一种自感知自愈合混凝土构件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种自感知自愈合混凝土构件，在混凝土搅拌的过程中，放入钢制胶囊，待搅拌均匀后浇入事先安装就位的钢筋笼；钢制胶囊在混凝土中的位置分布均匀，钢制胶囊的取向随机。本发明不仅能改善混凝的抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能，而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗冲击性能；由于钢制胶囊壁的中部使用陶瓷材料，并且厚度较薄，可以保证混凝土开裂后，该处的钢制胶囊可以及时破裂，内部的结构胶流出并渗入裂缝中凝结，从而实现混凝土裂缝的自愈合；由于混凝土中钢制胶囊的位置和取向随机分布，则各个方向的裂缝都有钢制胶囊破裂对其进行修复愈合；由于构件中的混凝土采用自密实混凝土，可以避免混凝土中的钢制胶囊在振捣过程中破裂。
【专利说明】
一种自感知自愈合混凝土构件
技术领域
[0001 ]本发明属于混凝土裂缝修复技术领域，具体涉及一种自感知自愈合混凝土构件。
【背景技术】
[0002] 混凝土是脆性材料，在使用过程中可能会产生微裂缝，造成混凝土的力学性能降 低，甚至还可能引发宏观裂缝，进而引起混凝土结构失效，所以及时对扩展裂缝进行修复就 可以很好地减缓失效。
[0003] 目前，主要采用的修复方法是传统的事后修复或定时修复方式，修复部位一般为 混凝土容易出现损伤的位置。由于受修复材料性能的限制，容易产生二次开裂。当该建筑物 为地下建筑时，此种修复方法已经不适用。
[0004] 另一种方法为采用自愈合和自修复混凝土，使混凝土裂缝在早期得到控制和修 复。该方法主要采用纤维增强水泥基复合材料，它虽然比普通混凝土具有较高的自愈合性 能，但仍旧受到龄期、温湿度和外加剂等的影响，所用时间长，效果不明显，并且智能性较 差，无法及时跟踪裂缝的开展并进行及时的修复。
[0005] 还有一种方法为，在混凝土中掺入玻璃管，玻璃管内装有修复胶黏剂，来实现自愈 合功能。但是在玻璃管破裂后，玻璃作为一种杂质存在于混凝土中，类似于混凝土中的微裂 纹，会降低混凝土的强度和韧性，所以效果并不理想。
【发明内容】
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种自感知自愈合混凝土构件。
[0007] 本发明所采用的技术方案是:一种自感知自愈合混凝土构件，其特征在于:在混凝 土搅拌的过程中，放入钢制胶囊，待搅拌均匀后浇入事先安装就位的钢筋笼;所述钢制胶囊 在混凝土中的位置分布均匀，钢制胶囊的取向随机。
[0008] 作为优选，所述钢制胶囊由钢制胶囊壁、结构胶、环状陶瓷组成;所述钢制胶囊壁 内部充填有结构胶，所述环状陶瓷设置在所述钢制胶囊的中部。
[0009] 作为优选，所述钢制胶囊壁由低温高韧性高强度钢材制作而成，厚度为1~2mm;所 述环状陶瓷的壁厚为0.2~0.3mm，高度为2~2.5mm，内径与钢制胶囊壁的内径大小一样，设 置在所述钢制胶囊壁中部凹槽内。
[0010] 作为优选，所述钢制胶囊壁表面设置有凹凸立体花纹。
[0011] 作为优选，所述钢制胶囊的长度为18~2 3 m m，直径为5~8 m m，体积掺量为10~ 15%〇
[0012] 作为优选，所述混凝土采用自密实混凝土，能避免振捣过程中钢制胶囊（1)的破 裂。
[0013] 作为优选，所述钢制胶囊的体积掺量Pf的计算公式为：
[0015] 式中，fft为钢制胶囊混凝土的配制抗拉强度;ft为基体混凝土抗拉强度、lf/df为钢 制胶囊的长径比;at为经验系数。
[0016] 本发明的优点是：
[0017] 1、由于钢制胶囊壁的材料为钢材，并且表面设置有凹凸立体花纹，掺入混凝土后 不仅能改善其抗拉、抗剪、抗弯、抗磨和抗裂性能，而且能大大增强混凝土的断裂韧性和抗 冲击性能。
[0018] 2、由于钢制胶囊壁的中部使用陶瓷材料，并且厚度较薄，可以保证混凝土开裂后， 该处的钢制胶囊可以及时破裂，内部的结构胶流出并渗入裂缝中凝结，从而实现混凝土裂 缝的自愈合。
[0019] 3、由于混凝土中钢制胶囊的位置和取向随机分布，则各个方向的裂缝都有钢制胶 囊破裂对其进行修复愈合。由于构件中的混凝土采用自密实混凝土，可以避免混凝土中的 钢制胶囊在振捣过程中破裂。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明实施例的钢制胶囊的分布图；
[0021 ]图2为本发明实施例的钢制胶囊结构图；
[0022] 图3为本发明实施例的钢制胶囊壁沿a-a的横剖面；
[0023] 图4为本发明实施例的环状陶瓷与钢制胶囊壁的相对位置图。
【具体实施方式】
[0024] 为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发 明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0025]请见图1-图4,本发明提供的一种自感知自愈合混凝土构件，在混凝土 2搅拌的过 程中，放入钢制胶囊1，待搅拌均匀后浇入事先安装就位的钢筋笼3;钢制胶囊1在混凝土 2中 的位置分布均匀，钢制胶囊1的取向随机。
