一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法与流程

本发明涉及混凝土测试的，具体涉及一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法。

背景技术：

1、自愈合混凝土（self-healing concrete, shc）是一种融合材料科学与结构工程的创新技术，旨在通过内在或外在的修复机制解决传统混凝土易开裂、耐久性不足的固有缺陷。其核心原理是通过未水化水泥的二次水化反应、矿物填充或生物矿化（如细菌诱导碳酸钙沉淀）等方式，在裂缝形成后自动修复微损伤，从而显著提升结构的耐久性和服役寿命。shc的概念最早可追溯至20世纪末对混凝土自修复现象的观察，但直到近年来，随着纳米材料、微生物技术和智能响应材料的引入，其才从实验室研究逐步走向工程应用。这一技术的重要性在于，它不仅能降低基础设施维护成本（据估算可减少50%以上的修复费用），还能减少资源浪费和碳排放，与全球可持续建筑的发展目标高度契合。目前，shc已在桥梁、隧道等关键基础设施中开展试点，但其大规模推广仍面临裂缝修复效率、适用范围及标准化评估方法等挑战。

2、为验证shc的实际修复效果，需在可控条件下模拟真实裂缝的形成与演化过程，这使得受控开裂技术成为评估其性能的核心工具。传统裂缝诱导方法（如三点弯曲试验或楔形劈裂法）虽能产生宏观裂缝，但存在裂缝宽度不均、重复性差等问题，难以满足微观尺度修复机制研究的精度需求。此外，现有方法多针对单一裂缝类型设计，无法模拟复杂荷载下多尺度裂缝的协同发展，导致shc的修复效率评估存在偏差。近年来，各项研究技术提出了微胶囊破裂法、激光诱导微裂纹等新型技术，虽在可控性上有所突破，但仍受限于设备成本高、操作复杂或仅适用于特定材料体系等缺陷。

3、因此，开发一种简单、可重复且适用于多尺度裂缝评估的受控开裂方法，成为推动shc技术从实验室走向工程实践的关键突破口。这一需求直接催生了本发明对新型开裂技术的探索，旨在为shc的标准化测试和质量控制提供更可靠的解决方案。

技术实现思路

1、针对现有的裂缝诱导方法存在的裂缝宽度不均、重复性差等技术问题，本发明提供一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，以解决上述问题。本发明通过一种可以在标准养护条件下进行精确裂缝诱导的新测试方法，并加以特定的支撑框架和尼龙弦张紧系统来在试件中建立可控的裂缝形成环境，旨在在不同宽度的预设裂缝条件下，同时避免模具粘连和张力损失带来的影响进行自愈效果评估。与大多数直接加载破坏混凝土试件的试验特点相反，本发明需要采用精确控制的尼龙弦张力和标准化的模具支撑系统，并且裂缝诱导是在一种受控的静态压力作用下进行的，从而实现对自愈混凝土修复过程更精确的评估。

2、本发明技术方案如下：

3、一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，包括如下步骤：

4、（1）将尼龙绳连接到支撑部件上，确保尼龙绳紧密固定并充分拉伸以承受铸造过程；另取正方体模具，将支撑部件置于方体模具上表面，使尼龙绳从模具底部的脱模孔穿出并产生张力，确保模具条保持在原位且不与模具内壁粘连；调整四根尼龙绳均匀分布，以优化裂缝定位；

5、（2）将拌合后的自愈混凝土混合物倒入已安装尼龙绳的模具中，特别注意保持尼龙绳的张力以确保其正确定位；将模具静置固化24小时，具体时间可以根据混凝土混合物的机械性能调整，使混凝土初步硬化；

6、（3）在初始养护阶段结束后脱模，并将尼龙绳在与混凝土条的连接点处切断，保持尼龙绳嵌入混凝土内部，从而启动受控开裂过程；

7、（4）翻转硬化后的混凝土，使尼龙绳由下至上排布，将裂缝诱导部件放置于尼龙绳的上方和下方，逐步对硬化后的混凝土施加压力，以诱导裂缝形成，通过精确控制施压过程操纵裂缝的生成；

8、（5）对试件进行进一步固化和孵育，持续监测裂缝表面的愈合情况随时间的变化，以评估自愈混凝土的长期有效性。

9、进一步的，所述支撑部件包括由木条或塑料条组成的固定框架，用于在模具内均匀支撑尼龙弦，确保其在混凝土浇筑过程中保持预定张力。

10、进一步的，所述步骤（1）中，支撑部件位于试件中间区域，以确保裂缝形成位置适合后续渗透性测试。

11、进一步的，所述步骤（1）中，尼龙绳的直径为0.3~1.0mm，且相邻尼龙绳的间距为20mm。当四根尼龙绳均匀分布相距约20mm时，可获得最佳裂缝控制效果，确保裂缝定位满足渗透性测试需求。

12、进一步的，所述步骤（4）中，裂缝诱导部件为钢棒。

13、进一步的，所述步骤（5）中，裂缝宽度范围从尼龙绳的直径至小于0.1mm，该精确宽度控制对评估自愈剂的功效至关重要，同时需密切监测裂缝表面的愈合情况以评估长期修复效果。

14、进一步的，在诱导裂缝完成后，仔细清洁试件表面以清除碎片，确保裂缝界面清洁，为自愈剂的有效作用提供理想条件。

15、本发明的有益效果在于：

16、（1）本发明提供的自愈合混凝土的受控开裂的试验方法可以在试件中形成从尼龙绳宽度至小于0.1 mm的精确裂缝宽度，满足不同自愈机制的评估需求。

17、（2）在裂缝诱导的过程中，通过垂直于尼龙弦方向的钢棒施加逐渐压力实现，可精确操纵裂缝的形成，与随机开裂相比，该方法能提供更一致且可重复的裂缝模式，有利于标准化测试。

18、（3）本发明使用的实验装置基于gb/t 50081-2019标准制备试样，支撑部件使裂缝位置精准定位于试件中部，便于后续渗透性测试，与复杂加载条件相比，本方法简化了试样制备流程同时确保了裂缝定位的准确性。

19、（4）本发明所有试验均在标准养护条件下进行，通过控制尼龙弦张力和切割方式避免了模具粘连问题，确保了裂缝宽度的一致性和自愈剂作用的有效性，即可以将由裂缝宽度变化产生的影响与自愈剂自身修复能力的影响分离开来分析，为自愈混凝土的修复效率提供更可靠的评估方法。

1.一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，其特征在于，所述支撑部件包括由木条或塑料条组成的固定框架。

3.如权利要求1所述的一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，其特征在于，所述步骤（1）中，支撑部件位于试件中间区域。

4.如权利要求1所述的一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，其特征在于，所述步骤（1）中，尼龙绳的直径为0.3~1.0mm。

5.如权利要求1所述的一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，其特征在于，且相邻尼龙绳的间距为20mm。

6.如权利要求1所述的一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，其特征在于，所述步骤（4）中，裂缝诱导部件为钢棒。

7.如权利要求1所述的一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，其特征在于，所述步骤（5）中，裂缝宽度范围从尼龙绳的直径至小于0.1mm。

8.如权利要求1所述的一种自愈合混凝土的受控开裂的试验方法，其特征在于，在诱导裂缝完成后，清洁试件表面以清除碎片，确保裂缝界面清洁。