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1、 混凝土劈拉开裂和裂缝自愈合机理探究 黄兵摘 要：本文通过试验方式对混凝土结构试件在劈拉作用下的开裂变化过程以及混凝土裂缝的形态进行研究，以实现混凝土劈拉应力与裂缝张开形成的位移变化规律，为有关工程实践及研究提供参考。关键词：混凝土;劈拉开裂;裂缝;自愈合;机理混凝土工程施工中，由于不同荷载作用以及环境变化因素的影响，容易引起混凝土裂缝产生，从而对混凝土结构及整个工程的安全性造成影响，是有关工程施工与管理中研究和关注的重要内容之一。此外，有研究显示，混凝土裂缝存在一定的自愈合机理，并且混凝土裂缝的自愈合机理能有效减缓环境中的有害物质入侵对混凝土结构的破坏影响，从而促进混凝土结构及其工程的使用寿
2、命方面具有十分积极的作用和意义。为此，下文将通过试验分析，对混凝土构件的劈拉作用下开裂变化过程及裂缝形态等进行研究，以明确混凝土劈拉开裂与裂缝自愈合的作用机理。1试验材料与方法1.1试验材料与试件制作本次混凝土劈拉开裂与裂缝自愈合试验分析中所应用的混凝土试件原材料主要包括水泥/粗骨料/细骨料/减水剂以及水等。其中，进行混凝土配制的水泥为P？O42.5R的普通硅酸盐水泥，该水泥材料的氧化镁与三氧化硫含量分别为2.83%和2.59%，水泥的使用量为420kg/m3;混凝土配制使用的粗骨料為粒径在5至10mm之间的花岗岩碎石，其用量为1250kg/m3;细骨料为粒径为0至5mm的中砂，其堆积密度为1
3、450kg/m3，细度模数设计为2.55;减水剂采用聚羧酸盐类高效减水剂。此外，根据上述混凝土配制原材料及其配合比设计，在进行混凝土试件配制中，以直径100mm高度50mm尺寸大小的钢制试模为工具，完成混凝土试件浇筑操作24h后再进行模板拆除，并将制备完成的混凝土试件（圆盘试件）与试验分析中所准备的标准试件（规范立方体）根据混凝土养护的有关条件和技术标准进行养护28d，确保标准试件养护完成后的抗压强度等级达到C50以上，同时对试验试件的上下面厚度控制为45mm，误差范围为1mm。在进行混凝土试件制备过程中，还需要确保制备后的混凝土试件表面浮浆去除彻底，且两表面平整/并保持平行，以避免对试验分析
4、产生影响。1.2试验方法对上述混凝土试件进行劈拉加载试验分析中，以MTS Landmark电液伺服试验机为试验操作平台，通过位移控制与力控制进行试验过程中的加载与卸载操作管理，对加载速率分别为0.012以及0.024/0.05/0.1/0.2/0.3mm/min时的劈拉加载试验情况进行分析，从加载时间以及加载试验中的混凝土试件裂缝口张开位移变化等因素层面，对其加载速率进行确定，最终选取0.2mm/min的加载速率为试验参数。此外，试验过程中，对试验试件的两侧需分别进行LVDT安装，以对其试验过程中的裂缝张开位移情况进行准确测量和分析，其结果以两个装置测量的平均值为准。在对混凝土试件劈拉加载试验
5、中的裂缝测量分析中，主要应用设备为Supereyes数码显微镜，测量过程中为避免误差影响，需要对试验试件从加载轴方向进行表面等分设置，并选取对应的测量点，取各测点裂缝的平均值以及两表面主裂缝宽度平均值作为最终结果。此外，对试验混凝土试件的内部孔隙率与孔隙连通性分析，则需要通过渗透试验进行，本文实验中是通过氮气渗透试验来进行混凝土裂缝自愈合作用机理研究，其具体操作步骤为：首先，将试验试件置于50的温度环境中进行烘干处理12h后，再将处理后的试件进行冷却至室温状态，其中，烘干处理的温度需根据自愈合产物分解温度进行合理确定，并且对试件进行烘干处理后其裂缝表面能够满足相应的干燥状态要求;其次，需要将试
