CN108256151A - 一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，包括以下步骤：(1)裂缝预制与标记：采用插片法和/或切片法预制裂缝，并对预制好裂缝的水泥基材料试样标记；(2)养护：将预制好裂缝并标记后的水泥基材料试样浸入水中养护；(3)获取养护后水泥基材料试样标记位置的内部裂缝愈合面积、内部裂缝愈合产物表面覆盖率和/或愈合产物体积，即得到表征水泥基材料自愈合效果的评价指标数据，并得到相应水泥基材料的自愈合评价结果。与现有技术相比，本发明通过对内部裂缝愈合面积、内部裂缝水化产物表面覆盖率和内部裂缝愈合产物体积测试进而直接评价水泥基材料内部裂缝自愈效果，具有直接性强、高准确性、高创新性的优点。

Description

一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法

技术领域

本发明涉及一种评价方法，尤其是涉及一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法。

背景技术

对于混凝土材料，无论是钢筋混凝土结构还是很大厚度的混凝土构件，由于收缩和外部荷载等作用引起的裂缝是不可避免的。裂缝的存在和继续扩展是混凝土结构强度降低的原因。有些微裂缝虽然对强度影响不大，但会大幅度增加结构的传输性能，可致有害物质加重对结构的破坏，如氯离子和二氧化碳引起的钢筋锈蚀等。水泥基材料自修复***为混凝土基体微裂缝的修复和有效延缓潜在的危害提供了一种新的方法,一个自修复***将免去有效的监测和外部修复所需的高额费用，且大大提高其安全性和耐久性。

为了评估水泥基材料裂缝愈合能力的改善，需要去比较自修复作用前后水泥基材料的性能。目前用于表征水泥基材料自修复的方法有很多，比如强度恢复率、渗透系数和声发射方法等，然而这些方法都是间接评价水泥基材料裂缝的自愈合能力，具有准确性不足的缺点。开裂的水泥基材料愈合效果最有效、最直接的表征方法就是对其裂缝区域进行测量，表面裂缝由于易于观察，因此研究的人比较多，而内部裂缝由于不易观察和测量，常常被人们所忽视。内部裂缝愈合效果的好坏直接关系到力学性能恢复和愈合产物稳定性的优劣，因此有必要对内部裂缝愈合效果开展研究。本发明正是基于上述问题而展开研究的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，包括以下步骤：

(1)裂缝预制与标记：

采用插片法和/或切片法预制裂缝，并对预制好裂缝的水泥基材料试样标记；

(2)养护：

将预制好裂缝并标记后的水泥基材料试样浸入水中养护；

(3)获取养护后水泥基材料试样的标记位置的内部裂缝愈合面积、内部裂缝愈合产物表面覆盖率和/或愈合产物体积，即得到表征水泥基材料自愈合效果的评价指标数据，并得到相应水泥基材料的自愈合评价结果。

本发明可以通过比对不同水泥基材料试样在相同测试条件下的自愈合效果的评价指标数据，即可以定量分析出每种水泥基材料试样的愈合效果，特别是通过将不同带自愈合效果的水泥与标准组(即一般水泥)的评价指标数据进行比对，即可定量得到各种可自愈合的水泥基材料的自愈合评价结果。

优选的，步骤(1)中插片法预制裂缝的具体过程：

在水泥基材料成型时，在其内部***表面光滑的薄片，待水泥基材料处于初凝后和终凝前的阶段时，垂直将薄片从水泥基材料中拔出，形成裂缝宽度均匀的试样；然后，沿与裂缝垂直方向竖直切开试样，并在切开试样的内部表面沿与裂缝垂直的方向等间距标记划线；接着，将标记后的两块切开的试样按原状态固定在一起，即完成裂缝预制与标记。薄片拔出的时间不能太早也不能太晚，太早则由于水泥基材料尚未凝结而导致被带出，从而使得形成裂缝不均匀，太晚则难以拔出。

