当混凝土能够“自愈合”，建筑寿命将再被延长
时间：2022-11-01 来源：中国建材报 分享：
混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料，但很容易出现裂缝，自愈合混凝土对于宽度不大于0.5毫米的裂缝（非载荷因素造成的裂缝大多属于该范围）能自主诊断和自我修复，对于那些不具备被动修复空间的重大工程建设具有重要意义。
在自然界中，受损时能够自我修复的大多都是有着生命特征的生物体。在非生命物质中，也有一种有“生命”的材料，它不仅能识别损害的出现，并立即进行自我修复，还能提高材料的使用安全性、降低材料的维护成本，大大延长建筑的使用寿命。
应用混凝土自愈技术的项目 东南大学 杜文祥/供图
近日，在接受《中国建材报》记者采访时，东南大学首席教授、绿色建材与固碳利用研究中心主任、国家重点研发计划项目首席科学家钱春香表示，混凝土是世界上使用最广泛的建筑材料，但很容易出现裂缝，自愈合混凝土对于宽度不大于0.5毫米的裂缝（非载荷因素造成的裂缝大多属于该范围）能自主诊断和自我修复，对于那些不具备被动修复空间的重大工程建设具有重要意义。
大型基础设施急需“自愈合”技术
混凝土裂缝问题已经存在了上百年，是一个世界级难题。对此，钱春香指出，裂缝对混凝土材料的负面影响是多方面的，开裂后防水、隔声、导热等性能也会极大衰减。因此，裂后混凝土必须采取必要措施进行修复，而当前修复方法主要以被动修复为主，但日趋复杂的混凝土结构导致了开裂位置的隐蔽性，众多基础设施也不具备值守条件，裂缝难以及时探查，因此重大基础设施工程建设急需“自愈合”技术。
“自愈合混凝土能够阻止外界环境的有害离子进入混凝土内部和钢筋表面，防止混凝土腐蚀和钢筋锈蚀，保障工程结构的服役寿命，产生显著的直接和间接经济效益，同时实现地下、水下工程混凝土的自防水，确保使用功能，尤其对于装载精密仪器、粮库、药品等防水要求高的场所尤为重要，社会效益重大。”
钱春香指出，自愈合混凝土中关键组分是自愈合剂，自愈合剂种类很多，目前部分已进入规模化生产，能满足工程应用需求。近年来，对于自愈合混凝土的性能已开展了全面的试验验证，从配合比设计、混凝土生产、施工、验收，建立了完善的技术规程和试验方法标准，并经历了工程示范应用的检验，进入了应用推广阶段。
最大挑战是业界认识的转变
混凝土裂缝自愈合研究最早可追溯到1836年，法国科学院学者揭示了水泥水化渗出的氢氧化钙碳化愈合裂缝的机理。自此，混凝土裂缝自愈合研究陆续开展。
“1980年，我国首次在上海地铁工程修建中引进了水泥基渗透结晶防水自愈合材料；2001年，美国南达科他矿业理工学院最先提出把微生物矿化用于混凝土裂缝修复；2005年，我在国内开展了第一个微生物自修复技术的国家自然科学基金项目研究，内容包括碳酸盐矿化菌诱导碳酸钙沉积机理及碳酸钙结晶动力学、形态学，并成功应用于水泥基材料表面缺陷修复。目前，我国已建成年产1000吨～2000吨的修复剂生产线，制定了自修复混凝土相关技术标准。而根据自愈机理，自愈合混凝土类型很多，但从全球的研究和应用来看，最具前景的是微生物自修复混凝土、胶囊型自修复混凝土和适用于小尺寸裂缝的渗透结晶型自修复混凝土。”
在钱春香看来，当前最大的挑战是从业者认识上的转变。她指出，业主方希望得到的是一个不会开裂的混凝土，而不是一个能自愈合的混凝土。但是随着胶凝材料、骨料等大宗材料的可选择性日臻缩小，混凝土不开裂比较难。因此，“能自愈的混凝土”将是未来的发展趋势。而在成本方面，自愈混凝土中的愈合剂使混凝土成本增加10%～20%，总建筑成本也只增加0.5%～1%。混凝土开裂导致的维护费用比这个总成本比例要高得多。由此看来，通过延长混凝土的使用寿命、提升防水等使用功能可节省大笔维护费用。
推行“抗裂”与“自愈”相结合
“实现推广自愈合混凝土应用的难点在于改变业界的观念，要推行‘抗裂’与‘自愈’相结合，同时，通过量产和规模化应用降低成本。”钱春香指出，工程界对于混凝土裂缝治理问题一直存在两种学派，一种是“抗”，也就是不让混凝土开裂；另一种是“放”，即开裂后进行修复，被动或者主动地自行修复。自愈合混凝土的理念在继承两种学派观点的同时进行了创新，不仅能主动、及时自愈，还能在一定程度上降低开裂风险，是一种仿生的智能材料，是传统混凝土的变革。
当前，自愈合混凝土已逐步进入工程应用阶段，建立了应用技术规程，自愈合剂也实现了产业化、标准化。尽管已经取得了不小的进展，但现有的混凝土的自愈合还远未达到自然界自愈合现象的精细度、完好度。自愈合混凝土是水泥混凝土低碳发展的技术路径之一，任重道远。
“微生物材料在土木工程中的发展前景很好，除了自愈合混凝土，还有微生物岩土工程、重金属的微生物矿化治理、微生物协同废渣高值化利用等，这些都能直接或间接推动‘双碳’目标的实现。”对于自愈合混凝土下一步的发展，钱春香表示，需进一步充实自愈合触发机理研究，建立自愈合混凝土理论，为技术研发提供指导；技术上，在抗渗透性能提升和恢复的基础上，实现力学性能的恢复；转化应用上，瞄准国家重大基础设施工程建设需求，例如海洋工程、大型地下空间工程等，加快自愈合剂产品的产业化，大力开展工程示范应用，积累应用经验，产生更大的经济和社会效益。
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