一种应用于侧墙的裂缝自修复混凝土及其设计方法和应用

本发明涉及一种混凝土及其设计方法和应用，特别涉及一种应用于侧墙的裂缝自修复混凝土及其设计方法和应用。

背景技术：

1、混凝土材料量大面广，是一种广泛使用的建筑材料。增加混凝土耐久性，延长服役寿命，是现代混凝土技术发展的重要方向。裂缝病害是限制混凝土高耐久的最主要因素，是困扰工程建设的顽疾之一。在混凝土拌合物凝结过程中，由于收缩、水化等影响，诸如侧墙这种连续长/超长结构内部常会沿长度方向积累大量应力，极易导致产生开裂。且随着当前对混凝土结构的功能和外观等需求日益提高，不设缝混凝土的长度要求越来越高，使得这类结构的开裂问题逐渐突出。大量工程实践表明，此类结构通常拆模后即出现开裂，裂缝间距较规则，通常从中部向两边延伸，有不少是贯通性裂缝，给工程的耐久性和质量带来了极大隐患。

2、侧墙这类在某一方向具有连续长尺寸的结构，其开裂几乎是不可避免的。为延长其服役寿命，就必须及时对混凝土裂缝进行治理，避免其持续恶化。自修复技术以实现裂缝主动感知和修复为目标，实现了裂缝治理由被动化向主动化转化的重大转变。混凝土自修复功能的集成，通常是以添加各类修复剂方式实现。尤其，当修复剂为颗粒形态添加时，混凝土修复剂与裂缝存在一定的相遇概率问题。修复剂掺量应与混凝土潜在开裂能力相匹配，才能取得较好的裂缝修复效果。因此，合理的修复剂掺量设计方法成为提升自修复混凝土应用效果的关键。

技术实现思路

1、发明目的：本发明旨在提供一种应用于侧墙结构的裂缝自修复混凝土设计方法，该方法补充了针对超长连续结构自修复混凝土应用方法，基于统计结果的设计方法更具实用性，结果可靠，可保障裂缝自修复效果；本发明还旨在提供一种利用所述设计方法制备得到的相应配合比的混凝土；本发明还旨在提供所述混凝土在富水环境服役中的应用。

2、技术方案：本发明所述的应用于侧墙的裂缝自修复混凝土设计方法，包括如下步骤：

3、(1)明确目标侧墙尺寸信息，包括长度a、厚度b和高度c；

4、(2)统计侧墙结构开裂信息，包括裂缝长度li、裂缝宽度wi、裂缝深度hi和裂缝条数n；

5、(3)确定修复剂尺寸信息，包括颗粒半径r、密度ρh和修复能力s；

6、(4)计算修复剂掺量；

7、修复剂的体积掺量满足公式1要求；

8、

9、修复剂的质量掺量满足公式2要求；

10、

11、式中，dv—体积掺量，％；dm—质量掺量，kg/m3；r—修复剂半径，m；ρh—修复剂密度，kg/m3；li—第i条裂缝的长度，m；wi—第i条裂的宽度，m；hi—第i条裂缝的深度，m；s—单颗粒修复剂最大填充裂缝体积，m3；p—相遇概率；a—侧墙长度，m；b—侧墙厚度，m；c—侧墙高度，m；

