一種自感知自愈合混凝土構(gòu)件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種自感知自愈合混凝土構(gòu)件，在混凝土攪拌的過(guò)程中，放入鋼制膠囊，待攪拌均勻后澆入事先安裝就位的鋼筋籠；鋼制膠囊在混凝土中的位置分布均勻，鋼制膠囊的取向隨機(jī)。本發(fā)明不僅能改善混凝的抗拉、抗剪、抗彎、抗磨和抗裂性能，而且能大大增強(qiáng)混凝土的斷裂韌性和抗沖擊性能；由于鋼制膠囊壁的中部使用陶瓷材料，并且厚度較薄，可以保證混凝土開(kāi)裂后，該處的鋼制膠囊可以及時(shí)破裂，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)膠流出并滲入裂縫中凝結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)混凝土裂縫的自愈合；由于混凝土中鋼制膠囊的位置和取向隨機(jī)分布，則各個(gè)方向的裂縫都有鋼制膠囊破裂對(duì)其進(jìn)行修復(fù)愈合；由于構(gòu)件中的混凝土采用自密實(shí)混凝土，可以避免混凝土中的鋼制膠囊在振搗過(guò)程中破裂。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種自感知自愈合混凝土構(gòu)件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于混凝土裂縫修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自感知自愈合混凝土構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土是脆性材料，在使用過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生微裂縫，造成混凝土的力學(xué)性能降 低，甚至還可能引發(fā)宏觀裂縫，進(jìn)而引起混凝土結(jié)構(gòu)失效，所以及時(shí)對(duì)擴(kuò)展裂縫進(jìn)行修復(fù)就 可以很好地減緩失效。
[0003] 目前，主要采用的修復(fù)方法是傳統(tǒng)的事后修復(fù)或定時(shí)修復(fù)方式，修復(fù)部位一般為 混凝土容易出現(xiàn)損傷的位置。由于受修復(fù)材料性能的限制，容易產(chǎn)生二次開(kāi)裂。當(dāng)該建筑物 為地下建筑時(shí)，此種修復(fù)方法已經(jīng)不適用。
[0004] 另一種方法為采用自愈合和自修復(fù)混凝土，使混凝土裂縫在早期得到控制和修 復(fù)。該方法主要采用纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，它雖然比普通混凝土具有較高的自愈合性 能，但仍舊受到齡期、溫濕度和外加劑等的影響，所用時(shí)間長(zhǎng)，效果不明顯，并且智能性較 差，無(wú)法及時(shí)跟蹤裂縫的開(kāi)展并進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)。
[0005] 還有一種方法為，在混凝土中摻入玻璃管，玻璃管內(nèi)裝有修復(fù)膠黏劑，來(lái)實(shí)現(xiàn)自愈 合功能。但是在玻璃管破裂后，玻璃作為一種雜質(zhì)存在于混凝土中，類(lèi)似于混凝土中的微裂 紋，會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度和韌性，所以效果并不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種自感知自愈合混凝土構(gòu)件。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種自感知自愈合混凝土構(gòu)件，其特征在于:在混凝 土攪拌的過(guò)程中，放入鋼制膠囊，待攪拌均勻后澆入事先安裝就位的鋼筋籠;所述鋼制膠囊 在混凝土中的位置分布均勻，鋼制膠囊的取向隨機(jī)。
[0008] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊由鋼制膠囊壁、結(jié)構(gòu)膠、環(huán)狀陶瓷組成;所述鋼制膠囊壁 內(nèi)部充填有結(jié)構(gòu)膠，所述環(huán)狀陶瓷設(shè)置在所述鋼制膠囊的中部。
[0009] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊壁由低溫高韌性高強(qiáng)度鋼材制作而成，厚度為1~2mm;所 述環(huán)狀陶瓷的壁厚為0.2~0.3mm，高度為2~2.5mm，內(nèi)徑與鋼制膠囊壁的內(nèi)徑大小一樣，設(shè) 置在所述鋼制膠囊壁中部凹槽內(nèi)。
[0010] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊壁表面設(shè)置有凹凸立體花紋。
[0011] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊的長(zhǎng)度為18~2 3 m m，直徑為5~8 m m，體積摻量為10~ 15%〇
[0012] 作為優(yōu)選，所述混凝土采用自密實(shí)混凝土，能避免振搗過(guò)程中鋼制膠囊（1)的破 裂。
[0013] 作為優(yōu)選，所述鋼制膠囊的體積摻量Pf的計(jì)算公式為：
