自愈合混凝土研究（低場(chǎng)核磁共振技術(shù))

混凝土是世界上使用蕞廣泛的建筑材料。但它很容易出現(xiàn)裂縫，這意味著，結(jié)構(gòu)物需要增加鋼筋加以強(qiáng)化。強(qiáng)化過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)部分“微裂縫"，這并不會(huì)直接導(dǎo)致強(qiáng)度損失。混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定最大裂縫寬度小于等于0.3mm。但隨著時(shí)間的推移，水與侵蝕性化學(xué)物一起進(jìn)入這些裂縫并腐蝕混凝土。

什么是自愈合混凝土？

自愈合混凝土是指可自行修補(bǔ)裂縫的實(shí)驗(yàn)性混凝土，它包含有可生產(chǎn)石灰石的休眠的細(xì)菌孢子和細(xì)菌生長(zhǎng)所需要的養(yǎng)分，通過(guò)作用于結(jié)構(gòu)的腐蝕性雨水滲入加以激活，以期對(duì)混凝土開(kāi)裂部分進(jìn)行局部填充。這種新材料有可能會(huì)提高混凝土的使用壽命，并有效降低混凝土結(jié)構(gòu)的維護(hù)成本。

自愈合混凝土的工作原理

研究人員將混凝土愈合所需的細(xì)菌孢子和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為顆粒添加到混凝土配合料中，這些能在強(qiáng)堿性混凝土環(huán)境中生存數(shù)十年的芽孢桿菌，利用乳酸丐作為這些細(xì)菌的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。但水又成了微生物生長(zhǎng)需要所缺少的成分，因此，孢子處于休眠狀態(tài)。但當(dāng)有水接觸這一膠囊時(shí)，膠囊將會(huì)融化，細(xì)菌將開(kāi)始生長(zhǎng)，并以乳酸丐作為營(yíng)養(yǎng)來(lái)源生成混凝土的主要成分石灰石。隨后，裂縫將會(huì)“愈合"。自愈合混凝土中的桿菌細(xì)菌可以在石灰石中生存,且能不斷地產(chǎn)生孢子當(dāng)水滲入其中的時(shí)候,桿菌細(xì)菌就會(huì)自動(dòng)生產(chǎn)出石灰石,從而修復(fù)好裂縫,一般歷時(shí)3周就可以完成修復(fù)。現(xiàn)在還有一種含有機(jī)鈣化合物的產(chǎn)品也被開(kāi)始添加進(jìn)自愈合混凝土之中,以此來(lái)增快自愈合混凝土的自愈速度。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)用于混凝土研究

低場(chǎng)核磁共振很早就被用來(lái)分析水泥的反應(yīng)的過(guò)程,通過(guò)測(cè)試混合水泥漿液在不同反應(yīng)時(shí)間下的弛豫時(shí)間譜,以水分布的變化反推水泥的反應(yīng)過(guò)程。借助低場(chǎng)核磁共振技術(shù),可研究新型水泥的水化反應(yīng)過(guò)程。

低場(chǎng)核磁共振技術(shù)可在非破壞條件下連續(xù)監(jiān)測(cè)水泥基材料孔結(jié)構(gòu)的發(fā)展。在水泥基材料的孔隙中,通常填充有水分。在一定的射頻能的激發(fā)下,處在磁場(chǎng)中的水分子會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象,進(jìn)而表現(xiàn)出弛豫行為,其弛豫時(shí)間的長(zhǎng)短與水分子所在的孔隙尺寸有著定量的關(guān)系,因此能夠間接地得到孔結(jié)構(gòu)的信息。

受限流體的弛豫主要受制于表面弛豫的影響。對(duì)于特定介質(zhì)而言,t2與多孔介質(zhì)的比表面積相關(guān),在孔隙率相同時(shí),孔徑越小,比表面積越大,表面相互作用的影響越強(qiáng)烈,t2就越短。對(duì)多孔介質(zhì)流體弛豫的研究提供了孔結(jié)構(gòu)方面的信息。