一种水泥基材料裂缝自修复的愈合效果的评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种评价方法，尤其是涉及一种水泥基材料裂缝自修复的愈合效果的 评价方法。
【背景技术】
[0002] 对于混凝土材料，无论是钢筋混凝土结构还是很大厚度的混凝土构件，由于收缩 和外部荷载等作用引起的裂缝是不可避免的。裂缝的存在和继续扩展是混凝土结构强度降 低的原因。有些微裂缝虽然对强度影响不大，但会大幅度增加结构的传输性能，可致有害物 质加重对结构的破坏，如氯离子和二氧化碳引起的钢筋锈蚀等。水泥基材料自修复系统为 混凝土基体微裂缝的修复和有效延缓潜在的危害提供了一种新的方法，一个自修复系统将 免去有效的监测和外部修复所需的高额费用，且大大提高其安全性和耐久性。
[0003] 为了评估水泥基材料裂缝愈合能力的改善，需要去比较自修复作用前后水泥基材 料的性能。目前用于表征水泥基材料自修复的方法有很多，而这些方法主要都是基于水泥 基材料力学性能和渗透性能的恢复。对于力学性能恢复，主要使用的测试方法是强度回复 率，强度回复率指的是预制裂缝后的试样，经一段时间养护后，当再次进行力学试验时，所 得荷载与放置在相同环境、相同龄期的未开裂试样的荷载之比，强度回复率可以在一定程 度上定量反应开裂水泥基材料愈合的效果，强度回复率越大，自修复的效果越好，说明裂缝 被具有较大强度的物质填充;对于渗透性能的恢复，这是提高水泥基材料耐久性的重要指 标，其主要评价的方法是渗透系数，渗透系数指的是水通过开裂试样的速率，渗透系数越 小，裂缝愈合的越好，说明裂缝被物质填充的效果越好;对于无损评价开裂水泥基材料性能 的恢复，主要采用的方法是超声波，其主要机理是超声波在硬化混凝土中（4000-5000m/s) 比在水（1480m/s)或空气中（350m/s)更容易传播，因此，当超声波在裂缝附近传播时，会导 致其传播时间增大，而当裂缝被填充后，超声波可以通过填充材料传播，使得传播时间降 低，故超声波传播的时间越短，说明愈合效果越好。但上述这些自修复方法都存在如下缺点 和不足。
[0004] (1)强度回复率。强度回复率虽然可以定量评价开裂试样力学性能的恢复，但是主 要缺点是离散性较大，测试准确度较低，不能反映出开裂材料加载过程中不同受力阶段性 能的恢复情况。
[0005] (2)渗透系数。渗透系数可以作为评价开裂水泥基材料耐久性恢复的主要手段，但 是仍存在一些缺点。比如不同裂缝宽度对渗透系数的影响无法剔除，渗透系数只能评价传 输性能的恢复而无法评价力学性能的恢复，此外，当做渗透系数实验时，水会流过开裂试样 表面，而水中携带的二氧化碳会与钙离子反应生成碳酸钙，进而影响实验的准确性。
[0006] (3)超声波。超声波测试的最大优点是可以快速评价开裂试样的愈合效果，但缺点 是不能定量确定开裂试样愈合的程度，同时测试的准确性一般。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水泥基材料裂 缝自修复的愈合效果的评价方法。
[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009] -种水泥基材料裂缝自修复的愈合效果的评价方法，包括以下步骤：
[0010] (1)测点布置:选取多个不同配方的经开裂养护后的预加载损伤水泥基材料试样 组，分别在各预加载损伤水泥基材料试样组上布置测点，并在测点处粘贴声发射传感器；
[0011] (2)参数设置和声发射仪器校准:设置声发射仪器的板卡参数、通道参数和视图参 数，然后再对声发射仪器进行校准；
[0012] (3)加载与信号采集:对各预加载损伤水泥基材料试样组进行加载，并同步运行声 发射仪器，采集所反馈的声发射信号；
[0013] (4)参数处理:将声发射信号转换为声发射参数，然后对声发射参数作图处理；
[0014] (5)结果分析:对比分析各预加载损伤水泥基材料试样组的作图处理结果，即得到 自修复愈合效果最优的预加载损伤水泥基材料试样组。
[0015] 步骤（1)中测点的布置满足当对预加载损伤水泥基材料试样组进行加载而发生断 裂过程时，声发射仪器能完全采集断裂过程的声发射信号，并使加载过程中加载仪器与声 发射传感器无接触。
[0016] 步骤（1)中声发射传感器粘贴前，先用砂纸对预加载损伤水泥基材料试样组的测 点处打磨光滑，并涂上耦合剂，再粘贴声发射传感器，保证声发射传感器与预加载损伤水泥 基材料试样组表面垂直并接触紧密。
[0017] 步骤(2)中声发射仪器的校准为通过断铅试验验证声发射传感器接触是否紧密， 当验证传感器接触紧密时，方可进行下一步试验。
[0018] 所述的加载为三点弯曲加载，加载所使用的仪器为三点弯曲试验机。
[0019] 步骤(3)中预加载损伤水泥基材料试样组在加载过程中，三点弯曲试验机的运行 模式为位移控制，加载速率为〇. 〇5mm/s，加载过程中，若有突变的声发射信号时，进行标记。
