 低，故超聲波傳播的時(shí)間越短，說(shuō)明愈合效果越好。但上述這些自修復(fù)方法都存在如下缺點(diǎn) 和不足。
[0004] (1)強(qiáng)度回復(fù)率。強(qiáng)度回復(fù)率雖然可以定量評(píng)價(jià)開(kāi)裂試樣力學(xué)性能的恢復(fù)，但是主 要缺點(diǎn)是離散性較大，測(cè)試準(zhǔn)確度較低，不能反映出開(kāi)裂材料加載過(guò)程中不同受力階段性 能的恢復(fù)情況。
[0005] (2)滲透系數(shù)。滲透系數(shù)可以作為評(píng)價(jià)開(kāi)裂水泥基材料耐久性恢復(fù)的主要手段，但 是仍存在一些缺點(diǎn)。比如不同裂縫寬度對(duì)滲透系數(shù)的影響無(wú)法剔除，滲透系數(shù)只能評(píng)價(jià)傳 輸性能的恢復(fù)而無(wú)法評(píng)價(jià)力學(xué)性能的恢復(fù)，此外，當(dāng)做滲透系數(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，水會(huì)流過(guò)開(kāi)裂試樣 表面，而水中攜帶的二氧化碳會(huì)與鈣離子反應(yīng)生成碳酸鈣，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
[0006] (3)超聲波。超聲波測(cè)試的最大優(yōu)點(diǎn)是可以快速評(píng)價(jià)開(kāi)裂試樣的愈合效果，但缺點(diǎn) 是不能定量確定開(kāi)裂試樣愈合的程度，同時(shí)測(cè)試的準(zhǔn)確性一般。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種水泥基材料裂 縫自修復(fù)的愈合效果的評(píng)價(jià)方法。
[0008] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種水泥基材料裂縫自修復(fù)的愈合效果的評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟：
[0010] (1)測(cè)點(diǎn)布置:選取多個(gè)不同配方的經(jīng)開(kāi)裂養(yǎng)護(hù)后的預(yù)加載損傷水泥基材料試樣 組，分別在各預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組上布置測(cè)點(diǎn)，并在測(cè)點(diǎn)處粘貼聲發(fā)射傳感器；
[0011] (2)參數(shù)設(shè)置和聲發(fā)射儀器校準(zhǔn):設(shè)置聲發(fā)射儀器的板卡參數(shù)、通道參數(shù)和視圖參 數(shù)，然后再對(duì)聲發(fā)射儀器進(jìn)行校準(zhǔn)；
[0012] (3)加載與信號(hào)采集:對(duì)各預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組進(jìn)行加載，并同步運(yùn)行聲 發(fā)射儀器，采集所反饋的聲發(fā)射信號(hào)；
[0013] (4)參數(shù)處理:將聲發(fā)射信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲發(fā)射參數(shù)，然后對(duì)聲發(fā)射參數(shù)作圖處理；
[0014] (5)結(jié)果分析:對(duì)比分析各預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組的作圖處理結(jié)果，即得到 自修復(fù)愈合效果最優(yōu)的預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組。
[0015] 步驟（1)中測(cè)點(diǎn)的布置滿足當(dāng)對(duì)預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組進(jìn)行加載而發(fā)生斷 裂過(guò)程時(shí)，聲發(fā)射儀器能完全采集斷裂過(guò)程的聲發(fā)射信號(hào)，并使加載過(guò)程中加載儀器與聲 發(fā)射傳感器無(wú)接觸。
[0016] 步驟（1)中聲發(fā)射傳感器粘貼前，先用砂紙對(duì)預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組的測(cè) 點(diǎn)處打磨光滑，并涂上耦合劑，再粘貼聲發(fā)射傳感器，保證聲發(fā)射傳感器與預(yù)加載損傷水泥 基材料試樣組表面垂直并接觸緊密。
