一种微胶囊自修复材料全应力-应变曲线的预测方法技术

本发明专利技术提供一种微胶囊自修复材料全应力

【技术实现步骤摘要】
一种微胶囊自修复材料全应力
‑
应变曲线的预测方法


[0001]本专利技术涉及隧道与地下工程材料
，尤其涉及一种微胶囊自修复材料全应力
‑
应变曲线的预测方法及装置。

技术介绍

[0002]随着现代社会向智能化的发展，被动模式下的后期维护和定期维护已不能满足现代多功能智能建筑对混凝土材料的要求。受到生物领域自我修复现象的启发，材料科学家试图生产一种可以自动修复损伤的人造自修复材料。在这些人造自修复材料中，具有自修复功能的胶结复合材料成为建筑材料领域的热点之一，具有广阔的应用前景和研究价值。
[0003]仿生自修复混凝土基于生物组织自修复机制的概念，即在伤口部位自动分泌某些物质后伤口即可修复特性。基于此理念，将含有修复剂的胶囊或玻璃管特殊成分掺入混凝土的常规成分中，从而在混凝土内部形成智能的自修复网络系统。当混凝土材料破裂时，扩展的微裂缝会迫使玻璃管或胶囊载体破裂，从而导致修补剂从载体中流出并在毛细作用力或重力作用下渗透到裂缝中，进而在固化剂和催化剂的作用下，扩展的微裂纹发生化学反应以粘贴微裂纹表面，在防止微裂纹生长的同时恢复甚至改善材料的刚度，断裂韧性和强度等特性。封装修复剂的包装技术主要有两种，分别是微胶囊法和玻璃纤维管。与含玻璃纤维管的自修复混凝土相比，含微胶囊的自修复混凝土具有很多优点：材料加工相对容易，并且在许多情况下，微胶囊可以直接与混凝土混合物混合，这使得混凝土中的微胶囊分布更均匀，它们更有可能修复更多的微裂缝；同时，当胶囊破裂时，球形微胶囊可以具有更好的修复剂释放，并且可以减少由胶囊破裂后留下的空壳所产生的应力集中；并且，在释放修复剂之后，孔壁的残余应力相对较小；微胶囊的外壳材料大多是柔软的，可以更容易地吸收裂缝，从而显示出更好的自修复效果。含微胶囊自修复混凝土的自修复能力可以通过实验手段进行验证和量化分析。然而，这些实验只能定性地证明微胶囊自修复混凝土自修复能力，而无法揭示微胶囊自修复混凝土受荷载时的多尺度损伤
‑
修复力学机理。
[0004]目前，关于能描述微胶囊自修复混凝土受荷载时的多尺度损伤
‑
修复力学机理的细观力学模型还相对较少。针对拉伸载荷和压缩载荷作用下，韩凯航分别提出了微胶囊自修复混凝土的两种三维微观损伤
‑
修复力学模型。一些脆性材料如岩石、混凝土等的应力应变关系往往包括线弹性、非线性强化、应变软化等阶段。关于微胶囊自修复混凝土材料本构曲线预测方法的研究，现有的三维微观损伤
‑
修复力学模型主要集中于外荷载达到承载极限之前的非线性弹性阶段，未能反应和预测自修复混凝土材料峰值后的软化阶段。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种微胶囊自修复材料全应力
‑
应变曲线的预测方法及装置，以解决三维条件下现有的微观损伤
‑
修复力学模型由于主要集中于外荷载达到承载极限之前的非线性弹性阶段，未能反应和预测水泥基材料峰值后的软化阶段的问题。
[0006]本专利技术提供一种微胶囊自修复材料全应力
‑
应变曲线的预测方法，该方法包括：
[0007]判断自修复混凝土材料中是否含有微胶囊；
[0008]若否，则所述自修复混凝土材料为常规混凝土材料，计算三维条件下受拉伸荷载常规混凝土材料全应力
‑
应变曲线；
[0009]若是，则判断所述自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度荷载，若所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载大于等于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，则所述自修复混凝土材料为含强愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，计算三维条件下受拉伸荷载含强愈合剂微胶囊自修复混凝土材料全应力
‑
应变曲线；若所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载小于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，则所述自修复混凝土材料为含弱愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，计算三维条件下受拉伸荷载含弱愈合剂微胶囊自修复混凝土材料全应力
‑
应变曲线。
[0010]优选地，计算三维条件下受拉伸荷载常规混凝土材料全应力
‑
应变曲线的公式为：
[0011]线弹性阶段：
[0012]非线性强化阶段：
[0013][0014]应力跌落阶段：
[0015]应变软化阶段：
[0016][0017]其中，ε表示混凝土试样的应变，σ表示混凝土试样的应力，ν表示混凝土试样的泊松比，n
c
表示微裂纹空间分布密度，E表示混凝土的初始弹性模量，a0表示微裂纹初始半径，a
u
表示微裂纹扩展后半径，K
ICC
表示混凝土基材的断裂韧度。
[0018]优选地，若所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载大于等于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，则所述自修复混凝土材料为含强愈合剂微胶囊自修复混凝土材料；若所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载小于不含微胶囊的自修复混凝材料土中微裂纹的原始断裂荷载，则所述自修复混凝土材料为含弱愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，包括：
[0019]若则所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载大于等于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，所述自修复混凝土材料为含强愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，
[0020]其中，
[0021]σ
cc
表示不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，K
ICC
表示未修复的微裂纹断裂韧度，θ
h1
表示未修复与修复的微裂纹交界处的空间倾角，α
u
表示经历第一次扩展后的微裂纹的半径，σ
hc
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度荷载，K
hIC
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度，α
h
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后修复的微裂纹的半径；
