针对煤矿井下混凝土堵漏风结构在使用过程中易产生裂纹和局部损伤问题,受生物界骨骼组织创伤后恢复机理的启示,研究者提出了煤矿堵漏风仿生自愈合概念,以解决传统方法难以修复井下混凝土结构等难题。在混凝土结构中嵌入含有聚氨酯愈合剂的胶囊可以使其产生的裂缝自动愈合,以达到延长结构使用寿命、密闭裂缝实现堵漏风等功能。然而,这种自愈合混凝土的愈合剂和胶囊选择、最佳掺量以及愈合效果如何仍需进一步探索。本文从自愈合机理和实验室试验进行了以下几方面研究,旨在为煤矿井下推广混凝土自愈合技术鉴定理论基础。1)为对高分子聚合物愈合剂进行环保阻燃改性,使用不同含量的磷系和膨胀系阻燃剂对亲水性聚氨酯进行阻燃改性,研究愈合剂加入阻燃剂后的粘度、流动性、热稳定性等性能影响。结果表明,在使用单一阻燃剂进行改性时,磷系与膨胀系阻燃改性的最佳配比分别为6%和3%,在此条件下的愈合剂粘度适中,流动性较好,热稳定性较高。2)对比分析常见愈合剂的粘度、固化时间、粘结强度等物理化学特性,筛选性能较优的单组份和双组份愈合剂,研究稀释剂对单组份愈合剂的流动性、表面张力、固化时间与粘结强度的影响,探讨不同类型加速剂及阻燃剂对双组份聚氨酯的影响机制,优化双组份愈合剂配比,分析单、双组份愈合剂的固化反应动力学和固化机理。结果表明:当丙酮稀释剂:单组份聚氨酯质量比=1:5时,改性单组份聚氨酯的粘度和表面张力较小,其愈合效果最好,手动愈合裂缝48h后的强度恢复率为75%;而双组份聚氨酯愈合剂使用复配加速剂时,愈合效果最好。3)在科学分析常见壁材物理化学特性的基础上,结合煤矿通风构筑物基体材料的性能,科学筛选胶囊类型,以混凝土基体材料和胶囊自愈合体系为主要组分构建仿生材料;研究胶囊在混合搅拌过程中的存活率,分析胶囊的存活率与胶囊壁厚、搅拌速度的关系;研究裂缝形成时胶囊的破裂情况以及胶囊的嵌入对仿生自愈合材料力学性能的影响,阐明愈合系统对运动裂缝的适用性,确定仿生材料中胶囊的最佳类型、大小、间距和掺量。研究发现,当时用单组份聚氨酯愈合剂时应该选用较大型玻璃胶囊,将单组份愈合胶囊嵌入试样后使其抗折强度显著提高6%-30%;而针对双组份聚氨酯愈合系统,使用平行双胶囊封装愈合剂及加速剂时,效果明显高于连体双胶囊与同心胶囊。4)通过三点弯曲试验研究外部荷载作用下仿生材料中胶囊破裂的力学条件;分析愈合剂在裂隙中的综合受力情况,探讨愈合剂的释放行为与流动特点;研究不同裂缝宽度下的裂缝粘结面积及仿生材料的愈合效率。其中,利用两个单组份Ⅱ胶囊制备的自愈合混凝土愈合效果最好,愈合效率约为67%;双组份平行双胶囊(间距0.8cm,复配加速剂)愈合系统修复宽度为150μm的裂缝时可以获得61%的强度恢复,扩大愈合试样裂缝宽度后表现出50%～100%的应变能力,可以潜在的提高混凝土构件在循环荷载作用下的耐久性。