[0015] 式中，fft為鋼制膠囊混凝土的配制抗拉強(qiáng)度;ft為基體混凝土抗拉強(qiáng)度、lf/df為鋼 制膠囊的長(zhǎng)徑比;at為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：
[0017] 1、由于鋼制膠囊壁的材料為鋼材，并且表面設(shè)置有凹凸立體花紋，摻入混凝土后 不僅能改善其抗拉、抗剪、抗彎、抗磨和抗裂性能，而且能大大增強(qiáng)混凝土的斷裂韌性和抗 沖擊性能。
[0018] 2、由于鋼制膠囊壁的中部使用陶瓷材料，并且厚度較薄，可以保證混凝土開(kāi)裂后， 該處的鋼制膠囊可以及時(shí)破裂，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)膠流出并滲入裂縫中凝結(jié)，從而實(shí)現(xiàn)混凝土裂 縫的自愈合。
[0019] 3、由于混凝土中鋼制膠囊的位置和取向隨機(jī)分布，則各個(gè)方向的裂縫都有鋼制膠 囊破裂對(duì)其進(jìn)行修復(fù)愈合。由于構(gòu)件中的混凝土采用自密實(shí)混凝土，可以避免混凝土中的 鋼制膠囊在振搗過(guò)程中破裂。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例的鋼制膠囊的分布圖；
[0021 ]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的鋼制膠囊結(jié)構(gòu)圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的鋼制膠囊壁沿a-a的橫剖面；
[0023] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)狀陶瓷與鋼制膠囊壁的相對(duì)位置圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā) 明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0025]請(qǐng)見(jiàn)圖1-圖4,本發(fā)明提供的一種自感知自愈合混凝土構(gòu)件，在混凝土 2攪拌的過(guò) 程中，放入鋼制膠囊1，待攪拌均勻后澆入事先安裝就位的鋼筋籠3;鋼制膠囊1在混凝土 2中 的位置分布均勻，鋼制膠囊1的取向隨機(jī)。
[0026] 本實(shí)施例的鋼制膠囊1由鋼制膠囊壁4、結(jié)構(gòu)膠5、環(huán)狀陶瓷6組成;鋼制膠囊壁4內(nèi) 部充填有結(jié)構(gòu)膠5,環(huán)狀陶瓷6設(shè)置在鋼制膠囊1的中部。為了保證在混凝土 2中摻入鋼制膠 囊1后，混凝土 2的強(qiáng)度和韌性有一定的提高，并且不影響鋼制膠囊1在混凝土中產(chǎn)生裂縫后 的及時(shí)破裂，鋼制膠囊壁4的厚度取為1~2_，環(huán)狀陶瓷6的壁厚為0.2~0.3mm，高度為2~ 2.5mm，內(nèi)徑與鋼制膠囊壁4的內(nèi)徑大小一樣，設(shè)置在所述鋼制膠囊壁4中部凹槽內(nèi)。為了改 善鋼制膠囊1與混凝土 2的粘結(jié)性能，在其表面設(shè)置有凹凸立體花紋7。為了保證愈合后的混 凝土裂縫不再開(kāi)裂，鋼制膠囊內(nèi)部的修復(fù)膠黏劑必須具有較高的粘結(jié)強(qiáng)度，且膠粘劑固化 后本身強(qiáng)度好，故修復(fù)膠黏劑采用結(jié)構(gòu)膠5。
[0027] 本實(shí)施例的鋼制膠囊1的長(zhǎng)度（lf)和直徑(df)不能太小，否則其內(nèi)部的體積過(guò)小， 將影響其愈合性能;但也不能太大，因?yàn)殇撝颇z囊1太長(zhǎng)不僅難以在混凝土中分散均勻，而 且會(huì)在攪拌過(guò)程中容易破裂，影響鋼制膠囊1作用的發(fā)揮。本實(shí)施例的鋼制膠囊1長(zhǎng)度取為 18~23mm，直徑為5~8mm，體積慘量為10~15%。
[0028]本實(shí)施例的混凝土2采用自密實(shí)混凝土，可以避免振搗過(guò)程中鋼制膠囊1的破裂。 由于水灰比和水泥強(qiáng)度等級(jí)對(duì)混凝土2的抗壓強(qiáng)度影響較大；鋼制膠囊1的體積率和長(zhǎng)徑 比、水泥強(qiáng)度等級(jí)對(duì)混凝土2的抗拉強(qiáng)度影響較大；砂率和用水量對(duì)混凝土2的和易性影響 較大。所以，以抗壓強(qiáng)度與水灰比、水泥強(qiáng)度的關(guān)系確定水灰比；以抗拉強(qiáng)度與水灰比、鋼制 膠囊體積率的關(guān)系確定鋼制膠囊體積率;然后根據(jù)和易性的要求確定砂率和用水量，得到 計(jì)算配合比，最后根據(jù)施工條件進(jìn)行調(diào)整，得到施工配合比。
[0029]本實(shí)施例的自密實(shí)混凝土配合比的設(shè)計(jì)過(guò)程如下：
[0030] (1)首先按結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求選擇水泥，按水泥實(shí)際強(qiáng)度和統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差確定配制強(qiáng) 度f(wàn)f?。然后根據(jù)配制強(qiáng)度￡^與水灰比W/C、水泥實(shí)際強(qiáng)度的關(guān)系確定水灰比。由于它們 之間的關(guān)系已有經(jīng)驗(yàn)公式為dfc^cufUC/W-fo)，則水灰比的計(jì)算公式如下：