12、(5)将计算所得修复剂等质量或等体积替代骨料。

13、进一步地，所述相遇概率p按公式3计算获得

14、

15、式中，p—相遇概率；r—修复剂半径，m；li—第i条裂缝的长度，m；hi—第i条裂缝的深度，m；a—侧墙长度，m；b—侧墙厚度，m；c—侧墙高度，m。

16、进一步地，所述修复剂的密度与同尺寸骨料密度一致。

17、进一步地，所述修复剂的颗粒直径不超过4.75mm，颗粒间尺寸相差不超过±1mm。

18、进一步地，所述修复剂为多面体时，修复剂等效半径按如下步骤获得：

19、(1)取nh颗修复剂，nh≥100，测试其排水体积v；

20、(2)等效半径按公式4计算获得；

21、公式4计算获得：

22、

23、式中，r—修复剂半径，m；v—修复剂排水体积，m3；nh—修复剂颗粒数量，个。

24、进一步地，如所用修复剂具有载体保护结构，其半径应按照去除载体结构的内核半径计算。

25、进一步地，修复剂掺量计算结果按照向上取整原则，确定最终掺量；修复剂按等质量或等体积替代常规混凝土配合比中的骨料，获得自修复混凝土配合比，确定后的自修复混凝土配合比进行试配，测试自修复混凝土与常规混凝土性能差异，以检验能够达到工程建设要求；所述骨料包括细骨料和/或粗骨料。

26、进一步地，侧墙结构开裂信息可以来自同一工程的类似结构，也可以是类似结构的其他工程，或基于当前结构和材料信息的合理评估。

27、上述方法设计得到的相应配合比的混凝土可应用于富水环境服役中。

28、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)所述的设计方法专门针对于连续超长结构，设计目的性更强；(2)可针对不同形状、尺寸的修复剂进行设计应用，适用性更好；(3)所述设计方法建立在类似结构/工程开裂信息统计基础上，掺量设计更加合理，保障修复效果的同时节约修复剂用量；(4)该设计较为简单，实用性更强；(5)所述设计方法可确保修复效果置信水平不低于95％，能够充分保障裂缝自愈合效果。

技术特征：

1.一种应用于侧墙的裂缝自修复混凝土设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的应用于侧墙的裂缝自修复混凝土设计方法，其特征在于，所述相遇概率p按公式3计算获得

3.根据权利要求1所述的应用于侧墙的裂缝自修复混凝土设计方法，其特征在于，所述修复剂的密度与同尺寸骨料密度一致。

4.根据权利要求1所述应用于侧墙的裂缝自修复混凝土设计方法，其特征在于，所述修复剂的颗粒直径不超过4.75mm，颗粒间尺寸相差不超过±1mm。

5.根据权利要求1所述应用于侧墙的裂缝自修复混凝土设计方法，其特征在于，所述修复剂为多面体时，修复剂等效半径按如下步骤获得：

6.根据权利要求1所述应用于侧墙的裂缝自修复混凝土设计方法，其特征在于，如所用修复剂具有载体保护结构，其半径应按照去除载体结构的内核半径计算。

7.根据权利要求1所述应用于侧墙的裂缝自修复混凝土设计方法，其特征在于，修复剂按等质量或等体积替代常规混凝土配合比中的骨料，获得自修复混凝土配合比，确定后的自修复混凝土配合比进行试配，测试自修复混凝土与常规混凝土性能差异，以检验能够达到工程建设要求；所述骨料包括细骨料和/或粗骨料。

8.根据权利要求1所述应用于侧墙的裂缝自修复混凝土设计方法，其特征在于，侧墙结构开裂信息可以来自同一工程的类似结构，也可以是类似结构的其他工程，或基于当前结构和材料信息的合理评估。

9.一种混凝土，其特征在于，其配比由权利要求1-8任一所述方法设计得到。

10.一种权利要求9所述的混凝土在富水环境服役中的应用。

技术总结本发明公开了一种应用于侧墙的裂缝自修复混凝土及其设计方法和应用，所述设计方法包括：明确目标侧墙尺寸信息，统计类似结构开裂信息，确定修复剂信息，计算修复剂理论掺量，确定自修复混凝土配合比。本发明基于工程实际结构的开裂统计信息，计算修复剂掺量，计算结果更为合理，实用性较强。该设计方法所得掺量能达到95％以上置信水平，极大程度保障裂缝自修复效果。此外，该方法适用于具有不同外形的修复剂颗粒，应用范围更广。技术研发人员：郑春宇,张旋,庞本强,詹其伟,赵海涛,刘昌禄,柘竣桀,严宗睿受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9