CN108344860A - 基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，包括以下步骤：(1)分别采用插片法和切片法对相同的水泥基材料试样预制裂缝，并对预制好裂缝的水泥基材料试样的裂缝处进行标记；(2)将预制裂缝并标记好的水泥基材料试样浸入水中养护；(3)取出养护后的水泥基材料试样，对分别采用插片法和切片法预制裂缝的标记处拍照，提取插片法预制裂缝的水泥基材料试样的表面平均愈合面积、以及切片法预制裂缝的水泥基材料试样的平均愈合深度；(4)由表面平均愈合面积与平均愈合深度之积计算得到表面裂缝愈合体积，并表征评价水泥基材料表面裂缝自愈合效果。与现有技术相比，本发明具有直接性强、高准确性、高先进性的优点。

Description

基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的 方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法。

背景技术

对于混凝土材料，无论是钢筋混凝土结构还是很大厚度的混凝土构件，由于收缩和外部荷载等作用引起的裂缝是不可避免的。裂缝的存在和继续扩展是混凝土结构强度降低的原因。有些微裂缝虽然对强度影响不大，但会大幅度增加结构的传输性能，可致有害物质加重对结构的破坏，如氯离子和二氧化碳引起的钢筋锈蚀等。水泥基材料自修复系统为混凝土基体微裂缝的修复和有效延缓潜在的危害提供了一种新的方法,一个自修复系统将免去有效的监测和外部修复所需的高额费用，且大大提高其安全性和耐久性。

为了评估水泥基材料裂缝愈合能力的改善，需要去比较自修复作用前后水泥基材料的性能。目前用于表征水泥基材料自修复的方法有很多，比如强度恢复率、渗透系数和声发射方法等，然而这些方法都是间接评价水泥基材料裂缝的自愈合能力，具有准确性不足和无法区分表面裂缝和内部裂缝的愈合效果。开裂的水泥基材料愈合效果最有效、最直接的表征方法就是对其表面裂缝宽度进行测量，然而由于表面裂缝较长，若是仅仅测试某些区域的表面裂缝宽度，则不具有代表性；反之若测试整条裂缝全部区域的裂缝宽度，则工作量太大，不切合实际。此外，表面裂缝深度对于愈合稳定性具有重要作用，即表面深度越深，愈合效果越好，稳定性越强。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，包括以下步骤：

(1)分别采用插片法和切片法对相同的水泥基材料试样预制裂缝，并对预制好裂缝的水泥基材料试样的裂缝处进行标记；

(2)将预制裂缝并标记好的水泥基材料试样浸入水中养护；

(3)取出养护后的水泥基材料试样，对分别采用插片法和切片法预制裂缝的标记处拍照，提取插片法预制裂缝的水泥基材料试样的表面平均愈合面积、以及切片法预制裂缝的水泥基材料试样的平均愈合深度，其中，

表面平均愈合面积＝∑S/n，平均愈合深度＝∑D/k，∑S为同一试样n个裂缝标记处的表面愈合面积总和，n为裂缝标记处的总数，∑D为同一试样裂缝处k个测量位置的愈合深度总和，k为愈合深度测量的总数；

(4)由表面平均愈合面积与平均愈合深度之积计算得到表面裂缝愈合体积，并由表面裂缝愈合体积表征评价水泥基材料表面裂缝自愈合效果。

优选的，步骤(1)中采用插片法预制裂缝并标记的具体过程为：

在水泥基材料成型时，在其内部插入垂直且表面光滑的插片，待水泥基材料初凝后且终凝前，用手垂直将插片拔出，使水泥基材料形成裂缝宽度均匀的裂缝，然后，在水泥基材料表面的裂缝开口处垂直于裂缝方向等间距标记。

更优选的，插片法中，标记的间隔为0.5-1.5cm。

更优选的，提取插片法预制裂缝的水泥基材料试样的表面愈合面积的具体过程为：

首先，采用光学显微镜对预制裂缝的标记处拍照，保证每次拍照时裂缝的位置均位于标记线的中间处，且拍照时高度与放大倍数也保持一致；

然后，将拍照所得数码影像中的裂缝开口处位置提取出来并处理成二维影像，采用软件提取所得二维影像中的表面愈合面积。

优选的，步骤(1)中采用切片法预制裂缝并标记的具体过程为：

取水泥基材料试样并待其硬化后，沿与成型面垂直方向切开，然后，沿切开面的顶边垂直向下等间隔做标记线，接着，再将切开后的试样按原来状态固定在一起，即完成。

更优选的，提取切片法预制裂缝的水泥基材料试样的愈合深度的方法为：

将养护后的试样分开，以每条标记线为基准，直接测量每条标记线同一侧的愈合部分的深度，即得到水泥基材料试样的不同标记位置的愈合深度。

更优选的，切片法预制裂缝中，标记线的间隔为0.35-0.45mm。

优选的，步骤(2)中水泥基试样进入水中养护时，保证裂缝所在平面方向与水平面垂直。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(一)、方法直接性强：用于表征水泥基材料裂缝自愈合的方法有很多，比如强度恢复率、渗透系数和声发射方法等，但最直接、最有效的方法当然是对裂缝处的愈合效果的评价。