[0017] 步驟(2)中聲發(fā)射儀器的校準(zhǔn)為通過(guò)斷鉛試驗(yàn)驗(yàn)證聲發(fā)射傳感器接觸是否緊密， 當(dāng)驗(yàn)證傳感器接觸緊密時(shí)，方可進(jìn)行下一步試驗(yàn)。
[0018] 所述的加載為三點(diǎn)彎曲加載，加載所使用的儀器為三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)。
[0019] 步驟(3)中預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組在加載過(guò)程中，三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)機(jī)的運(yùn)行 模式為位移控制，加載速率為〇. 〇5mm/s，加載過(guò)程中，若有突變的聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，進(jìn)行標(biāo)記。
[0020] 步驟(4)中對(duì)聲發(fā)射參數(shù)作圖處理時(shí)，標(biāo)記的突變聲發(fā)射信號(hào)點(diǎn)著重分析，這樣有 利于得出材料自愈合分析結(jié)果。
[0021] 所述的聲發(fā)射參數(shù)包括定性參數(shù)和定量參數(shù)，其中，定性參數(shù)為振幅、能量或撞擊 數(shù)，定量參數(shù)為脈沖時(shí)間。
[0022] 步驟(5)中，振幅作圖處理后評(píng)價(jià)自修復(fù)愈合效果的標(biāo)準(zhǔn)為:對(duì)于一次加載后的預(yù) 加載損傷水泥基材料試樣組，若再次加載時(shí)，載荷達(dá)到一次加載最大載荷之前，超過(guò)45分貝 的聲發(fā)射信號(hào)的振幅數(shù)占總量的10%以上，即判定預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組發(fā)生了自 修復(fù)；
[0023] 能量作圖處理后評(píng)價(jià)自修復(fù)愈合效果的標(biāo)準(zhǔn)為:一次加載后的預(yù)損傷水泥基材料 試樣組開(kāi)裂養(yǎng)護(hù)后，再次加載斷裂時(shí)，若載荷達(dá)到預(yù)加載最大載荷之前，有相比于一次加載 斷裂時(shí)50%以上的能量釋放，則判定預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組發(fā)生了自修復(fù)；
[0024] 撞擊數(shù)作圖處理后評(píng)價(jià)自修復(fù)愈合效果的標(biāo)準(zhǔn)為:一次加載后的預(yù)損傷水泥基材 料試樣組開(kāi)裂養(yǎng)護(hù)后，再次加載斷裂時(shí)，若撞擊數(shù)峰的數(shù)量或位置相比一次加載斷裂時(shí)發(fā) 生變化，則說(shuō)明預(yù)損傷水泥基材料試樣組開(kāi)裂養(yǎng)護(hù)后發(fā)生了自修復(fù)；
[0025] 脈沖時(shí)間作圖處理后評(píng)價(jià)自修復(fù)愈合效果的標(biāo)準(zhǔn)為:脈沖時(shí)間越小，自修復(fù)愈合 效果越好。
[0026] 定性分析中，主要的分析機(jī)理為Kaiser(凱撒)效應(yīng)，即試樣的重復(fù)載荷到達(dá)原先 所加最大載荷以前不發(fā)生明顯聲發(fā)射，對(duì)于預(yù)加載損傷的水泥基材料，若再次加載時(shí)，載荷 到達(dá)原先所加最大載荷以前發(fā)生了明顯聲發(fā)射活動(dòng)，則可說(shuō)明預(yù)損傷的水泥基材料發(fā)生了 自修復(fù)，是否發(fā)生了明顯聲發(fā)射活動(dòng)，可以從聲發(fā)射信號(hào)的振幅數(shù)、撞擊數(shù)和能量等參數(shù)方 面加以判定。
