一種水泥基材料裂縫自修復的愈合效果的評價方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種評價方法，尤其是涉及一種水泥基材料裂縫自修復的愈合效果的 評價方法。
【背景技術】
[0002] 對于混凝土材料，無論是鋼筋混凝土結構還是很大厚度的混凝土構件，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)擴展是混凝土結構強度降 低的原因。有些微裂縫雖然對強度影響不大，但會大幅度增加結構的傳輸性能，可致有害物 質加重對結構的破壞，如氯離子和二氧化碳引起的鋼筋銹蝕等。水泥基材料自修復系統(tǒng)為 混凝土基體微裂縫的修復和有效延緩潛在的危害提供了一種新的方法，一個自修復系統(tǒng)將 免去有效的監(jiān)測和外部修復所需的高額費用，且大大提高其安全性和耐久性。
[0003] 為了評估水泥基材料裂縫愈合能力的改善，需要去比較自修復作用前后水泥基材 料的性能。目前用于表征水泥基材料自修復的方法有很多，而這些方法主要都是基于水泥 基材料力學性能和滲透性能的恢復。對于力學性能恢復，主要使用的測試方法是強度回復 率，強度回復率指的是預制裂縫后的試樣，經一段時間養(yǎng)護后，當再次進行力學試驗時，所 得荷載與放置在相同環(huán)境、相同齡期的未開裂試樣的荷載之比，強度回復率可以在一定程 度上定量反應開裂水泥基材料愈合的效果，強度回復率越大，自修復的效果越好，說明裂縫 被具有較大強度的物質填充;對于滲透性能的恢復，這是提高水泥基材料耐久性的重要指 標，其主要評價的方法是滲透系數，滲透系數指的是水通過開裂試樣的速率，滲透系數越 小，裂縫愈合的越好，說明裂縫被物質填充的效果越好;對于無損評價開裂水泥基材料性能 的恢復，主要采用的方法是超聲波，其主要機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，當超聲波在裂縫附近傳播時，會導 致其傳播時間增大，而當裂縫被填充后，超聲波可以通過填充材料傳播，使得傳播時間降 低，故超聲波傳播的時間越短，說明愈合效果越好。但上述這些自修復方法都存在如下缺點 和不足。
[0004] (1)強度回復率。強度回復率雖然可以定量評價開裂試樣力學性能的恢復，但是主 要缺點是離散性較大，測試準確度較低，不能反映出開裂材料加載過程中不同受力階段性 能的恢復情況。
[0005] (2)滲透系數。滲透系數可以作為評價開裂水泥基材料耐久性恢復的主要手段，但 是仍存在一些缺點。比如不同裂縫寬度對滲透系數的影響無法剔除，滲透系數只能評價傳 輸性能的恢復而無法評價力學性能的恢復，此外，當做滲透系數實驗時，水會流過開裂試樣 表面，而水中攜帶的二氧化碳會與鈣離子反應生成碳酸鈣，進而影響實驗的準確性。
[0006] (3)超聲波。超聲波測試的最大優(yōu)點是可以快速評價開裂試樣的愈合效果，但缺點 是不能定量確定開裂試樣愈合的程度，同時測試的準確性一般。
【發(fā)明內容】
[0007] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種水泥基材料裂 縫自修復的愈合效果的評價方法。
[0008] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0009] -種水泥基材料裂縫自修復的愈合效果的評價方法，包括以下步驟：
[0010] (1)測點布置:選取多個不同配方的經開裂養(yǎng)護后的預加載損傷水泥基材料試樣 組，分別在各預加載損傷水泥基材料試樣組上布置測點，并在測點處粘貼聲發(fā)射傳感器；
[0011] (2)參數設置和聲發(fā)射儀器校準:設置聲發(fā)射儀器的板卡參數、通道參數和視圖參 數，然后再對聲發(fā)射儀器進行校準；
[0012] (3)加載與信號采集:對各預加載損傷水泥基材料試樣組進行加載，并同步運行聲 發(fā)射儀器，采集所反饋的聲發(fā)射信號；
[0013] (4)參數處理:將聲發(fā)射信號轉換為聲發(fā)射參數，然后對聲發(fā)射參數作圖處理；
[0014] (5)結果分析:對比分析各預加載損傷水泥基材料試樣組的作圖處理結果，即得到 自修復愈合效果最優(yōu)的預加載損傷水泥基材料試樣組。
[0015] 步驟（1)中測點的布置滿足當對預加載損傷水泥基材料試樣組進行加載而發(fā)生斷 裂過程時，聲發(fā)射儀器能完全采集斷裂過程的聲發(fā)射信號，并使加載過程中加載儀器與聲 發(fā)射傳感器無接觸。
[0016] 步驟（1)中聲發(fā)射傳感器粘貼前，先用砂紙對預加載損傷水泥基材料試樣組的測 點處打磨光滑，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)射儀器的校準為通過斷鉛試驗驗證聲發(fā)射傳感器接觸是否緊密， 當驗證傳感器接觸緊密時，方可進行下一步試驗。
[0018] 所述的加載為三點彎曲加載，加載所使用的儀器為三點彎曲試驗機。
[0019] 步驟(3)中預加載損傷水泥基材料試樣組在加載過程中，三點彎曲試驗機的運行 模式為位移控制，加載速率為〇. 〇5mm/s，加載過程中，若有突變的聲發(fā)射信號時，進行標記。
