Page 24 - 水利学报2021年第52卷第6期

Qureshi 等 ［65-66］ 研究了膨胀矿物（氧化镁、膨润土和生石灰）对硅酸盐水泥基（PC）材料早期自愈合能力
的影响。结果表明，膨胀矿物的水化产物有效促进了愈合产物（CaCO 等）的形成，在 28 d 内修复了宽
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度为 180 μm 范围内的裂缝，降低了混凝土的渗透性。Chindasiriphan 等 ［67］ 研究表明，裂缝宽度随粉煤
灰替代率的增加而减小，裂缝中水分传输速度随高吸水性聚合物（SAP）含量的增大而降低，粉煤灰和
SAP 的耦合作用在 28 d 内实现了 100%的裂缝自愈合。
多个研究团队的试验结果表明 ［68-69］ ，在一定矿渣含量和碱性环境条件中，存在一个可完全愈合
的最大裂缝宽度，裂缝宽度超过最大值后只能部分愈合或不愈合，部分试验结果如图 2 所示。

Qiu 等 ［68］ 部分/愈合区
完全愈合最大裂缝宽度值/μm 完全愈合包络线
Qian 等
［69］

完全愈合区

炉渣替代率/%

图 2 含矿渣 ECC 能实现自愈合的裂缝宽度与炉渣取代率之间的关系
表 2 矿物质改善混凝土自愈合效果

文献来源 矿物质 矿物质掺量 裂缝宽度自愈合效果
化学膨胀剂、二氧化硅、膨润土、
Jiang 等 [54] 单掺 8%，多掺 14% 14d 内愈合 220μm
结晶添加剂
粉煤灰：30%、50%；
Van Tittelboom 等 [63] 石灰石粉、高炉矿渣、粉煤灰 矿渣：50%、75%、 42d 内愈合 200μm
85%
42d 内 200～250μm 愈合率
Van Tittelboom 等 [71] 高炉矿渣、粉煤灰 21％～35％和 66％~80％
约 67%
硫铝酸钙、硬石膏、石灰石粉、
[72]
Ahn 和 Kishi 最高 10% 33d 内愈合 160～220μm
蒙脱石矿物
硫铝酸钙、结晶添加剂、硬石膏、
Sisomphon 等 [73] 4.44%和 15.24% 56d 内愈合 100～400μm
石灰石粉、蒙脱石矿物
Huang 等 [74] 高炉矿渣 66% 4d 内愈合 6μm
w<0.1mm、0.1～0.2mm 分
[75]
Lee 和 Ryou 硫铝酸钙 10%
别在 11d 和 14d 完全愈合
Qureshi 和 Al-Tabbaa [76] 氧化镁膨胀剂 4％～12% w<0.5mm 在 28d 完全愈合
表 2 总结了关于添加的矿物质种类、掺量对改善混凝土自愈合的效果。从表 2 可以看出，裂缝自
愈合的效果与添加的矿物类型密切相关，不同研究人员采用的常见矿物主要包括硫铝酸钙、石灰石
粉、膨润土、粉煤灰（FA）、硅灰（SF）和高炉矿渣（BFS）等。

4 开裂混凝土水分传输数值模拟

由于不同裂缝形态参数之间存在内在关系，试验研究往往很难针对单一因素讨论其对水分传输
的影响。随着有限元技术的发展，以及 COMSOL、ABAQUS 等商业软件的应用，国内外学者在试验研
究的基础上建立了开裂混凝土水分传输过程分析的数值模拟方法，目前主要采用的数值模型包括 3D

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