随着现代材料科学的不断进步，作为最主要建筑结构材料之一的混凝土已逐 渐向高强、高性能、多功能和智能化方向发展，用它建造的混凝土结构也趋于大 型化和复杂化。然而混凝土材料的固有缺陷是脆性大，在使用过程和周围环境的 影响下不可避免地会产生微开裂和局部损伤。如果这些损伤部位不能及时进行修 复，不但会影响结构的正常使用性能和缩短使用寿命，而且可能由此引发宏观裂 缝并出现脆性断裂，产生严重的灾难性事故，给社会造成难以挽回的经济损失。 过去对混凝土材料的修复形式主要是事后维修和定时维修，随着现代社会向智能 化发展，这种停留在被动和计划模式下的修复方式已不能适应现代多功能和智能 建筑对混凝土材料提出的要求。因此研究和开发新型自愈合仿生混凝土、使其能 够主动、自动地对损伤部位进行修复、恢复并提高混凝土材料的性能已成为智能 混凝土的发展趋势并将成为新型建筑材料科研和实际应用的热点。 本文中对自愈合仿生混凝土的研究是模仿生物组织对受创伤部位自动分泌 某种物质，而使创伤部位得到愈合的机能，在混凝土传统组分中复合特殊组分， 在混凝土内部形成仿生自愈合系统，当混凝土材料出现裂纹时，部分液芯纤维破 裂，修复剂流出渗入裂缝，修复剂可使混凝土裂缝重新愈合，自愈合仿生混凝土 属于智能型仿生材料范畴。 本文首次选用单组分的修复剂对混凝土进行自愈合修复，通过对其不同性能 的研究，得到了一系列在不同场合适用于混凝土愈合的修复剂；其次，针对不同 的空心纤维进行愈合的可能性进行了实验研究，提出了新的纤维愈合工艺并取得 了良好的效果；再次，目前对于混凝土愈合效果的评价大多仅限于强度回复率， 而在其他方面研究较少。本文采用图像分析仪和声发射等新型的研究手段和方法 从不同的方面对自愈合混凝土的愈合原因和效果进行了分析；最后，由于目前对 自愈合混凝土韧性和界面状况的研究还少有人进行，本文对自愈合混凝土的韧性 改善和界面的脱粘增韧机理进行了研究分析，并且将演化计算的方法引入到自愈 合混凝土的界面增韧优化设计之中，建立了模型，并编制出相应的程序。 本文主要的研究内容和结论有： 1.讨论了丙烯酸酯、聚氨酯和环氧树脂等不同修复剂的性能，通过对修复 剂的粘结强度、流动度和愈合速度等方面的测试，选择符合混凝土愈合条件和性 能的修复剂，实验发现，单主份的胶粘剂在使用上比双主份的修复剂更适合混疑 土的自愈合条件。此外，对不同类型的修复纤维与基体材料的性能匹配；匹配纤 维的掺量、型号、分布特性和随之带来的强度损失等对混凝土材料的修复性能的 影响进行了研究。研究发现，小于1％的纤维体积掺量对混凝土材料的强度性能几 乎无影响，实现了自愈合材料组分优化配伍。 2.为了评价仿生自愈合混凝土材料修复前后的效果，通过使用INSTRON电液 司服万能实验机对愈合前后的材料进行断裂试验，测试了材料愈合前后的强度恢 复率。实验发现，混凝土经愈合后，其强度性能明显提高，强度回复率最高可达 1.16。其次，利用声发射仪对材料内部损伤的监测，分析了混凝土愈合后的愈合 性能，同时发现，混凝土材料中裂缝的愈合效果良好。 3.利用图像分析系统研究了自愈合混凝土材料的界面特征，定量分析了使 用不同的修复方案，其修复剂在界面上的流出面积和渗透效果，研究了愈合强度 和流出面积的关系，提出了材料的选用原则和构造设计方案。实验发现，内置开 放式的愈合效果要优于内置封闭式的愈合效果。 4.通过实验观察和对材料各种测试数据的分析，找出了自愈合混凝土断裂 韧性得到改善的原因，讨论了材料界面脱粘破坏的机理。研究发现，材料界面的 脱粘面积影响着材料的断裂韧性。利用INSTRON电液司服万能实验机测试分析了 混凝土材料的断裂韧性；同时还借助图像分析系统测量了材料界面的脱粘面积； 最后，运用演化计算的建模和优化设计的方法，并且编制了相应的计算程序对自 愈合混凝土的界面进行优化设计，得出了自愈合混凝土界面优化设计模型。通过 模型计算出了材料的最佳脱粘面积，当界面的脱粘面积占整个愈合面积的19.3％ 左右时，材料能够获得最佳的断裂韧性。 关键词：自愈合混凝土 修复剂 空心纤维 强度回复率 断裂韧性 界面脱粘 演化优化