更优选的，标记的间距为0.5-1.5cm。

优选的，步骤(3)内部裂缝愈合面积的获取方法具体为：

首先，使用光学显微镜对采用插片法预制裂缝的标记位置拍照，每次拍照时控制裂缝的位置在标记线的中间处，且每次拍照时的高度与放大倍数保持一致；

接着，将拍照后的影像处理成二维影像，再利用软件提取出所得二维影像中各段标记处的愈合面积，内部裂缝愈合面积则为所有标记处的愈合面积之和与标记处的总数做商，即：

S＝∑s/n，其中，S为内部裂缝愈合面积，∑s为所有标记处愈合面积之和，n为标记处的总数。软件可以采用Image-Pro Plus6.0等常用软件。

优选的，步骤(1)中切片法预制裂缝的具体过程为：

取硬化成型后的水泥基材料试样切开，在试样切开的表面竖直方向的中心线处等间距标记圆点或以切开的试样表面中心为对称中心标记正方形。

更优选的，步骤(3)中内部裂缝愈合产物表面覆盖率的测量过程具体为：

使用光学显微镜对采用切片法预制裂缝的试样裂缝表面进行拍照，每次拍照的位置均以标记的圆点作为成像中心点，且每次拍照高度与放大倍数一致；

然后，提取拍照影像中的愈合产物表面覆盖面积，内部裂缝愈合产物表面覆盖率P＝(∑m/a)/M，其中，P为内部裂缝愈合产物表面覆盖率，∑m为内部裂缝所有标记处愈合产物表面覆盖面积之和，a为标记处的总数，M为单个图片总区域的面积。

更优选的，标记的圆点的间距为0.5-1.5cm。

更优选的，步骤(3)中内部裂缝愈合产物体积的测量过程具体为：

取养护后的采用切片法制备的水泥基材料试样，提取试样表面的愈合产物，然后，测量愈合产物的体积，则内部裂缝愈合产物体积为所有愈合产物的总体积与提取切片试样的总数之比，即：

V＝∑v/k，其中，V为内部裂缝愈合产物体积，∑v为愈合产物的总体积，k为提取的试样表面总数。

更优选的，标记的正方形边长为试样边长的8/10-9/10。

更优选的，切开的试样表面在标记前还采用砂纸打磨至光滑。具体为用240目、400目、800目、1200目和1500目砂纸打磨，每个砂纸打磨时间为10-15min，保证打磨后的切片表面足够光滑，以便后期可以准确、轻松地提取愈合产物，可提取愈合产物的试块表面为8±2个。

优选的，步骤(2)中，水泥基试样进入水中养护时，保证裂缝方向与水平面垂直。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(一)、方法直接性强：用于表征水泥基材料裂缝自愈合的方法有很多，比如强度恢复率、渗透系数和声发射方法等，但最直接、最有效的方法当然是对裂缝处的愈合效果的评价。

(二)、方法高准确性：首先，可以定量表征内部裂缝的愈合效果，其次，通过三个指标相互验证，使得表征结果更有说服力。

(三)、方法高创新性：目前对于内部裂缝的直接表征方法还没有，本方法使用内部裂缝愈合面积、内部裂缝愈合产物表面覆盖率和愈合产物体积三个指标对内部裂缝愈合效果进行表征，具有极高的创新性。

(四)本发明所述的水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法可以广泛应用于水工、海工混凝土结构、地下混凝土结构中。水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法具有其他方法无法比拟的优点，准确性高，效果显著，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的评价流程图；

图2为基准组水泥基材料预制裂缝并标记养护后不同标记位置处理后的图像；

图3为矿物组水泥基材料的内部裂缝愈合产物表面覆盖率图像，其中图3a为矿物组愈合产物表面覆盖图，图3b为使用Image-Pro Plus6.0软件处理后的图像。

具体实施方式

一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，包括以下步骤：

(1)裂缝预制与标记：

采用插片法和/或切片法预制裂缝，并对预制好裂缝的水泥基材料试样标记；

(2)养护：

将预制好裂缝并标记后的水泥基材料试样浸入水中养护；

(3)获取养护后水泥基材料试样的标记位置的内部裂缝愈合面积、内部裂缝愈合产物表面覆盖率和/或愈合产物体积，即得到表征水泥基材料自愈合效果的评价指标数据，并得到相应水泥基材料的自愈合评价结果。

本发明可以通过比对不同水泥基材料试样在相同测试条件下的自愈合效果的评价指标数据，即可以定量分析出每种水泥基材料试样的愈合效果，特别是通过将不同带自愈合效果的水泥与标准组(即一般水泥)的评价指标数据进行比对，即可定量得到各种可自愈合的水泥基材料的自愈合评价结果。

作为上述方案的一种优选的实施方式，步骤(1)中插片法预制裂缝的具体过程：

在水泥基材料成型时，在其内部***表面光滑的薄片，待水泥基材料处于初凝后和终凝前的阶段时，垂直将薄片从水泥基材料中拔出，形成裂缝宽度均匀的试样；然后，沿与裂缝垂直方向竖直切开试样，并在切开试样的内部表面沿与裂缝垂直的方向等间距标记划线；接着，将标记后的两块切开的试样按原状态固定在一起，即完成裂缝预制与标记。