(二)、方法高准确性：(1)可以定量表征裂缝的愈合效果(2)通过使用表面裂缝愈合产物体积，可以更准确的表征表面裂缝的愈合效果。

(三)、方法高创新性：目前对于表面裂缝的表征，一般都是只测量裂缝宽度的变化，这种测量方法随机性强，本方法将裂缝愈合宽度变化转换为愈合面积，同时结合表面裂缝愈合深度这一指标，具有较高的创新性。

(四)、本发明所述的一种基于愈合产物体积法表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法可以广泛应用于水工、海工混凝土结构、地下混凝土结构中，其具有其他方法无法比拟的优点，准确性高，效果显著，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的评价流程示意图；

图2为基准组水泥基材料预制裂缝并标记养护后不同标记位置处理后的图像；

图3为矿物组表面裂缝养护28d时愈合深度的测量示意图。

具体实施方式

一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，包括以下步骤：

(1)分别采用插片法和切片法对相同的水泥基材料试样预制裂缝，并对预制好裂缝的水泥基材料试样的裂缝处进行标记；

(2)将预制裂缝并标记好的水泥基材料试样进入水中养护；

(3)取出养护后的水泥基材料试样，对分别采用插片法和切片法预制裂缝的标记处拍照，提取插片法预制裂缝的水泥基材料试样的表面平均愈合面积、以及切片法预制裂缝的水泥基材料试样的平均愈合深度，其中，

表面平均愈合面积＝∑S/n，平均愈合深度＝∑D/k，∑S为同一试样n个裂缝标记处的表面愈合面积总和，n为裂缝标记处的总数，∑D为同一试样裂缝处k个测量位置的愈合深度总和，k为愈合深度测量的总数；

(4)由表面平均愈合面积与平均愈合深度之积计算得到表面裂缝愈合体积，并由表面裂缝愈合体积表征评价水泥基材料表面裂缝自愈合效果。

本发明可以通过根据最后所得特定材料的试样的表面裂缝愈合体积，并将其与同一测试条件下所测得的标准组(即一般无自愈性水泥)的表面裂缝愈合体积进行对比，即可以通过数值变化定量评价各种可自愈合的水泥基材料的表面裂缝自愈合效果。

作为本发明的一种优选的实施方式，步骤(1)中采用插片法预制裂缝并标记的具体过程为：

在水泥基材料成型时，在其内部插入垂直且表面光滑的插片，待水泥基材料初凝后且终凝前，用手垂直将插片拔出，使水泥基材料形成裂缝宽度均匀的裂缝，然后，在水泥基材料表面的裂缝开口处垂直于裂缝方向等间距标记。更优选的，插片法中，标记的间隔为0.5-1.5cm。

更优选的，提取插片法预制裂缝的水泥基材料试样的表面愈合面积的具体过程为：

首先，采用光学显微镜对预制裂缝的标记处拍照，保证每次拍照时裂缝的位置均位于标记线的中间处，且拍照时高度与放大倍数也保持一致；

然后，将拍照所得数码影像中的裂缝开口处位置提取出来并处理成二维影像，采用软件提取所得二维影像中的表面愈合面积。软件可以采用Image-Pro Plus6.0等常用软件。

作为本发明的一种优选的实施方式，步骤(1)中采用切片法预制裂缝并标记的具体过程为：

取水泥基材料试样并待其硬化后，切开，然后，沿切开面的顶边垂直向下等间隔做标记线，接着，再将切开后的试样按原来状态固定在一起，即完成。

更优选的，提取切片法预制裂缝的水泥基材料试样的愈合深度的方法为：

将养护后的试样分开，以每条标记线为基准，直接测量每条标记线同一侧的愈合部分的深度，即得到水泥基材料试样的不同标记位置的愈合深度。

更优选的，切片法预制裂缝中，标记线的间隔为0.35-0.45mm。

作为本发明的一种优选的实施方式，步骤(2)中水泥基试样进入水中养护时，保证裂缝所在平面方向与水平面垂直。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

以下实施例的水泥基材料裂缝自愈合的矿物外加剂，由膨胀矿物组分和结晶矿物组分组成，水泥组合物配比如表1所示。

将表1中各行列出的组分掺到一起制备配比为Ⅰ-Ⅱ的水泥组合物(水泥和矿物外加剂，水泥为P.O.52.5水泥)，再将质量占水泥组合物的30％的水加入上述配比Ⅰ-Ⅱ的水泥组合物中搅拌，在70mm×70mm×70mm的模具中成型，其中一部分试样在成型过程中需采用插片法进行裂缝预制，插片长度为8cm，厚度为0.5mm，24小时后脱模，并用标记笔从裂缝一端，每隔1cm进行标记，共有5个标记处，然后置于室温为20℃、湿度为45-55％的环境7d；另一部分试样经成型、脱模后，同样放入室温为20℃、湿度为45-55％的环境7d，7d后用切片法预制裂缝，然后延裂缝上表面每隔0.35mm进行标记，共有20个标记处，最后分别浸入水中养护3d、7d、28d和60d，最后按照图1所示的步骤继续操作。