[0022]若则所述修复的微裂纹断裂荷载小于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，所述自修复混凝土材料为含弱愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，
[0023]其中，
[0024]σ
cc
表示不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，K
ICC
表示未修复的微裂纹断裂韧度，θ
h1
表示未修复与修复的微裂纹交界处的空间倾角，α
u
表示经历第一次扩展后的微裂纹的半径，σ
hc
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度荷载，K
hIC
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度，α
h
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后修复的微裂纹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微胶囊自修复材料全应力
‑
应变曲线的预测方法，其特征在于，包括：判断自修复混凝土材料中是否含有微胶囊；若否，则所述自修复混凝土材料为常规混凝土材料，计算三维条件下受拉伸荷载常规混凝土材料全应力
‑
应变曲线；若是，则判断所述自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度荷载，若所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载大于等于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，则所述自修复混凝土材料为含强愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，计算三维条件下受拉伸荷载含强愈合剂微胶囊自修复混凝土材料全应力
‑
应变曲线；若所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载小于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，则所述自修复混凝土材料为含弱愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，计算三维条件下受拉伸荷载含弱愈合剂微胶囊自修复混凝土材料全应力
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应变曲线。2.根据权利要求1所述的微胶囊自修复材料全应力
‑
应变曲线的预测方法，其特征在于，计算三维条件下受拉伸荷载常规混凝土材料全应力
‑
应变曲线的公式为：线弹性阶段：非线性强化阶段：应力跌落阶段：应变软化阶段：
其中，ε表示混凝土试样的应变，σ表示混凝土试样的应力，ν表示混凝土试样的泊松比，n
c
表示微裂纹空间分布密度，E表示混凝土的初始弹性模量，a0表示微裂纹初始半径，a
u
表示微裂纹扩展后半径，K
ICC
表示混凝土基材的断裂韧度。3.根据权利要求1所述的微胶囊自修复材料全应力
‑
应变曲线的预测方法，其特征在于，若所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载大于等于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，则所述自修复混凝土材料为含强愈合剂微胶囊自修复混凝土材料；若所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载小于不含微胶囊的自修复混凝材料土中微裂纹的原始断裂荷载，则所述自修复混凝土材料为含弱愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，包括：若则所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载大于等于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，所述自修复混凝土材料为含强愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，其中，σ
cc
表示不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，K
ICC
表示未修复的微裂纹断裂韧度，θ
h1
表示未修复与修复的微裂纹交界处的空间倾角，α
u
表示经历第一次扩展后的微裂纹的半径，σ
hc
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度荷载，K
hIC
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度，α
h
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后修复的微裂纹的半径；若则所述修复的微裂纹表面断裂韧度荷载小于不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，所述自修复混凝土材料为含弱愈合剂微胶囊自修复混凝土材料，其中，σ
cc
表示不含微胶囊的自修复混凝土材料中微裂纹的原始断裂荷载，K
ICC
表示未修复的微裂纹断裂韧度，θ
h1
表示未修复与修复的微裂纹交界处的空间倾角，α
u
表示经历第一次扩展后的微裂纹的半径，σ
hc
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度荷载，K
hIC
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后被修复的微裂纹表面断裂韧度，α
h
表示自修复混凝土材料中微胶囊所含愈合剂固化后修复的微裂纹的半径。4.根据权利要求1所述的微胶囊自修复材料全应力
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应变曲线的预测方法，其特征在于，计算三维条件下受拉伸荷载含强愈合剂微胶囊自修复混凝土材料全应力
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应变曲线的公式为：线弹性阶段：
非线性阶段：应力跌落阶段：应变软化阶段：
其中，其中，ε表示混凝土试样的应变，σ表示混凝土试样的应力，ν表示混凝土试样的泊松比，n
c
表示微裂纹空间分布密度，E表示混凝土的初始弹性模量，a0表示微裂纹初始半径，a
u
表示微裂纹扩展后半径，K

【专利技术属性】
技术研发人员：孔恒，郭飞，韩凯航，张丽丽，姜瑜，鲁赟，高胜雷，
申请(专利权)人：北京高新市政工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：