[0032] 式中，(^和仇為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，a1 = 0.46，fo = 0.07。
[0033] (2)利用鋼制膠囊混凝土的配制抗拉強(qiáng)度f(wàn)ft與基體混凝土抗拉強(qiáng)度f(wàn)t、鋼制膠囊 的體積率pf、長(zhǎng)徑比lf/df的關(guān)系確定鋼制膠囊的體積摻量。由于配制抗拉強(qiáng)度f(wàn) ft隨著基體 混凝土抗拉強(qiáng)度f(wàn)t、鋼制膠囊的體積摻量Pf和長(zhǎng)徑比lf/df的增大而增大，故假定它們的關(guān) 系為：
[0034] fft = atftPflf/df [0035]則鋼制膠囊的體積摻量為：
[0037] 式中，at為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，at = 0.45。
[0038] (3)在初步確定水灰比和鋼制膠囊的體積摻量后，根據(jù)和易性的要求確定砂率和 用水量，得到計(jì)算配合比。
[0039] (4)在計(jì)算配合比的基礎(chǔ)上，通過(guò)試驗(yàn)并結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的條件調(diào)整計(jì)算配合比，得 到最終的施工配合比。
[0040] 盡管本說(shuō)明書(shū)較多地使用了鋼制膠囊1、混凝土 2、鋼筋籠3、鋼制膠囊壁4、結(jié)構(gòu)膠 5、環(huán)狀陶瓷6和凹凸立體花紋7等術(shù)語(yǔ)，但并不排除使用其他術(shù)語(yǔ)的可能性。使用這些術(shù)語(yǔ) 僅僅是為了更方便的描述本發(fā)明的本質(zhì)，把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明 精神相違背的。
[0041] 應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。
[0042] 應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本 發(fā)明專(zhuān)利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán) 利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā) 明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種自感知自愈合混凝±構(gòu)件，其特征在于:在混凝±(2)攬拌的過(guò)程中，放入鋼制 膠囊（1)，待攬拌均勻后誘入事先安裝就位的鋼筋籠(3);所述鋼制膠囊（1)在混凝±(2)中 的位置分布均勻，鋼制膠囊(1)的取向隨機(jī)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自感知自愈合混凝±構(gòu)件，其特征在于:所述鋼制膠囊（1)由 鋼制膠囊壁(4)、結(jié)構(gòu)膠(5)、環(huán)狀陶瓷(6)組成;所述鋼制膠囊壁(4)內(nèi)部充填有結(jié)構(gòu)膠巧）， 所述環(huán)狀陶瓷(6)設(shè)置在所述鋼制膠囊(1)的中部。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自感知自愈合混凝±構(gòu)件，其特征在于:所述鋼制膠囊壁(4) 由低溫高初性高強(qiáng)度鋼材制作而成，厚度為1~2mm;所述環(huán)狀陶瓷（6)的壁厚為0.2~ 0.3mm，高度為2~2.5mm，內(nèi)徑與鋼制膠囊壁(4)的內(nèi)徑大小一樣，設(shè)置在所述鋼制膠囊壁 (4)中部凹槽內(nèi)。4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的自感知自愈合混凝±構(gòu)件，其特征在于:所述鋼制膠囊壁 (4)表面設(shè)置有凹凸立體花紋(7)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自感知自愈合混凝±構(gòu)件，其特征在于:所述鋼制膠囊（1)的 長(zhǎng)度為18~23mm，直徑為5~8mm，體積滲量為10~15%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自感知自愈合混凝±構(gòu)件，其特征在于:所述混凝±( 2)采用 自密實(shí)混凝±，能避免振搗過(guò)程中鋼制膠囊(1)的破裂。7. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、5或6所述的自感知自愈合混凝±構(gòu)件，其特征在于:所述鋼制 膠囊（1)的體積滲量Pf的計(jì)算公式為：式中，fft為鋼制膠囊混凝±的配制抗拉強(qiáng)度;ft為基體混凝±抗拉強(qiáng)度、lf/df為鋼制膠 囊的長(zhǎng)徑比;at為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
【文檔編號(hào)】E04C1/00GK105839832SQ201610167969
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月23日
【發(fā)明人】王若林, 朱道佩, 張慧敏
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)