[0020] 步驟(4)中對聲發(fā)射參數作圖處理時，標記的突變聲發(fā)射信號點著重分析，這樣有 利于得出材料自愈合分析結果。
[0021] 所述的聲發(fā)射參數包括定性參數和定量參數，其中，定性參數為振幅、能量或撞擊 數，定量參數為脈沖時間。
[0022] 步驟(5)中，振幅作圖處理后評價自修復愈合效果的標準為:對于一次加載后的預 加載損傷水泥基材料試樣組，若再次加載時，載荷達到一次加載最大載荷之前，超過45分貝 的聲發(fā)射信號的振幅數占總量的10%以上，即判定預加載損傷水泥基材料試樣組發(fā)生了自 修復；
[0023] 能量作圖處理后評價自修復愈合效果的標準為:一次加載后的預損傷水泥基材料 試樣組開裂養(yǎng)護后，再次加載斷裂時，若載荷達到預加載最大載荷之前，有相比于一次加載 斷裂時50%以上的能量釋放，則判定預加載損傷水泥基材料試樣組發(fā)生了自修復；
[0024] 撞擊數作圖處理后評價自修復愈合效果的標準為:一次加載后的預損傷水泥基材 料試樣組開裂養(yǎng)護后，再次加載斷裂時，若撞擊數峰的數量或位置相比一次加載斷裂時發(fā) 生變化，則說明預損傷水泥基材料試樣組開裂養(yǎng)護后發(fā)生了自修復；
[0025] 脈沖時間作圖處理后評價自修復愈合效果的標準為:脈沖時間越小，自修復愈合 效果越好。
[0026] 定性分析中，主要的分析機理為Kaiser(凱撒)效應，即試樣的重復載荷到達原先 所加最大載荷以前不發(fā)生明顯聲發(fā)射，對于預加載損傷的水泥基材料，若再次加載時，載荷 到達原先所加最大載荷以前發(fā)生了明顯聲發(fā)射活動，則可說明預損傷的水泥基材料發(fā)生了 自修復，是否發(fā)生了明顯聲發(fā)射活動，可以從聲發(fā)射信號的振幅數、撞擊數和能量等參數方 面加以判定。
[0027] 對于水泥基材料，當其開裂養(yǎng)護一段時間后，若體系沒有發(fā)生自修復或者修復程 度很小時，那么力學性能恢復較小;而相反，當體系發(fā)生自修復，即有愈合產物填充裂縫時， 那么力學性能恢復較好。而力學性能恢復的好壞，直接影響水泥基材料加載時的斷裂過程， 進而使用聲發(fā)射儀器捕捉不同愈合程度的水泥基材料斷裂的過程，通過對捕捉到參數(振 幅、能量、撞擊數和脈沖時間)進行處理，即可比較水泥基材料是否發(fā)生自修復，并能判定自 修復的愈合程度，從而評價各預加載損傷水泥基材料試樣組的自修復的愈合效果的好壞， 進而便于采用自修復愈合效果較優(yōu)的預加載損傷水泥基材料試樣組的配方。
[0028] 與現有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0029] (1)方法準確性高:本發(fā)明評價水泥基材料裂縫自修復效果的方法為聲發(fā)射法，聲 發(fā)射是指由應變材料中的位移、微裂縫和其他不可逆轉的變化所產生的微震(彈性)波，因 此當水泥基材料裂縫中有物質填充時，無論填充物質力學性能強弱，均可以在加載過程中 被聲發(fā)射儀器捕捉到。
[0030] (2)聲發(fā)射法可以同時定性、定量評價水泥基材料裂縫的愈合效果:通過參數振 幅、能量或撞擊數分析，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 參數脈沖時間分析，可以具體確定水泥基材料裂縫愈合的程度。
[0031] (3)通過聲發(fā)射參數作圖處理，并對比分析，便于準確比較得到各預加載損傷水泥 基材料試樣組的自修復的愈合效果的優(yōu)劣，特別適合于評價帶自修復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)的自修復配方。
[0032] (4)應用前景廣泛:本發(fā)明的使用的聲發(fā)射法評價水泥基材料裂縫的自修復的愈 合效果可以廣泛應用于水工、海工混凝土結構、地下混凝土結構中，使用聲發(fā)射法評價水泥 基材料裂縫的愈合效果具有其他方法無法比擬的優(yōu)點，準確性高，效果顯著，具有很好的應 用前景。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明的測試方法流程圖；
[0034]圖2為基準組水泥基材料預損傷后經過標準養(yǎng)護28天再次加載時振幅隨時間的變 化圖像；
[0035]圖3為基準組水泥基材料預損傷后經過水養(yǎng)護28天再次加載時振幅隨時間的變化 圖像；
[0036]圖4為摻加修復材料組水泥基材料預損傷后經過標準養(yǎng)護28天再次加載時振幅隨 時間的變化圖像；
[0037]圖5為摻加修復材料組水泥基材料預損傷后經過水養(yǎng)護28天再次加載時振幅隨時 間的變化圖像；
[0038]圖6為本發(fā)明實施例2中相對脈沖時間與微膠囊摻量的關系圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0040] 實施例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材料組水泥基材料 所采用的水泥混合物，再將質量占水泥組合物的38%的水和質量占水泥組合物的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小時后脫模，然