當混凝土能夠“自愈合”，建筑壽命將再被延長
時間：2022-11-01 來源：中國建材報 分享：
混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料，但很容易出現(xiàn)裂縫，自愈合混凝土對于寬度不大于0.5毫米的裂縫（非載荷因素造成的裂縫大多屬于該范圍）能自主診斷和自我修復(fù)，對于那些不具備被動修復(fù)空間的重大工程建設(shè)具有重要意義。
在自然界中，受損時能夠自我修復(fù)的大多都是有著生命特征的生物體。在非生命物質(zhì)中，也有一種有“生命”的材料，它不僅能識別損害的出現(xiàn)，并立即進行自我修復(fù)，還能提高材料的使用安全性、降低材料的維護成本，大大延長建筑的使用壽命。
應(yīng)用混凝土自愈技術(shù)的項目 東南大學(xué) 杜文祥/供圖
近日，在接受《中國建材報》記者采訪時，東南大學(xué)首席教授、綠色建材與固碳利用研究中心主任、國家重點研發(fā)計劃項目首席科學(xué)家錢春香表示，混凝土是世界上使用最廣泛的建筑材料，但很容易出現(xiàn)裂縫，自愈合混凝土對于寬度不大于0.5毫米的裂縫（非載荷因素造成的裂縫大多屬于該范圍）能自主診斷和自我修復(fù)，對于那些不具備被動修復(fù)空間的重大工程建設(shè)具有重要意義。
大型基礎(chǔ)設(shè)施急需“自愈合”技術(shù)
混凝土裂縫問題已經(jīng)存在了上百年，是一個世界級難題。對此，錢春香指出，裂縫對混凝土材料的負面影響是多方面的，開裂后防水、隔聲、導(dǎo)熱等性能也會極大衰減。因此，裂后混凝土必須采取必要措施進行修復(fù)，而當前修復(fù)方法主要以被動修復(fù)為主，但日趨復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了開裂位置的隱蔽性，眾多基礎(chǔ)設(shè)施也不具備值守條件，裂縫難以及時探查，因此重大基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)急需“自愈合”技術(shù)。“自愈合混凝土能夠阻止外界環(huán)境的有害離子進入混凝土內(nèi)部和鋼筋表面，防止混凝土腐蝕和鋼筋銹蝕，保障工程結(jié)構(gòu)的服役壽命，產(chǎn)生顯著的直接和間接經(jīng)濟效益，同時實現(xiàn)地下、水下工程混凝土的自防水，確保使用功能，尤其對于裝載精密儀器、糧庫、藥品等防水要求高的場所尤為重要，社會效益重大?！?/span>錢春香指出，自愈合混凝土中關(guān)鍵組分是自愈合劑，自愈合劑種類很多，目前部分已進入規(guī)?；a(chǎn)，能滿足工程應(yīng)用需求。近年來，對于自愈合混凝土的性能已開展了全面的試驗驗證，從配合比設(shè)計、混凝土生產(chǎn)、施工、驗收，建立了完善的技術(shù)規(guī)程和試驗方法標準，并經(jīng)歷了工程示范應(yīng)用的檢驗，進入了應(yīng)用推廣階段。
最大挑戰(zhàn)是業(yè)界認識的轉(zhuǎn)變
混凝土裂縫自愈合研究最早可追溯到1836年，法國科學(xué)院學(xué)者揭示了水泥水化滲出的氫氧化鈣碳化愈合裂縫的機理。自此，混凝土裂縫自愈合研究陸續(xù)開展。“1980年，我國首次在上海地鐵工程修建中引進了水泥基滲透結(jié)晶防水自愈合材料；2001年，美國南達科他礦業(yè)理工學(xué)院最先提出把微生物礦化用于混凝土裂縫修復(fù)；2005年，我在國內(nèi)開展了第一個微生物自修復(fù)技術(shù)的國家自然科學(xué)基金項目研究，內(nèi)容包括碳酸鹽礦化菌誘導(dǎo)碳酸鈣沉積機理及碳酸鈣結(jié)晶動力學(xué)、形態(tài)學(xué)，并成功應(yīng)用于水泥基材料表面缺陷修復(fù)。目前，我國已建成年產(chǎn)1000噸～2000噸的修復(fù)劑生產(chǎn)線，制定了自修復(fù)混凝土相關(guān)技術(shù)標準。而根據(jù)自愈機理，自愈合混凝土類型很多，但從全球的研究和應(yīng)用來看，最具前景的是微生物自修復(fù)混凝土、膠囊型自修復(fù)混凝土和適用于小尺寸裂縫的滲透結(jié)晶型自修復(fù)混凝土?！?/span>在錢春香看來，當前最大的挑戰(zhàn)是從業(yè)者認識上的轉(zhuǎn)變。她指出，業(yè)主方希望得到的是一個不會開裂的混凝土，而不是一個能自愈合的混凝土。但是隨著膠凝材料、骨料等大宗材料的可選擇性日臻縮小，混凝土不開裂比較難。因此，“能自愈的混凝土”將是未來的發(fā)展趨勢。而在成本方面，自愈混凝土中的愈合劑使混凝土成本增加10%～20%，總建筑成本也只增加0.5%～1%?；炷灵_裂導(dǎo)致的維護費用比這個總成本比例要高得多。由此看來，通過延長混凝土的使用壽命、提升防水等使用功能可節(jié)省大筆維護費用。
推行“抗裂”與“自愈”相結(jié)合
“實現(xiàn)推廣自愈合混凝土應(yīng)用的難點在于改變業(yè)界的觀念，要推行‘抗裂’與‘自愈’相結(jié)合，同時，通過量產(chǎn)和規(guī)?；瘧?yīng)用降低成本。”錢春香指出，工程界對于混凝土裂縫治理問題一直存在兩種學(xué)派，一種是“抗”，也就是不讓混凝土開裂；另一種是“放”，即開裂后進行修復(fù)，被動或者主動地自行修復(fù)。自愈合混凝土的理念在繼承兩種學(xué)派觀點的同時進行了創(chuàng)新，不僅能主動、及時自愈，還能在一定程度上降低開裂風險，是一種仿生的智能材料，是傳統(tǒng)混凝土的變革。當前，自愈合混凝土已逐步進入工程應(yīng)用階段，建立了應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，自愈合劑也實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化、標準化。盡管已經(jīng)取得了不小的進展，但現(xiàn)有的混凝土的自愈合還遠未達到自然界自愈合現(xiàn)象的精細度、完好度。自愈合混凝土是水泥混凝土低碳發(fā)展的技術(shù)路徑之一，任重道遠。“微生物材料在土木工程中的發(fā)展前景很好，除了自愈合混凝土，還有微生物巖土工程、重金屬的微生物礦化治理、微生物協(xié)同廢渣高值化利用等，這些都能直接或間接推動‘雙碳’目標的實現(xiàn)?！睂τ谧杂匣炷料乱徊降陌l(fā)展，錢春香表示，需進一步充實自愈合觸發(fā)機理研究，建立自愈合混凝土理論，為技術(shù)研發(fā)提供指導(dǎo)；技術(shù)上，在抗?jié)B透性能提升和恢復(fù)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)力學(xué)性能的恢復(fù)；轉(zhuǎn)化應(yīng)用上，瞄準國家重大基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)需求，例如海洋工程、大型地下空間工程等，加快自愈合劑產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，大力開展工程示范應(yīng)用，積累應(yīng)用經(jīng)驗，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟和社會效益。
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