自愈合材料在土木工程中的應(yīng)用自愈合(self-healing)的概念源于生物學(xué)中的自愈合能力,構(gòu)成生物體的材料是一個(gè)伴隨著生物進(jìn)化而逐步優(yōu)化的功能系統(tǒng)，其最突出的特性之一是受到外界損傷之后具有自愈合能力和再生功能。生物體從分子水平(如DNA修復(fù))到宏觀水平(如皮膚小傷口的愈合)均存在自愈合現(xiàn)象，該現(xiàn)象涉及到細(xì)胞、組織的修復(fù)和再生與生物體的繁殖、功能維持以及抵御外界侵害能力密切相關(guān)，如健康的骨骼、皮膚和肌肉能通過周期性地消耗和再生循環(huán)防止由于組織老化和疲勞引起的缺陷。然而傳統(tǒng)材料并不具有自愈合性能，將自愈合的概念拓展到材料科學(xué)則具有仿生學(xué)的意義。目前，在航天、軍工、橋梁、房屋建筑以及組織工程等領(lǐng)域中所使用的傳統(tǒng)材料可能在加工或使用過程中發(fā)生斷裂或破壞,并且材料內(nèi)部的微觀裂紋難于檢測(cè)和修復(fù)，不僅縮短了材料的使用壽命,而且還隱藏有嚴(yán)重的安全隱患，威脅到人們的生命安全。因此，自愈合材料的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的科學(xué)意義和廣闊的應(yīng)用前景，例如可延長在能源生產(chǎn)建設(shè)(如風(fēng)能、太陽能光伏、太陽能熱)，新型照明器件(如發(fā)光二極管)以及組織工程(如人工軟骨、人工皮膚)中作為關(guān)鍵部件的材料的使用壽命，從而顯著提高材料安全性，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益。通過材料的自愈合能力從而提高材料的耐久性這一研究方向成為以節(jié)能為當(dāng)今世界發(fā)展主題的熱點(diǎn)。在土木工程中，自愈合能力主要體現(xiàn)在智能混凝土、自愈合涂層（self-healingpolymercoatings）等。1.

自愈合混凝土混凝土結(jié)構(gòu)失效的主要原因是微裂縫的擴(kuò)展，所以及時(shí)對(duì)擴(kuò)展裂縫進(jìn)行修復(fù)就可以很好地減緩失效。但若采用人工修復(fù)技術(shù)不僅延誤了最佳修復(fù)時(shí)間，并且耗費(fèi)人力財(cái)力。如果混凝土能在產(chǎn)生裂縫后立刻做出反應(yīng)自行愈合，那么結(jié)構(gòu)修復(fù)的經(jīng)濟(jì)性和有效性就會(huì)大大提高。

1925年學(xué)者Abrams第一個(gè)發(fā)現(xiàn)了混凝土的自行愈合現(xiàn)象，開裂試件在戶外放置8a后愈合了裂縫，并提高了抗壓強(qiáng)度。這一發(fā)現(xiàn)使通過混凝土自愈合而修復(fù)結(jié)構(gòu)變得可行。因此，一些學(xué)者開始進(jìn)行混凝土裂縫自愈合的研究。雖然國外一些專家對(duì)自愈合混凝土作了一些工作,但是從自愈合混凝土的發(fā)展來看,目前尚有許多問題需要解決。例如,有關(guān)修復(fù)粘結(jié)劑的選擇、封入的方法、流出量的調(diào)整、釋放機(jī)理的研究、纖維或膠囊的選擇、分布特性、其與混凝土的斷裂匹配的相容性、愈合后混凝土耐久性能的改善等問題,研究尚不完全,還有大量的工作需要做。特別是對(duì)自愈合混凝土在實(shí)際生產(chǎn)中的制備和應(yīng)用上所存在的問題,以上這些方法目前尚不能很好的解決。解決好這一問題將對(duì)自愈合混凝土今后的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。仿生自愈合混凝土的發(fā)展,無論從理論上還是實(shí)際應(yīng)用上都還需進(jìn)一步的完善。技術(shù)上應(yīng)當(dāng)探尋使用不同的方法。如在實(shí)際應(yīng)用中可對(duì)混凝土局部易開裂處采用自愈合處理,而無須整體實(shí)施自愈合方案,在理論上也可以考慮研究梯度型的自愈合混凝土。此外,自愈合混凝土作為一種智能混凝土材料,其未來發(fā)展應(yīng)既是高性能的建筑結(jié)構(gòu)材料,同時(shí)又具有優(yōu)異的智能性能,真正達(dá)到混凝土材料結(jié)構(gòu)-智能一體化的境界。這就需要在自愈合混凝土的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步

