隧道衬砌用高延性水泥基复合材料（ECC）的自愈合及抗渗研究

自愈合水泥基材料（SHCC）是近二十年来国际水泥材料研究的热点、重点、难点课题之一。而隧道衬砌混凝土的裂损及其渗漏水问题则是我国隧道工程界长期悬而未决的难题之一。鉴于衬砌混凝土开裂的常态及裂缝宽度的不确定性，本项目利用多缝开裂、高延性的ECC材料发展自愈合SHCC材料来实现抗渗的目的。在ECC微裂缝（平均约60微米宽）中，通过材料内部活性成分的二次反应或碳酸钙的沉淀结晶来使裂缝愈合，从而提高抗渗性。..依据衬砌混凝土抗渗防裂的要求，本项目从下述方面展开研究：a) 基于微观力学的ECC衬砌水泥基材料的设计； b)材料变化对ECC衬砌材料的自愈合行为影响机理；c) 环境变量和自愈合形为的关系；d) 基于ECC的自愈合SHCC在典型环境变量组合下的渗透性研究。本项目的研究成果将丰富隧道工程抗渗理论和实践，深化认识基于ECC的SHCC的自愈合机理及其抗渗性能，使我国在这一领域的研究达到国际水平。

在2010-2013年间，项目研究进展顺利，基于本项目的资助，本研究小组在国内外期刊发表学术论文11篇（其中3篇被SCI检索，6篇EI检索，1篇被ISTP检索），成功申请专利2项。本研究小组成员多次赴国外参加国际学术交流活动，并与美国密歇根大学成功的实现了对博士生的联合培养。. 自愈合水泥基材料（SHCC）是近二十年来国际水泥材料研究的热点、重点、难点课题之一。而隧道衬砌混凝土的裂损及其渗漏水问题则是我国隧道工程界长期悬而未决的难题之一。鉴于衬砌混凝土开裂的常态及裂缝宽度的不确定性，本项目利用多缝开裂、高延性的ECC 材料发展自愈合SHCC 材料来实现抗渗的目的。在ECC 微裂缝（平均约60 微米宽）中，通过材料内部活性成分的二次反应或碳酸钙的沉淀结晶来使裂缝愈合，从而提高抗渗性。. 本研究组基于国内原材料成功的发展出了满足“低强度（C20/C25）、高流动性、高延性”的隧道衬砌用ECC材料基本配比。此外，鉴于日本PVA纤维十分昂贵，本项目还成功的利用国产PVA纤维研发了满足隧道衬砌材料要求的ECC材料，大大降低了材料成本，开创了基于国产PVA纤维研制ECC材料的先河，同时为国内ECC的研究与应用推广工作奠定了基础并具有指导意义。. 实验结果表明，提高粉煤灰的掺量或掺加橡胶粉可以增大ECC的延性，同时降低裂缝开裂宽度，从而有益于开裂混凝土的抗渗能力。此外，在一定的养护条件下，已经开裂的裂缝发生了自愈合现象，被白色残留物填充，从而密封了水渗透的通道，经环境电子扫描显微镜（ESEM）与能谱分析（EDS）发现自愈合产物主要是有CaCO3与CSH组成。. 粉煤灰掺量的不同也会影响ECC的自愈合行为，在本研究中，采用了3中不同粉煤灰掺量（粉煤灰与水泥的质量比FA/C分别为1.2,2.2,4.0）。其中FA/C=4.0的配比由于裂缝宽度最小，自愈合效果最好。此外，本项目研究了养护条件（水养护、饱和氢氧化钙养护、60℃热水养护）与试件预裂龄期（28天、90天）对自愈合的影响。结果表明：饱和氢氧化钙与60℃热水有利于加速自愈合进程；开裂龄期早的裂缝的自愈合能力较好。. 本项目的研究成果将丰富隧道工程抗渗理论和实践，深化认识基于ECC 的SHCC 的自愈合机理及其抗渗性能，使我国在这一领域的研究达到国际水平。