[0020] 步骤(4)中对声发射参数作图处理时，标记的突变声发射信号点着重分析，这样有 利于得出材料自愈合分析结果。
[0021] 所述的声发射参数包括定性参数和定量参数，其中，定性参数为振幅、能量或撞击 数，定量参数为脉冲时间。
[0022] 步骤(5)中，振幅作图处理后评价自修复愈合效果的标准为:对于一次加载后的预 加载损伤水泥基材料试样组，若再次加载时，载荷达到一次加载最大载荷之前，超过45分贝 的声发射信号的振幅数占总量的10%以上，即判定预加载损伤水泥基材料试样组发生了自 修复；
[0023] 能量作图处理后评价自修复愈合效果的标准为:一次加载后的预损伤水泥基材料 试样组开裂养护后，再次加载断裂时，若载荷达到预加载最大载荷之前，有相比于一次加载 断裂时50%以上的能量释放，则判定预加载损伤水泥基材料试样组发生了自修复；
[0024] 撞击数作图处理后评价自修复愈合效果的标准为:一次加载后的预损伤水泥基材 料试样组开裂养护后，再次加载断裂时，若撞击数峰的数量或位置相比一次加载断裂时发 生变化，则说明预损伤水泥基材料试样组开裂养护后发生了自修复；
[0025] 脉冲时间作图处理后评价自修复愈合效果的标准为:脉冲时间越小，自修复愈合 效果越好。
[0026] 定性分析中，主要的分析机理为Kaiser(凯撒)效应，即试样的重复载荷到达原先 所加最大载荷以前不发生明显声发射，对于预加载损伤的水泥基材料，若再次加载时，载荷 到达原先所加最大载荷以前发生了明显声发射活动，则可说明预损伤的水泥基材料发生了 自修复，是否发生了明显声发射活动，可以从声发射信号的振幅数、撞击数和能量等参数方 面加以判定。
[0027] 对于水泥基材料，当其开裂养护一段时间后，若体系没有发生自修复或者修复程 度很小时，那么力学性能恢复较小;而相反，当体系发生自修复，即有愈合产物填充裂缝时， 那么力学性能恢复较好。而力学性能恢复的好坏，直接影响水泥基材料加载时的断裂过程， 进而使用声发射仪器捕捉不同愈合程度的水泥基材料断裂的过程，通过对捕捉到参数(振 幅、能量、撞击数和脉冲时间)进行处理，即可比较水泥基材料是否发生自修复，并能判定自 修复的愈合程度，从而评价各预加载损伤水泥基材料试样组的自修复的愈合效果的好坏， 进而便于采用自修复愈合效果较优的预加载损伤水泥基材料试样组的配方。
[0028] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0029] (1)方法准确性高:本发明评价水泥基材料裂缝自修复效果的方法为声发射法，声 发射是指由应变材料中的位移、微裂缝和其他不可逆转的变化所产生的微震(弹性)波，因 此当水泥基材料裂缝中有物质填充时，无论填充物质力学性能强弱，均可以在加载过程中 被声发射仪器捕捉到。
[0030] (2)声发射法可以同时定性、定量评价水泥基材料裂缝的愈合效果:通过参数振 幅、能量或撞击数分析，可以定性判断水泥基材料的裂缝是否发生愈合及愈合的程度，通过 参数脉冲时间分析，可以具体确定水泥基材料裂缝愈合的程度。
[0031] (3)通过声发射参数作图处理，并对比分析，便于准确比较得到各预加载损伤水泥 基材料试样组的自修复的愈合效果的优劣，特别适合于评价带自修复功能的水泥基材料的 配方组的愈合效果，从而很方便的筛选得到较优的自修复配方。
[0032] (4)应用前景广泛:本发明的使用的声发射法评价水泥基材料裂缝的自修复的愈 合效果可以广泛应用于水工、海工混凝土结构、地下混凝土结构中，使用声发射法评价水泥 基材料裂缝的愈合效果具有其他方法无法比拟的优点，准确性高，效果显著，具有很好的应 用前景。
【附图说明】
[0033]图1为本发明的测试方法流程图；
[0034]图2为基准组水泥基材料预损伤后经过标准养护28天再次加载时振幅随时间的变 化图像；
[0035]图3为基准组水泥基材料预损伤后经过水养护28天再次加载时振幅随时间的变化 图像；
[0036]图4为掺加修复材料组水泥基材料预损伤后经过标准养护28天再次加载时振幅随 时间的变化图像；
[0037]图5为掺加修复材料组水泥基材料预损伤后经过水养护28天再次加载时振幅随时 间的变化图像；
[0038]图6为本发明实施例2中相对脉冲时间与微胶囊掺量的关系图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0040] 实施例1
[0041 ]按表1中列出的组分制备I组水泥混合物和Π 组水泥混合物，其中，I组水泥混合物 为基准组水泥基材料所采用的水泥混合物，Π 组水泥混合物为掺加修复材料组水泥基材料 所采用的水泥混合物，再将质量占水泥组合物的38%的水和质量占水泥组合物的200%的 天然砂分别加入上述的I组水泥混合物和Π 组水泥混合物中搅拌，在40mm X 40mm X 160mm的 模具中成型，24小时后脱模，然