更优选的，标记的间距为0.5-1.5cm。

作为上述方案的一种优选的实施方式，步骤(3)内部裂缝愈合面积的获取方法具体为：

首先，使用光学显微镜对采用插片法预制裂缝的标记位置拍照，每次拍照时控制裂缝的位置在标记线的中间处，且每次拍照时的高度与放大倍数保持一致；

接着，将拍照后的影像处理成二维影像，再利用软件提取出所得二维影像中各段标记处的愈合面积，内部裂缝愈合面积则为所有标记处的愈合面积之和与标记处的总数做商，即：

S＝∑s/n，其中，S为内部裂缝愈合面积，∑s为所有标记处愈合面积之和，n为标记处的总数。软件可以采用Image-Pro Plus6.0等常用软件。

作为上述方案的一种优选的实施方式，步骤(1)中切片法预制裂缝的具体过程为：

取硬化成型后的水泥基材料试样切开，在试样切开的表面竖直方向的中心线处等间距标记圆点或以切开的试样表面中心为对称中心标记正方形。。

更优选的，步骤(3)中内部裂缝愈合产物表面覆盖率的测量过程具体为：

使用光学显微镜对采用切片法预制裂缝的试样裂缝表面进行拍照，每次拍照的位置均以标记的圆点作为成像中心点，且每次拍照高度与放大倍数一致；

然后，提取拍照影像中的愈合产物表面覆盖面积，内部裂缝愈合产物表面覆盖率P＝(∑m/a)/M，其中，P为内部裂缝愈合产物表面覆盖率，∑m为内部裂缝所有标记处愈合产物表面覆盖面积之和，a为标记处的总数，M为单个图片总区域的面积。

更优选的，标记的圆点的间距为0.5-1.5cm。

作为上述方案的一种更优选的实施方式，步骤(3)中内部裂缝愈合产物体积的测量过程具体为：

取养护后的采用切片法制备的水泥基材料试样，提取试样表面的愈合产物，然后，测量愈合产物的体积，则内部裂缝愈合产物体积为所有愈合产物的总体积与提取切片试样的总数之比，即：

V＝∑v/k，其中，V为内部裂缝愈合产物体积，∑v为愈合产物的总体积，k为提取的试样表面总数。

更优选的，标记的正方形边长为试样边长的8/10-9/10。

更优选的，切开的试样表面在标记前还采用砂纸打磨至光滑。具体为用240目、400目、800目、1200目和1500目砂纸打磨，每个砂纸打磨时间为10-15min，保证打磨后的切片表面足够光滑，以便后期可以准确、轻松地提取愈合产物，可提取愈合产物的试块表面为8±2个。

作为上述方案的一种优选的实施方式，步骤(2)中，水泥基试样进入水中养护时，保证裂缝方向与水平面垂直。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

以下实施例的水泥基材料裂缝自愈合的矿物外加剂，由膨胀矿物组分和晶核矿物组分组成，水泥组合物配比如表1所示。

将表1中各行列出的组分掺到一起制备配比为Ⅰ-Ⅱ的水泥组合物(水泥和矿物外加剂，水泥为P.O.52.5水泥)，再将质量占水泥组合物的30％的水加入上述配比Ⅰ-Ⅱ的水泥组合物中搅拌，在70mm×70mm×70mm的模具中成型，得到水泥基材料试样，其中一部分试样在成型过程中需采用插片法进行裂缝预制，插片长度为8cm，厚度为0.5mm，24小时后脱模，裂缝预制好之后用切割机沿与裂缝垂直方向切割，并用签字笔在裂缝内部沿裂缝方向做垂直于裂缝的标记，两个标记的间隔为1.5cm，共有4处标记，然后将两个试块按原来的状态固定在一起，并置于室温为20℃、湿度为45-55％的环境养护7d。

另一部分试样经成型、脱模后，同样放入室温为20℃、湿度为45-55％的环境7d，7d后用切片法预制裂缝，在切开试块表面竖直方向中线处标记圆点，需要每隔1cm进行标记，共计7个标记处；

第三部分试样经成型、脱模后，同样放入室温为20℃、湿度为45-55％的环境7d，7d后用切片法预制裂缝，以切开的试样表面中心为对称中心标记正方形，标记的正方形边长为试样边长的6/7，然后使用砂纸对标记区域进行打磨，共获得8个表面光滑的标记试块表面。

最后分别浸入水中养护28d，按照图1所示的步骤继续操作。

表1水泥组合物的配比/％

图2为基准组水泥基材料预制裂缝并养护成型后不同标记处的二维图像，图2a-图2d分别表示了标记1-标记4的二维图像，由图2可以看出，在处理后的二维图像中，可以清晰看到裂缝开口两端的白色愈合产物，然后使用软件可提取出白色物质的面积，具体结果见表2。

