自愈混凝土是谁发明的——自愈混凝土的工作原理
1.概念
自修复混凝土是模仿动物的骨组织结构受创伤后的再生，恢复机理，采用修复胶粘剂和混凝土材料相复合的方法，对材料损伤破坏具有自修复和再生的功能，恢复甚至提高材料性能的一种新型复合材料。
2．背景
混凝土是一种典型的脆性材料，在使用过程中会在外力或其他因素作用下，产生微开裂或局部损伤，造成力学性能和耐久性能降低，甚至还可能引发宏观裂缝并出现脆性断裂，产生灾难性事故，给社会造成难以挽回的损失。而目前无论是在道路桥梁还是房屋土建工程，混凝土的运用都非常广泛，混凝土在工程中应用越来越普遍，越来越重要，因此混凝土裂缝修复成为了学术界和工程界的研究热点。裂缝的修复方式大致可分为两种:一种是传统的事后修复方式或定时修复，这种修复大多针对肉眼能看到的裂缝，修复部位一般为混凝土易损伤处，且受修复材料限制，容易产生二次开裂，随着技术的发展，混凝土越来越多地被应用到地下建筑物、核电站及储存剧毒物质装置等特殊环境，这种停留在被动和训一划模式下的修复方式已不能适应当前对混凝土材料的要求;另一种为自愈合自修复，能够使混凝土裂缝在早期得到控制和修复，避免宏观裂缝的产生及因渗透而带来的危害，确保了建筑物的安全和耐久性，从而解决了传统方法难以解决和无法解决的问题。混凝土按其自愈合和自修复作用方式的不同可以分为:自然自愈合、工程自愈合、被动修复和主动修复等[1]。
3．研究进展
自从1925年Abram的一个偶然发现，拉开了自修复混凝土发展的序幕。他将进行过混凝土抗弯拉试验并已经产生裂缝了的混凝土试件随意扔在户外长达8年之久，偶然的一天他发现此混凝土试件的裂缝居然已经愈合了。带着惊喜和困惑他再次将此开裂后自动愈合的混凝土试件进行抗弯拉试验，此时他发现这些混凝土试件的强度竟然达到了以前强度值的三倍。这个发现让人们对自修复混凝土的研究燃起了希望。
后来有个挪威学者Stefan Jacobsen进行这方面的研究也发现，将混凝土进行冻融循环损伤以后，再将这个混凝土试件放在水中保持2-3个月的时间，重新再做混凝土的抗压强度试验时发现试件的强度有了4%-5%的恢复。
东京理工大学的Nobuaki Otsuki教授和美国加州大学伯克利分校的日本学者J. S. Ryu用电化学技术研究了钢筋混凝土裂缝的愈合，取得了可观的成果。首先，他们在100 X 100 X 200mm混凝土试件上预制表面裂纹或者穿透裂纹，然后将这开裂的试件浸泡在0. lmol/L Mg 说明了细菌混凝土中方解石沉淀的可能性。下图展示了裂缝中沉淀的方解石。
研究发现:混凝土基体中的抗碱性内生抱子细菌可以活跃地沉淀碳酸矿物，用于激活内生抱子的水可以通过裂缝进入混凝土结构。此外，细菌需要有机碳
进行矿物沉淀，并使其转化为无机碳，随后与游离钙沉淀形成碳酸钙。游离钙离子通常存在于混凝土基体中，但有机碳没有。而理想情况是有机碳也是混凝土基体的一部分，在这种情况下，只需要外部的水来激活混凝土中的细菌，就可以把混凝土基体中的有机碳转化成碳酸钙，从而实现裂缝的愈合。
基于此，研究人员设计了一个新的方法，即使用一种由细菌和底物混合组成的两组分生物愈合剂。将细菌和底物都储存在多孔膨胀粘土颗粒中，在混凝土的生产和硬化过程中保护了细菌，使其存活更长的时间直到需要自愈合。
试验制备了只添加底物和添加了底物及细菌的混凝土试样。养护56天后进行拉伸破坏试验使其部分开裂，然后放入一个渗透试验装置中，该试验装置24h提供侧向水压力。愈合后的裂缝在显微镜下的观测结果如图所示，同时检测了试样愈合后的渗透性。试验结果表明:细菌混凝土的裂缝愈合比具有相同成分但没有添加细菌的混凝土更有效。
透过裂缝渗入的CO2与混凝土基体的氢氧化钙反应产生碳酸钙，反应方程式为:CO2+Ca纤维增强水泥基复合材料进行了相关研究。超细纤维采用长度为2 mm和平均直径8μm的钢棉或岩棉纤维。这些超细纤维有助于分散水泥基中的裂缝，从而减小裂缝，提高自愈合效果。
针对自愈合只能在有水存在的条件下发生，己有两种方法使自愈合在干燥环境下也能发生。中空植物纤维可以存储大量液体，因此可被用于新的混凝土自愈合体系。将植物纤维作为储存愈合剂的储存器，一旦产生裂缝，纤维破裂后愈合剂就会向裂缝扩散并最终愈合裂缝。研究表明:使用填充了愈合剂的涂层木纤维。本着及时传播的目的，本公众号会对部分精彩文章进行转载。转载文章版权属于原作者，部分文章推送时未能与原作者取得联系，或无法联系到原作者，敬请谅解，同时请原作者在文章推送两周内与本公众号取得联系，本公众号按相关规定支付稿酬。