[发明专利]自修复水泥基材料的自修复效果评价方法

权利要求书

1.一种自修复水泥基材料的自修复效果评价方法，其特征是：

所述的自修复效果评价方法中所用的评价指标包括相对动态弹性模量、断裂行为、本构行为对比、抗弯刚度回复率和强度回复率，

按如下步骤依次实施：

步骤1：制备具有修复作用的水泥基材料的试件，所述试件分为A、B两个试验组，A组试件用于表征材料的断裂行为、本构行为和力学行为，B组试件用于表征材料内部损伤情况的变化，所述试件的基材包括水泥净浆、水泥砂浆和混凝土材料；

步骤2：所述试件到达28day的龄期后，对A组试件预制局部裂纹，所述局部裂纹通过切割或预置薄片的途径实现；对B组试件预制分散裂纹，所述分散裂纹通过预加载实现，预加载的方式包括预折和预压，预折通过万能伺服液压机实现，预压通过砂浆压力机实现；

步骤3：测试A组试件的断裂行为参数、本构行为、抗弯刚度、抗折强度和抗压强度这5个性能指标，测试B组试件超声波在材料表面的初始传递波速V_r0；

步骤4：将A、B组试件都置于混凝土标准养护条件即温度20±2℃、相对湿度95％的环境下，养护1day或3day完成自修复；

步骤5：对修复后的A、B组试件重复测试步骤3中的性能指标；即测试A组试件在自修复后的断裂参数、本构行为、抗弯刚度、抗折强度和抗压强度这5个性能指标，测试B组试件在自修复后的超声波在材料表面的传递波速V_r1；

步骤6：对步骤3与步骤5获得的测试数据进行计算处理，得出评价指标以评价修复效果，其中断裂行为包括应力强度因子回复率和断裂韧度回复率；

a.动态弹性模量E_d按(1)式计算：

Ed=2(1+μ)30.87+1.12μρVr2---(1),]]>

(1)式中：ρ——固体密度，μ——固体泊松比；

在(1)式中，取V_r＝V_r0，得B组试件的初始动态弹性模量E_d0；取V_r＝V_r1，得B组试件自修复后的动态弹性模量E_d1，则相对动态弹性模量P按(2)式计算：

P=Vr12Vr02×100%---(2);]]>

b.断裂行为包括应力强度因子回复率和断裂韧度回复率：

b.1应力强度因子回复率η(K_I)按(3)式计算：

η(KI)=KI(1)KI(0)×100%---(3);]]>

(3)式中：K_I(0)——试件初始应力强度因子；K_I(1)——试件修复后的应力强度因子；

(3)式中，应力强度因子K_I按(4)式计算：

KI=PMAXSBW32f(aW)---(4);]]>

(4)式中，为几何形状因子，按(5)式计算：

f(aW)=3(aW)12{1.99-aW(1-aW)[2.15-3.93aW+2.7(aW)2]}2(1+2aW)(1-aW)32---(5);]]>

(4)和(5)式中：P_MAX——最大载荷(N)，S——名义跨距(mm)，B——试件厚度(mm)，W——试件宽度(mm)，a——裂纹长度(mm)，括号内为所用的单位；

b.2断裂韧度回复率η(K_IC)按(6)式计算：

η(KIC)=KIC(1)KIC(0)×100%---(6);]]>

(6)式中：K_IC(0)——试件初始断裂韧度；K_IC(1)——试件修复后的断裂韧度；

(6)式中，断裂韧度K_IC按(7)式计算：

KIC=MMAXBH32f(aH)---(7);]]>

(7)式中：M_MAX按(8)式计算：

MMAX=(PMAX+G)S4---(8);]]>

(7)式中，为几何形状因子，按(9)式计算：

f(aH)=2.9(aH)12-4.6(aH)32+2.18(aH)52-37.6(aH)72+38.7(aH)92---(9);]]>

(7)～(9)式中：P_MAX——最大载荷(N)，M_MAX——最大跨中弯矩(N·mm)，G——加荷试件重量，B——试件厚度(mm)，H——试件高度(mm)，a——裂纹长度(mm)，S——名义跨距(mm)，括号内为所用的单位；

c.本构行为包括材料的力-位移曲线和应力-应变曲线：

c.1力-位移曲线通过万能伺服液压机实现，对比A组试件在自修复前后的力-位移曲线，以分析A组试件在自修复前后的最大荷载增长率η(P_MAX)，最大位移增长率η(D_MAX)，破坏过程以及破坏特征；

最大荷载增长率η(P_MAX)按(10)式计算：

η(PMAX)=PMAX(1)PMAX(0)×100%---(10);]]>

式(10)中：P_MAX(0)——试件初始加载的最大荷载；P_MAX(1)——试件修复后的第一次加载的最大荷载；

最大位移增长率η(D_MAX)按(11)式计算：

η(DMAX)=DMAX(1)DMAX(0)×100%---(11);]]>

式(11)中：D_MAX(0)——试件初始加载的最大位移；D_MAX(1)——试件修复后的第一次加载的最大位移；

c.2应力-应变曲线通过万能伺服液压机和应变片实现，对比A组试件在自修复前后的应力-应变曲线，以分析材料修复前后的受压变形过程，即水泥基材料内部裂缝的发生和发展过程的变化；

在c.1与c.2的修复前后测试曲线对比分析中，

1)在峰值的30％之内的阶段斜率越大，该测试材料的抵抗变形的能力越大，若经过修复后的材料测试曲线该阶段斜率明显增大，说明其抵抗变形的能力得到较好的改善；

2)由于水泥基材料为脆性材料，很难测试到曲线下降段的延伸，经过修复后，若曲线下降段随位移或应变的增长延伸趋势明显，说明该材料的韧性得到改善，脆性下降；

3)力-位移曲线或者应力-应变曲线与横坐标包围的面积在很大程度上能够表示材料在破坏过程中需要的能量，包围的面积越大，材料破坏需要的能量越大，若经过修复后的曲线与横坐标包围的面积明显增大，则说明材料得到了较好的修复，其使用性能得到明显改善；

d.抗弯刚度回复率η_P按(9)式计算：

ηP=PP0×100%---(12),]]>

(12)式中：P——预加载并修复后同组水泥浆体试件的抗弯刚度计算值，

P₀——完全破坏时同组水泥浆体试件的抗弯刚度计算值；

e.强度回复率包括抗折强度回复率和抗压强度回复率：

e.1抗折强度回复率η_f按(13)式计算：

ηf=RfRf0×100%---(13),]]>

(13)式中：R_f——预加载并修复后同组水泥浆体试件的抗折强度测定值，

R_f0——完全破坏时同组水泥浆体试件的抗折强度测定值；

e.2抗压强度回复率η_c按(14)式计算：

ηc=RcRc0×100%---(14),]]>

(14)式中：R_c——预压并修复后同组水泥浆体试件的抗压强度测定值MPa，

R_c0——完全破坏时同组水泥浆体试件的抗压强度测定值MPa。