表1水泥组合物的配比/％

图2为基准组水泥基材料预制裂缝并养护成型后不同标记处的二维图像，图2a-图2e分别表示了标记1-标记5的二维图像，由图2可以看出，在处理后的二维图像中，可以清晰看到裂缝开口两端的白色愈合产物，然后使用软件可轻易提取出白色物质的面积，具体结果见表2。

图3为矿物组表面裂缝养护28d时愈合深度的测量结果图，由图3可以看出，图中的白色颗粒物质为愈合产物，愈合深度定义为生成的愈合产物的颗粒尺寸超过0.1mm或结构堆积致密的物质距离裂缝表面上边缘的距离，图中所测的裂缝深度为0.757mm，具体结果见表3。

不同配比试样表面裂缝愈合面积和深度测试结果如表2、表3所示，取平均值计算得出愈合产物体积，愈合产物体积计算结果如表4所示。

表2不同配比表面裂缝愈合面积/mm²

表3不同配比表面裂缝愈合深度/mm

由表4可以看出，各组配比的试样的表面裂缝愈合体积随着养护时间的增长均逐渐增大，并且在养护后期增大幅度较大。同样可以看出，掺加矿物的配比，其表面裂缝宽度愈合效果明显优于基准组，这主要是由于膨胀矿物和结晶矿物发生了化学反应，生成了体积较大的矿物。

表4不同配比表面裂缝愈合体积/10^-3mm³

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)分别采用插片法和切片法对相同的水泥基材料试样预制裂缝，并对预制好裂缝的水泥基材料试样的裂缝处进行标记；

(2)将预制裂缝并标记好的水泥基材料试样浸入水中养护；

(3)取出养护后的水泥基材料试样，对分别采用插片法和切片法预制裂缝的标记处拍照，提取插片法预制裂缝的水泥基材料试样的表面平均愈合面积、以及切片法预制裂缝的水泥基材料试样的平均愈合深度，其中，

表面平均愈合面积＝∑S/n，平均愈合深度＝∑D/k，∑S为同一试样n个裂缝标记处的表面愈合面积总和，n为裂缝标记处的总数，∑D为同一试样裂缝处k个测量位置的愈合深度总和，k为愈合深度测量的总数；

(4)由表面平均愈合面积与平均愈合深度之积计算得到表面裂缝愈合体积，并由表面裂缝愈合体积值表征评价水泥基材料表面裂缝自愈合效果。

2.根据权利要求1所述的一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，其特征在于，步骤(1)中采用插片法预制裂缝并标记的具体过程为：

在水泥基材料成型时，在其内部插入垂直且表面光滑的插片，待水泥基材料初凝后且终凝前，用手垂直将插片拔出，使水泥基材料形成裂缝宽度均匀的裂缝，然后，在水泥基材料表面的裂缝开口处垂直于裂缝方向等间距标记。

3.根据权利要求2所述的一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，其特征在于，标记的间隔为0.5-1.5cm。

4.根据权利要求2所述的一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，其特征在于，提取插片法预制裂缝的水泥基材料试样的表面愈合面积的具体过程为：

首先，采用光学显微镜对预制裂缝的标记处拍照，保证每次拍照时裂缝的位置均位于标记线的中间处，且拍照时高度与放大倍数也保持一致；

然后，将拍照所得数码影像中的裂缝开口处位置提取出来并处理成二维影像，采用软件提取所得二维影像中的表面愈合面积。

5.根据权利要求1所述的一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，其特征在于，步骤(1)中采用切片法预制裂缝并标记的具体过程为：

取水泥基材料试样并待其硬化后，沿与成型面垂直方向切开，然后，沿切开面的顶边垂直向下等间隔做标记线，接着，再将切开后的试样按原来状态固定在一起，即完成。

6.根据权利要求5所述的一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，其特征在于，提取切片法预制裂缝的水泥基材料试样的愈合深度的方法为：

将养护后的试样分开，以每条标记线为基准，直接测量每条标记线同一侧的愈合部分的深度，即得到水泥基材料试样的不同标记位置的愈合深度。

7.根据权利要求5所述的一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，其特征在于，切片法预制裂缝中，标记线的间隔为0.35-0.45mm。

8.根据权利要求1所述的一种基于愈合产物体积表征水泥基材料表面裂缝自愈合效果的方法，其特征在于，步骤(2)中水泥基试样进入水中养护时，保证裂缝所在平面方向与水平面垂直。