一种实现混凝土微结构适时保养的材料结构设计方法与流程

1.本发明属于混凝土保养技术领域，具体涉及一种实现混凝土微结构适时保养的材料结构设计方法。


背景技术：

2.为满足我国社会和经济的快速发展，未来我国将继续建设大型桥梁、深长隧道、高等级公路、机场跑道、高速和重载铁路与防护工程和能源结构等重大基础设施。重大基础设施的结构形式、荷载类型和服役环境特点等因素对混凝土材料服役期间的性能演化提出了更高要求。混凝土服役期间性能劣化特征的高质量改善，对延长重大工程服役寿命具有重要意义。
3.混凝土材料在服役过程中，受到荷载和环境因素作用，其内部微结构改变，导致宏观性能发生演化。微结构中的离子环境、酸碱度、水饱和度等对其劣化特征具有重要影响，对微结构环境进行调节，可有效改善混凝土服役期间的性能劣化特征。使混凝土在服役期间具有微结构保养功能，需要研发具有保养结构的材料设计方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决目前的混凝土微结构不具备保养功能的问题，提供一种实现混凝土微结构适时保养的材料结构设计方法。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
6.一种实现混凝土微结构适时保养的材料结构设计方法，所述方法步骤如下：
7.步骤一：将几何图形相对均匀排布，构建保养结构在混凝土表面的整体布局；
8.步骤二：根据保养结构在混凝土表面的整体布局，在混凝土内部设计相应的预留保养结构；
9.步骤三：在制成的预留保养结构中负载保养物质预备体，在预备体上负载保养物质结合体，形成保养结构。
10.进一步地，还包括步骤四：对保养结构进行适时维护，通过调节保养结构微环境特征，保障其高传输性，从而使其保持高水平持久保养功能。
11.混凝土服役过程中，通过摄入不同保养物质结合体，使保养结构发挥对混凝土材料的微结构修复、离子环境调节、碱环境调节等，实现混凝土在服役期间的微结构保养。
12.进一步地，所述几何图形为圆形，直径不大于1.05cm。直径太大会影响强度，数值根据经验确定。混凝土表面为其承受主要荷载的相对两面。
13.进一步地，步骤一中，所述几何图形相对均匀排布时，几何图形之间不能相交，但是这些图形在混凝土表面需要通过通道相连，形成连通结构，如图1～3所示。
14.进一步地，步骤二中，在混凝土内部制成相应的预留保养结构，这些结构从混凝土两个表面开始往混凝土内部垂直延伸，末端之间最短距离大于0，小于等于两个表面距离的1/11，任意两个末端的连线不能与混凝土表面平行，如图4所示。在混凝土内部制成相应的
预留保养结构，由于是垂直延伸，这些结构在混凝土内部的排布不会相交。
15.进一步地，步骤三中，预留保养结构中负载的保养物质预备体具有多种选择。
16.进一步地，步骤三中，保养物质预备体(无机多孔材料等)通过引导膜材料负载至预留保养结构中，混凝土浇筑后，在36～102分钟时间范围内取出引导膜材料；如混凝土材料制备过程不适合将引导膜材料取出，则引导膜材料需要具备可溶于混凝土的特征。
17.进一步地，步骤三中，在预留保养结构中负载保养物质预备体，间隔2天
‑
4天再次负载保养物质结合体来形成保养结构。
18.进一步地，步骤四中，根据混凝土材料微结构修复、离子环境调节或碱环境调节不同保养类别的需要，选择合适的保养物质结合体，通过水传导、电传导或离子传导方式注入保养结构中。保养物质结合体可为不同性质的水、离子溶液等，具有实用性强的优点。
19.进一步地，步骤四中，根据保养结构的材料属性，选择不同温度、湿度的气体或液体摄入保养结构中，以1
‑
2天为一个周期，保养结构的一次基本维护需要5
‑
6个周期，并根据维护效果，调整维护时间。
20.本发明相对于现有技术的有益效果为：
21.(1)本发明在已有混凝土材料设计方法的基础上，考虑混凝土服役过程中对微结构环境的调节，使混凝土具有保养结构，为缓解混凝土服役期间劣化程度，改善劣化特征，提升服役性能，提供了一种新的有效方法。
22.(2)在混凝土中设计的保养结构，对其强度不产生负面影响。
23.(3)本发明同时包含对保养结构的维护方法，使保养功能具有高耐久性。
附图说明
24.图1为混凝土表面保养结构为圆形时的示意图；
25.图2为混凝土表面保养结构为方形时的示意图；
26.图3为混凝土表面保养结构为三角形时的示意图；
27.图4为混凝土内部预留保养结构剖面示意图；
28.其中，l
‑
两个末端的连线，d
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末端之间最短距离。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
30.本发明中所述材料结构指的是材料的布局，具体地，现有的混凝土更多的是直接研究混凝土的性能或服役期间的性能，而本技术通过在混凝土内部设置保养结构，可以实现混凝土服役和养护同时进行，进而延长混凝土的使用寿命。
31.实施例1：
32.一种实现混凝土微结构适时保养的材料结构设计方法，所述方法步骤如下：
33.步骤一：将直径为1cm的圆形在混凝土表面相对均匀排布，如图1所示，构建保养结构在混凝土承受主要荷载的相对两面的整体布局；
34.步骤二：根据保养结构在混凝土表面的整体布局，在混凝土内部设计相应的预留
保养结构；预留保养结构从混凝土两个表面开始往混凝土内部垂直延伸，末端之间最短距离大于0，小于等于两个表面距离的1/11，任意两个末端的连线不能与混凝土表面平行，如图4所示。
35.步骤三：在制成的预留保养结构中负载保养物质预备体，间隔2天
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4天在预备体上负载保养物质结合体，形成保养结构；保养物质预备体(无机多孔材料)通过引导膜材料负载至预留保养结构中，混凝土浇筑后，在36～102分钟时间范围内取出引导膜材料；
36.步骤四：对保养结构进行适时维护，通过调节保养结构微环境特征，保障其高传输性，从而使其保持高水平持久保养功能。具体地，根据混凝土材料微结构修复、离子环境调节或碱环境调节不同保养类别的需要，选择合适的保养物质结合体，通过水传导、电传导或离子传导方式注入保养结构中。本发明步骤一首先通过设计混凝土布局，用来指导后续步骤二到三的具体施工，步骤四可以对保养结构的适时维护。
37.混凝土服役过程中，通过摄入不同保养物质结合体，使保养结构发挥对混凝土材料的微结构修复、离子环境调节、碱环境调节等，实现混凝土在服役期间的微结构保养。
38.实施例2：
39.本实施例与实施例1不同的是，步骤四中，根据保养结构的材料属性，选择不同温度、湿度的气体或液体摄入保养结构中，以1
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2天为一个周期，保养结构的一次基本维护需要5
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6个周期，并根据维护效果，调整维护时间。
40.实施例3：
41.本实施例与实施例1不同的是，步骤一中的几何图形为方形，如图2所示。