长久以来,如何解决拉裂破坏问题都是混凝土耐久性研究的主要课题,传统裂纹修复手段存在修复效率低、材料污染环境等问题。基于仿生自愈合技术的微胶囊自修复体系能有效解决上述问题。本文开展了常规单轴压缩试验与压汞试验对微胶囊自修复水泥基材料的渐进破坏特征与能量机制进行研究,通过改变微胶囊掺量、预压应力水平和养护龄期等因素对材料的力学性能与微观结构修复效果进行分析,并建立宏观力学性能与微观结构的关系模型,最终对微胶囊掺量、预压应力水平和养护龄期等因素与修复效果的灰关联度进行研究。获得以下研究成果:(1)微胶囊对水泥材料的强度与变形特性影响明显:初始状态时,微胶囊掺量增大,强度与弹性模量均降低,呈负混杂效应;峰值应变随之增大,呈正相关性。经预压损伤后,材料的强度与弹性模量进一步随胶囊掺量增大而降低,峰值应变也保持缓慢增长趋势;预压损伤对各力学参数的影响效果与胶囊掺量相似,但总体影响水平高于胶囊掺量。经损伤修复后,峰值应变修复率随微胶囊掺量量增加有所降低,峰值强度、弹性模量修复率有所增加,说明经过养护后,微胶囊颗粒受到预压荷载作用破裂,释放修复剂与水泥基体中的固化剂反应生成的络合物有效填充了预损伤水泥基材料内部的缺陷,提高了材料整体刚度。(2)对单轴荷载作用下微胶囊自修复水泥基材料的能量分布进行分析,并引入BIM、Up等能量特征值对峰值点处能量演化规律进行分析,修复后BIM与Up于3d龄期均小于损伤状态与初始状态,后续养护周期内具有明显的时间阶段性。试样峰前产生的塑性形变与BIM值趋势趋同,这证明BIM值有效反映掺量与预压损伤程度对塑性变形量的影响。根椐BIM的“N”型演化规律的两个拐点确定渐进破坏过程中裂纹起裂强度σci和裂纹扩容(屈服)强度σcd。增大胶囊掺量与预压应力均能提高试样的起裂强度与损伤强度,甚至超过水泥材料。(3)定义孔结构参数修复率、恢复率评价微胶囊对水泥基材料孔结构修复效果,建立扎参数及其修复率、恢复率与掺量、预压应力水平的关系模型,联系宏观力学性能修复率、恢复率,建立微观结构与宏观性能的修复关系模型,获得基于孔参数与力学指标的理想修复率与恢复率。(4)基于已有的灰度理论,结合实验数据建立影响因子与孔结构、力学参数的GM(1,N)模型,来定量分析微胶囊自修复系统的影响效果与作用机制。根据强度与应变修复率建立的GM(1,N)模型则与灰关联度计算结果保持一致,根据三者影响权系数的符号与大小进行预测,继续增大掺量与养护龄期时,强度、应变修复率将继续提升;增大预压比例将抑制强度、应变修复率的增长,孔隙率、平均孔径和应变修复率具有相同的灰关联度排序。