Page 23 - 水利学报2021年第52卷第6期

（ASR）影响的混凝土开展了水渗透试验，得出混凝土渗透性随裂缝密度的增大而逐渐增加的结论，
当裂缝密度为 0.43 cm/cm 时，水分渗透系数达到 1.2×10 m/s。
2
-9
Ebigbo 等 ［49］ 研究发现，多条裂缝的存在能够增大混凝土的吸水量。由于裂缝网络的交织，水分
润湿锋可贯穿整个试件，并通过水泥基体较容易地在未连接的裂缝之间建立“桥梁”。另外，Van Bel⁃
leghem 等 ［50］ 对带有单条或多条人工裂缝的砂浆试件开展了吸水试验，并利用 X 射线扫描获得了水分
分布图；研究发现，在初始时刻，水分在单条裂缝中传输直至裂缝被水完全充满，随着时间的推
延，水分侵入前锋逐渐向前延伸，但由于相邻裂缝之间水分渗透区开始重叠，在存在 4 条裂缝时，单
位面积砂浆的总吸水量比在单条裂缝情况下小。
3.5 裂缝自愈合 胶 凝 材 料 的 自 愈 合 ， 是 一 个 复 杂 的 物 理 和 化 学 过 程 。 在 一 定 裂 缝 宽 度 和 理 想
养 护 条 件 下 ， 裂 缝 在 较 长 时 间 内 的 自 愈 合 会 降 低 水 和 侵 蚀 性 离 子 进 入 混 凝 土 内 部 的 速 度 。 据 报
道 ［7 ，51-52］ ，开裂混凝土的内在自愈合包含三个主要机理：物理、化学和力学过程，见图 1。

物理过程 化学过程 力学过程

水泥颗粒 裂 缝 表 面 脱 水 流 动 中 夹
水泥水化物膨胀 碳酸钙沉淀 落 或 骨 料 颗
水化 杂细颗粒
粒

图 1 水泥基材料内部自愈合可能存在的机理 ［7，51，52］

3.5.1 混凝土基体自愈合能力 混凝土基体本身的自愈合取决于开裂混凝土内部修复化合物的含量
和修复能力，例如混凝土基质中的游离钙离子和未水化水泥颗粒。当裂缝出现后，水泥浆体颗粒释
放出来，水泥水化产物通过接触自然环境的水和二氧化碳反应生成碳酸钙、C-S-H 凝胶等填充裂缝。
现有研究表明 ［7，53-55］ ，混凝土的裂缝宽度越小，较高温度和碱性环境能促进裂缝的自愈合。Rein⁃
hardt 等 ［53］ 利用自主研发的装置开展了开裂高性能混凝土在不同温度下的自愈合试验（温度范围为 20 ~
80 °C，裂缝宽度范围为 50～200 μm），发现裂缝宽度越小自愈合速率越快，较高的温度有利于裂缝
的自愈合。例如在温度 T = 20°C 时，25 h 后裂缝宽度 w=50 μm 试件的水流量仅为初始流量的 45%，
而 w=150 μm 试件的水流量为初始流量的 75%。Jiang 等 ［54］ 研究发现，早期出现的裂缝在静水中的愈合
效果优于流动水中，高 pH 和温度 T > 25°C 会加速裂缝的自愈合。Roig-Flores 等 ［55］ 发现，30 °C 水中的
［7］
混凝土比在 15 °C 时具有更好的自愈合能力。王立成等 研究发现海水养护环境中的裂缝自愈合效果
优于淡水养护，主要与离子的种类、数量等有关。
关于能够实现混凝土基体本身自愈合的最大裂缝宽度，由于试验方法的不同，不同学者在试验
［56］ ［57］ ［58］
中观察到的结果存在很大差异，文献中给出的自愈合最大裂缝宽度有 5～10 μm 、100 μm 、200 μm 、
［59］ ［60］ ［61］
205 μm 和 300 μm 。Edvardsen 研究证实 ，处于 100～200 μm 宽度范围内的混凝土裂缝中的水，
在 14 d 后不再流动，而 w=300 μm 时混凝土裂缝中的水流速与初始流速相比减少 80％。另外，Maes
等 ［62］ 的结果发现，在模拟海洋环境中养护的砂浆试件能够依靠自身愈合最大裂缝宽度为 100 μm。
3.5.2 掺入含自修复化合物的混凝土裂缝自愈合 在混凝土中掺入含自修复化合物的胶囊或者矿物
质能够促进裂缝的愈合速度和愈合效果。混凝土开裂时，胶囊破碎，自修复化合物在裂缝位置处释
放，立即有效地对裂缝进行修复。虽然该方法在修复效率上具有明显优势，但随着裂缝的发展和扩
大，所需的自修复胶囊数量也会迅速增加，导致成本增加 ［63］ 。很多学者 ［54，64-72］ 考虑在混凝土中添加矿
物质以提高裂缝自愈合的速率。例如，Suleiman 等 ［64］ 通过定量分析发现，添加石灰石微填料、普通
硅酸盐水泥、膨润土和偏高岭土的混凝土裂缝愈合率分别为 32.26%、27.27%、25.6%和 24.1%。而

— 651 —