[0027] 對(duì)于水泥基材料，當(dāng)其開(kāi)裂養(yǎng)護(hù)一段時(shí)間后，若體系沒(méi)有發(fā)生自修復(fù)或者修復(fù)程 度很小時(shí)，那么力學(xué)性能恢復(fù)較小;而相反，當(dāng)體系發(fā)生自修復(fù)，即有愈合產(chǎn)物填充裂縫時(shí)， 那么力學(xué)性能恢復(fù)較好。而力學(xué)性能恢復(fù)的好壞，直接影響水泥基材料加載時(shí)的斷裂過(guò)程， 進(jìn)而使用聲發(fā)射儀器捕捉不同愈合程度的水泥基材料斷裂的過(guò)程，通過(guò)對(duì)捕捉到參數(shù)(振 幅、能量、撞擊數(shù)和脈沖時(shí)間)進(jìn)行處理，即可比較水泥基材料是否發(fā)生自修復(fù)，并能判定自 修復(fù)的愈合程度，從而評(píng)價(jià)各預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組的自修復(fù)的愈合效果的好壞， 進(jìn)而便于采用自修復(fù)愈合效果較優(yōu)的預(yù)加載損傷水泥基材料試樣組的配方。
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0029] (1)方法準(zhǔn)確性高:本發(fā)明評(píng)價(jià)水泥基材料裂縫自修復(fù)效果的方法為聲發(fā)射法，聲 發(fā)射是指由應(yīng)變材料中的位移、微裂縫和其他不可逆轉(zhuǎn)的變化所產(chǎn)生的微震(彈性)波，因 此當(dāng)水泥基材料裂縫中有物質(zhì)填充時(shí)，無(wú)論填充物質(zhì)力學(xué)性能強(qiáng)弱，均可以在加載過(guò)程中 被聲發(fā)射儀器捕捉到。
[0030] (2)聲發(fā)射法可以同時(shí)定性、定量評(píng)價(jià)水泥基材料裂縫的愈合效果:通過(guò)參數(shù)振 幅、能量或撞擊數(shù)分析，可以定性判斷水泥基材料的裂縫是否發(fā)生愈合及愈合的程度，通過(guò) 參數(shù)脈沖時(shí)間分析，可以具體確定水泥基材料裂縫愈合的程度。
[0031] (3)通過(guò)聲發(fā)射參數(shù)作圖處理，并對(duì)比分析，便于準(zhǔn)確比較得到各預(yù)加載損傷水泥 基材料試樣組的自修復(fù)的愈合效果的優(yōu)劣，特別適合于評(píng)價(jià)帶自修復(fù)功能的水泥基材料的 配方組的愈合效果，從而很方便的篩選得到較優(yōu)的自修復(fù)配方。
[0032] (4)應(yīng)用前景廣泛:本發(fā)明的使用的聲發(fā)射法評(píng)價(jià)水泥基材料裂縫的自修復(fù)的愈 合效果可以廣泛應(yīng)用于水工、海工混凝土結(jié)構(gòu)、地下混凝土結(jié)構(gòu)中，使用聲發(fā)射法評(píng)價(jià)水泥 基材料裂縫的愈合效果具有其他方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，準(zhǔn)確性高，效果顯著，具有很好的應(yīng) 用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1為本發(fā)明的測(cè)試方法流程圖；
[0034]圖2為基準(zhǔn)組水泥基材料預(yù)損傷后經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天再次加載時(shí)振幅隨時(shí)間的變 化圖像；
[0035]圖3為基準(zhǔn)組水泥基材料預(yù)損傷后經(jīng)過(guò)水養(yǎng)護(hù)28天再次加載時(shí)振幅隨時(shí)間的變化 圖像；
[0036]圖4為摻加修復(fù)材料組水泥基材料預(yù)損傷后經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天再次加載時(shí)振幅隨 時(shí)間的變化圖像；
[0037]圖5為摻加修復(fù)材料組水泥基材料預(yù)損傷后經(jīng)過(guò)水養(yǎng)護(hù)28天再次加載時(shí)振幅隨時(shí) 間的變化圖像；
[0038]圖6為本發(fā)明實(shí)施例2中相對(duì)脈沖時(shí)間與微膠囊摻量的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0040] 實(shí)施例1
[0041 ]按表1中列出的組分制備I組水泥混合物和Π 組水泥混合物，其中，I組水泥混合物 為基準(zhǔn)組水泥基材料所采用的水泥混合物，Π 組水泥混合物為摻加修復(fù)材料組水泥基材料 所采用的水泥混合物，再將質(zhì)量占水泥組合物的38%的水和質(zhì)量占水泥組合物的200%的 天然砂分別加入上述的I組水泥混合物和Π 組水泥混合物中攪拌，在40mm X 40mm X 160mm的 模具中成型，24小時(shí)后脫模，然