土木工程材料自愈合行为的若干力学问题与研究进展

摘要

为适应未来基础设施和工业化建造需求,如何改变传统土木工程结构和材料组成,打造全新的具有智能能力的基础设施,已经成为新的研究热点.工程结构的抗损坏能力直接影响国家的社会成本和经济效益.为了减少维修养护费用、提升结构的服役寿命,一种可行的方案是建造能够进行损伤自我愈合的拟生命系统.近几年来,微胶囊、电沉积、感应加热、微生物自愈合等技术被应用于土木工程与道路工程中,有望提升工程结构的耐久性及稳定性,延长服役寿命.但是,为提升自愈合工程材料的使用性能、精准预估裂纹扩展轨迹、精确预测材料的使用寿命,需要进一步从机理上解释自愈合行为.本文首先总结了自愈合材料在土木工程中应用的发展历程及研究进展,随后从损伤力学和断裂力学角度出发,分析了在解释和预测自愈合行为时所面临的若干力学问题,并对现有考虑自愈合效应的本构模型及数值算法进行了梳理.为了进一步明确各内外因素对裂纹扩展-愈合的正负耦合效应,从力学角度提出了亟待解决的问题与挑战.