[0026] 本实施例的钢制胶囊1由钢制胶囊壁4、结构胶5、环状陶瓷6组成;钢制胶囊壁4内 部充填有结构胶5,环状陶瓷6设置在钢制胶囊1的中部。为了保证在混凝土 2中掺入钢制胶 囊1后，混凝土 2的强度和韧性有一定的提高，并且不影响钢制胶囊1在混凝土中产生裂缝后 的及时破裂，钢制胶囊壁4的厚度取为1~2_，环状陶瓷6的壁厚为0.2~0.3mm，高度为2~ 2.5mm，内径与钢制胶囊壁4的内径大小一样，设置在所述钢制胶囊壁4中部凹槽内。为了改 善钢制胶囊1与混凝土 2的粘结性能，在其表面设置有凹凸立体花纹7。为了保证愈合后的混 凝土裂缝不再开裂，钢制胶囊内部的修复胶黏剂必须具有较高的粘结强度，且胶粘剂固化 后本身强度好，故修复胶黏剂采用结构胶5。
[0027] 本实施例的钢制胶囊1的长度（lf)和直径(df)不能太小，否则其内部的体积过小， 将影响其愈合性能;但也不能太大，因为钢制胶囊1太长不仅难以在混凝土中分散均匀，而 且会在搅拌过程中容易破裂，影响钢制胶囊1作用的发挥。本实施例的钢制胶囊1长度取为 18~23mm，直径为5~8mm，体积惨量为10~15%。
[0028]本实施例的混凝土2采用自密实混凝土，可以避免振捣过程中钢制胶囊1的破裂。 由于水灰比和水泥强度等级对混凝土2的抗压强度影响较大；钢制胶囊1的体积率和长径 比、水泥强度等级对混凝土2的抗拉强度影响较大；砂率和用水量对混凝土2的和易性影响 较大。所以，以抗压强度与水灰比、水泥强度的关系确定水灰比；以抗拉强度与水灰比、钢制 胶囊体积率的关系确定钢制胶囊体积率;然后根据和易性的要求确定砂率和用水量，得到 计算配合比，最后根据施工条件进行调整，得到施工配合比。
[0029]本实施例的自密实混凝土配合比的设计过程如下：
[0030] (1)首先按结构强度要求选择水泥，按水泥实际强度和统计标准差确定配制强 度ff?。然后根据配制强度￡^与水灰比W/C、水泥实际强度的关系确定水灰比。由于它们 之间的关系已有经验公式为dfc^cufUC/W-fo)，则水灰比的计算公式如下：
[0032] 式中，(^和仇为经验系数，a1 = 0.46，fo = 0.07。
[0033] (2)利用钢制胶囊混凝土的配制抗拉强度fft与基体混凝土抗拉强度ft、钢制胶囊 的体积率pf、长径比lf/df的关系确定钢制胶囊的体积掺量。由于配制抗拉强度f ft随着基体 混凝土抗拉强度ft、钢制胶囊的体积掺量Pf和长径比lf/df的增大而增大，故假定它们的关 系为：
[0034] fft = atftPflf/df [0035]则钢制胶囊的体积掺量为：
[0037] 式中，at为经验系数，at = 0.45。
[0038] (3)在初步确定水灰比和钢制胶囊的体积掺量后，根据和易性的要求确定砂率和 用水量，得到计算配合比。
[0039] (4)在计算配合比的基础上，通过试验并结合施工现场的条件调整计算配合比，得 到最终的施工配合比。
[0040] 尽管本说明书较多地使用了钢制胶囊1、混凝土 2、钢筋笼3、钢制胶囊壁4、结构胶 5、环状陶瓷6和凹凸立体花纹7等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语 仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明 精神相违背的。
[0041] 应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
[0042] 应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本 发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权 利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发 明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种自感知自愈合混凝±构件，其特征在于:在混凝±(2)揽拌的过程中，放入钢制 胶囊（1)，待揽拌均匀后诱入事先安装就位的钢筋笼(3);所述钢制胶囊（1)在混凝±(2)中 的位置分布均匀，钢制胶囊(1)的取向随机。2. 根据权利要求1所述的自感知自愈合混凝±构件，其特征在于:所述钢制胶囊（1)由 钢制胶囊壁(4)、结构胶(5)、环状陶瓷(6)组成;所述钢制胶囊壁(4)内部充填有结构胶巧）， 所述环状陶瓷(6)设置在所述钢制胶囊(1)的中部。3. 根据权利要求1所述的自感知自愈合混凝±构件，其特征在于:所述钢制胶囊壁(4) 由低溫高初性高强度钢材制作而成，厚度为1~2mm;所述环状陶瓷（6)的壁厚为0.2~ 0.3mm，高度为2~2.5mm，内径与钢制胶囊壁(4)的内径大小一样，设置在所述钢制胶囊壁 (4)中部凹槽内。4. 根据权利要求2或3所述的自感知自愈合混凝±构件，其特征在于:所述钢制胶囊壁 (4)表面设置有凹凸立体花纹(7)。5. 根据权利要求1所述的自感知自愈合混凝±构件，其特征在于:所述钢制胶囊（1)的 长度为18~23mm，直径为5~8mm，体积渗量为10~15%。6. 根据权利要求1所述的自感知自愈合混凝±构件，其特征在于:所述混凝±( 2)采用 自密实混凝±，能避免振捣过程中钢制胶囊(1)的破裂。7. 根据权利要求1、2、3、5或6所述的自感知自愈合混凝±构件，其特征在于:所述钢制 胶囊（1)的体积渗量Pf的计算公式为：式中，fft为钢制胶囊混凝±的配制抗拉强度;ft为基体混凝±抗拉强度、lf/df为钢制胶 囊的长径比;at为经验系数。
【文档编号】E04C1/00GK105839832SQ201610167969
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】王若林, 朱道佩, 张慧敏
【申请人】武汉大学