图3为矿物组内部裂缝愈合产物分布图像，其中图3a为矿物组愈合产物表面覆盖图，图3b为使用Image-Pro Plus6.0软件处理后的图像，其中灰色区域为愈合产物表面覆盖面积，由图3可以看出，经软件处理后，可以准确提取出切片表面愈合产物的覆盖面积，同样可以得出图片的总面积，进而计算出愈合产物表面覆盖率，具体结果见表3。

表2-4分别为内部裂缝愈合面积、内部裂缝愈合产物表面覆盖率和愈合产物体积计算结果，可以看出，掺加矿物组试样的内部裂缝愈合面积比基准组稍低，但是其内部裂缝愈合产物表面覆盖率和愈合产物体积均远高于基准组，综合分析可知，掺加矿物材料的试块具有更好的内部裂缝愈合效果。

表2内部裂缝愈合面积/mm²

表3内部裂缝愈合产物表面覆盖率/％

表4内部裂缝愈合产物体积/mm³

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)裂缝预制与标记：

采用插片法和/或切片法预制裂缝，并对预制好裂缝的水泥基材料试样标记；

(2)养护：

将预制好裂缝并标记后的水泥基材料试样浸入水中养护；

(3)获取养护后水泥基材料试样标记位置的内部裂缝愈合面积、内部裂缝愈合产物表面覆盖率和/或愈合产物体积，即得到表征水泥基材料自愈合效果的评价指标数据，并得到相应水泥基材料的自愈合评价结果。

2.根据权利要求1所述的一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，步骤(1)中插片法预制裂缝并标记的具体过程：

在水泥基材料成型时，在其内部与成型面垂直的方向***表面光滑的薄片，在水泥基材料完全凝固前，垂直将薄片从水泥基材料中缓慢拔出，形成裂缝宽度均匀的试样；然后，沿与裂缝垂直方向竖直切开试样，并在切开试样的内部表面沿与裂缝垂直的方向等间距标记划线；接着，将标记后的两块切开的试样按原状态固定在一起，即完成裂缝预制与标记。

3.根据权利要求2所述的一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，标记的间距为0.5-1.5cm。

4.根据权利要求2所述的一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，步骤(3)内部裂缝愈合面积的获取方法具体为：

首先，使用光学显微镜对采用插片法预制裂缝的标记位置拍照，每次拍照时控制裂缝在标记线的中间处，且每次拍照时的高度与放大倍数保持一致；

接着，将拍照后的影像处理成二维影像，再利用软件提取出所得二维影像中各段标记处的愈合面积，内部裂缝愈合面积则为所有标记处的愈合面积之和与标记处的总数做商，即：

S＝∑s/n，其中，S为内部裂缝愈合面积，∑s为所有标记处愈合面积之和，n为标记处的总数。

5.根据权利要求1所述的一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，步骤(1)中切片法预制裂缝的具体过程为：

取硬化成型后的水泥基材料试样，沿着与成型面垂直方向的中心处将其切开，对于愈合产物表面覆盖率测试，在试样切开的表面竖直方向的中心线处等间距标记圆点；对于愈合产物体积测试，以切开的试样表面中心为对称中心标记正方形。

6.根据权利要求5所述的一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，步骤(3)中内部裂缝愈合产物表面覆盖率的测量过程具体为：

使用光学显微镜对养护后的采用切片法预制裂缝的试样裂缝表面进行拍照，每次拍照的位置均以标记的圆点作为成像中心点，且每次拍照高度与放大倍数一致；

然后，提取拍照影像中的愈合产物表面覆盖面积，内部裂缝愈合产物表面覆盖率P＝(∑m/a)/M，其中，P为内部裂缝愈合产物表面覆盖率，∑m为内部裂缝所有标记处愈合产物表面覆盖面积之和，a为标记处的总数，M为单个图片总区域的面积。

7.根据权利要求5所述的一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，标记的圆点的间距为0.5-1.5cm。

8.根据权利要求5所述的一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，步骤(3)中内部裂缝愈合产物体积的测量过程具体为：

取养护后的采用切片法制备的水泥基材料试样，提取标记区域内试样表面的愈合产物，然后，测量愈合产物的体积，则内部裂缝愈合产物体积为所有愈合产物的总体积与提取切片试样的总数之比，即：

V＝∑v/k，其中，V为内部裂缝愈合产物体积，∑v为愈合产物的总体积，k为切片表面总数。

9.根据权利要求5所述的一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，标记的正方形边长为试样边长的8/10-9/10；

切开的试样表面在标记前还采用砂纸打磨至光滑。

10.根据权利要求1所述的一种水泥基材料内部裂缝自愈合效果评价方法，其特征在于，步骤(2)中，水泥基试样进入水中养护时，保证裂缝方向与水平面垂直。