融入信息科學(xué)的內(nèi)容,如感知、識(shí)別、和控制驅(qū)動(dòng)等。從而達(dá)到適應(yīng)環(huán)境、調(diào)節(jié)環(huán)境、材料和結(jié)構(gòu)健康狀況的自診斷和自修復(fù)等目的。使其具有多種完善的仿生功能,包括骨骼系統(tǒng)(基材)提供的承載能力、神經(jīng)系統(tǒng)(傳感網(wǎng)絡(luò))提供的監(jiān)測(cè)和感知能力、肌肉系統(tǒng)(驅(qū)動(dòng)元件)提供的調(diào)整響應(yīng)能力和免疫系統(tǒng)(修復(fù)元件)提供的康復(fù)能力。發(fā)展智能混凝土是智能化時(shí)代的產(chǎn)物,智能混凝土材料作為建筑材料領(lǐng)域的高新技術(shù),為傳統(tǒng)建材的未來發(fā)展注入了新的內(nèi)容和活力,也提供了全新的機(jī)遇。通過對(duì)其基礎(chǔ)理論及其應(yīng)用技術(shù)深入研究將使傳統(tǒng)的混凝土材料發(fā)展步入科技創(chuàng)新軌道,使傳統(tǒng)混凝土工業(yè)獲得新的、突破性的飛躍。2、

自愈合涂層

涂層是對(duì)金屬腐蝕進(jìn)行防護(hù)的有效手段之一。但涂層在涂裝及使用過程中容易發(fā)生缺陷，如鼓泡、針孔、絲狀腐蝕等。涂層缺陷使小面積的金屬暴露在腐蝕介質(zhì)中，引發(fā)局部腐蝕，導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。為了防止涂層缺陷造成破壞，研究人員嘗試制備具有自愈合功能的涂層。自愈合涂層是能夠進(jìn)行自我修復(fù)的涂層，當(dāng)涂層破損時(shí)能夠自動(dòng)修復(fù)，防止基體與腐蝕介質(zhì)的接觸，從而避免腐蝕。自愈合涂層是自愈合材料中的一類。最初，研究者將填充有引發(fā)劑和單體的聚合物微米容器添加到涂層中，當(dāng)聚合物涂層出現(xiàn)損壞時(shí)，涂層中的微米容器發(fā)生機(jī)械變形，釋放出單體和催化劑，單體在涂層缺陷處聚合修復(fù)涂層，實(shí)現(xiàn)涂層的自愈合。這種方法所使用的微米容器通常較大（通常為幾十到幾百微米），不適用于較薄的涂層。后來研究者采用對(duì)腐蝕性介質(zhì)的某些性質(zhì)敏感的微納米容器封裝緩蝕劑，并添加到涂層中。該種方法所使用的微納米容器較小，涂層發(fā)生破裂時(shí)，微納米容器可以釋放出緩蝕劑對(duì)金屬起到保護(hù)作用。美國哈佛大學(xué)應(yīng)用科學(xué)家仿照豬籠草的疏水策略，開發(fā)出了一種極為光滑的涂層材料，幾乎能排斥包括血液、油在內(nèi)的任何液體，甚至在高壓、冰凍等極端環(huán)境條件下，仍能保持排斥液體或固體的能力。這種仿生疏流技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)流體處理、燃料運(yùn)輸、防污、防凍等方面有著廣泛應(yīng)用，甚至有望帶來一種能自動(dòng)清潔的窗戶和改良型光學(xué)設(shè)備。

豬籠草是一種葉子像水杯的食蟲植物，尤其在雨后，其葉子表面會(huì)變得幾乎無摩擦，散發(fā)出甜味，吸引螞蟻、蜘蛛、甚至小青蛙。豬籠草的疏水策略與其他植物完全不同，它能在頂部形成一件光滑的外衣，把液體本身變成了疏水面。受其啟發(fā)，研究人員將一種潤滑液注入具有納米微結(jié)構(gòu)的透氣性材料中，制成了這種名為“SLIPS”的疏水表面，意為“灌注液體的光滑透氣表面”這是一種自修復(fù)的光滑液體注入式多孔表面,將研發(fā)的潤滑液注入具有納米微結(jié)構(gòu)的材料中。它能夠抵御大多數(shù)的液體,水滴可