6、验试件置入试件盒中，然后将螺栓对称拧紧，以确保试验分析中的气密性;最后，将气压降低至特定压值后，使气体从试件的下表面进入，并从试件上表面流出，对试验装置与试件的接触部位在试验过程中需要喷洒肥皂水，以对试验装置的气密性进行检测，确保其试验操作的有效性。根据上述操作步骤进行试验操作后，结合流量计测量计取的气体流量，通过有关计算公式即可对混凝土的气体渗透系数进行计算获取。本文进行混凝土劈拉开裂与裂缝自愈合机理试验分析中，对混凝土自愈合机理的试验环境，分别以海水与淡水/标准养护室环境为条件，对不同愈合环境下的试件裂缝自愈合变化规律进行分析，以对其裂缝自愈合机理进行探析。2实验结果分析2.1混凝土试件劈
7、拉裂缝形态与裂口张开位移变化分析根据上述试验分析方法，首先，在对混凝土试件的劈拉加载裂缝形态试验分析中显示，混凝土试件在劈拉加载作用下的裂缝具有一定的连通性与粗糙性/曲折性特点，其试验分析中的裂缝形态变化对混凝土劈裂的真实裂缝形态具有较好的体现。其中，混凝土试件劈拉加载试验中，由于其试件中部所承载的拉应力表现最为显著，并且其作用分布较为均匀，因此，混凝土裂缝形成过程中多会从试验混凝土试件的中部先发生开裂变化，并根据劈拉加载的应力变化沿垂直方向向上下各边缘部分进行不断扩展，最终在形成混凝土试件的表面主裂缝后，根据劈拉荷载变化，继续产生各种分支与细小的附属裂缝。此外，混凝土试件劈拉开裂过程中的裂缝
8、形成与扩展速度，和混凝土试件的强度之间也存在较为密切的联系，一般情况下，混凝土劈拉加载试验初期由于试件内部积累的劈拉应力作用与混凝土裂缝开裂所需的作用相比较小，因此，其开裂变化主要表现为混凝土损伤，对混凝土试件的渗透性影响基本较小，在混凝土劈拉加载的内应力作用超出混凝土裂缝所需作用时，则会导致混凝土开裂形成，并且混凝土试件的脆性与裂缝扩展速度具有一定的一致性。此外，根据上述试验方法对混凝土试件的劈拉加载应力与混凝土裂缝张开位移变化规律进行分析显示，混凝土试件的劈拉加载最大位移与卸载位移之间具有相应的数量关系，并且能够根据这一关系实现混凝土试件的劈拉卸载时间准确控制，从而对不同卸载位移的混凝土劈
9、拉应力与混凝土裂缝张开位移变化关系进行明确，即混凝土试件劈拉开裂试验中，在混凝土裂缝达到预定宽度时进行卸载，其卸载位移变化呈直线状态，这一变化规律与卸载定律相符合，而在应力不断增加至峰值应力前，其位移变化将不呈直线状态，并且在该阶段进行卸载的位移基本能够得到恢复。2.2混凝土试件裂缝自愈合机理分析在对混凝土试件裂缝自愈合机理试验分析中，通过开展卸载条件下的混凝土裂缝自愈合试验，并对开裂混凝土愈合前后的力学性能进行计算对比，结果显示混凝土劈拉强度恢复与自愈合之间的关系不够明显，由此可见，混凝土劈拉自愈合产物与混凝土基体的黏结强度关系较小，而混凝土裂缝自愈合前后的初始加载刚度和卸载刚度变化较大，表
10、明混凝土裂缝自愈合对试件刚度恢复具有一定积极作用，但是其恢复值和初始刚度相比较小。3结束语总之，对混凝土劈拉开裂和裂缝自愈合机理研究，有利于促进对混凝土劈拉应力下的开裂变化及其裂缝形成进行准确掌握，同时促进对混凝土裂缝自愈合作用机理的理解，为混凝土结构设计及裂缝控制提供参考。参考文献：1刘素瑞，杨久俊，王战忠，等.混凝土自愈合能力环境影响因素研究进展J.硅酸盐学报，2015，34（10）：2851-2856.2陈歆，韩依璇，张国荣，等.巴氏生孢八叠球菌用作混凝土裂缝愈合剂的活性研究J.建筑材料学报，2018，21（3）：484-489.3邱钟宏，黎萍.微生物矿化作用在混凝土裂缝自修复中的应用J.华南农业大学学报，2018，154. -全文完-
