裂缝自修复效果是评价材料功能恢复水平的重要依据。为实现水泥基材料裂缝全断面修复效果的综合评定, 开展了基于接触电阻理论的裂缝自修复评价方法研究, 包括导电材料选择与优化、测试参数优化和计算方法推导等。结果表明, 0.3%体积掺量碳纤维能有效降低水泥基材料电阻率, 并同步改善力学性能。测量电压对电阻率测试结果无显著影响, 电阻率随接触压力的增加逐渐降低。自修复过程即裂缝面接触形式变化的过程, 同时伴随接触电阻的变化, 从而可以构建接触电阻与自修复效果的定量计算公式。该方法仅与修复产物在裂缝面的分布数量有关, 不受空间分布形式影响。研究结论为水泥基材料自修复效果定量表征提供借鉴。

微胶囊作为一种新型材料，以其设计性强、在基体中易于分散、延长芯材的时效性、实现自修复的智能性等优势受到科研工作者和业界的广泛关注。详细介绍了自修复微胶囊的设计、制备，总结了微胶囊的化学、物理修复机制，重点探讨了自修复微胶囊的在混凝土中的应用研究进展，分析并指了微胶囊在囊芯囊壳制备、与水泥构效关系、修复效果评估等方面所面临的挑战和未来的发展方向。旨在为未来微胶囊在混凝土中的生产与应用提供一定的参考。

基于Collins公式推导了扭曲椭圆高斯谢尔模光束在经过高斯吸收型障碍物后传输的场分布解析表达式，得到了一种有效增强光束自修复能力的基础扭曲光束模型，分析了光源各参数对光束自修复特性的影响，揭示了光束强度、相干度和轨道角动量通量密度在被障碍物部分遮挡后传输的规律以及三者之间的内在联系，解释了扭曲光束自修复特性的内在原理。研究表明，适当减小相干长度和扭曲因子可以在保留扭曲光束特性的同时增强光束的自修复能力。该研究结论有助于优化部分相干光在自由空间传输的整体性能，在自由空间光通信、激光雷达、遥感成像等领域具有潜在的应用价值。

开裂是混凝土结构常见的病害，裂缝为外界水和侵蚀性介质提供了通道，侵蚀性介质的进入会导致混凝土耐久性能加速劣化，严重影响工程结构的服役寿命。为有效阻止有害离子的侵入，延长构件服役期限，裂缝的及时修补是目前建筑业所共同面临的问题。微生物自修复混凝土受到了研究学者的广泛关注，与传统混凝土不同，微生物自修复混凝土赋予结构裂缝自诊断、自修复的功能，其主要修复体系可分为两种：一元修复体系和多元修复体系。本文从两种不同修复体系角度分析了微生物自修复混凝土的修复效果，总结了各体系下面临的关键问题，对比了两种体系下自修复效果的优缺点，并展望了基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复研究的发展方向。对已有研究成果总结发现，若以一种具有矿化功能的核心菌体为基础，再加入厌氧型细菌辅助矿化，可实现裂缝深度修复，这种新型矿化体系为基于微生物矿化的自修复混凝土的研究提供了新思路。

在自修复水泥基材料中, 微胶囊与水泥基体间的界面结合决定着微胶囊被裂缝触发的概率, 从而影响自修复效果。本文针对吸水性微胶囊的界面结合问题, 利用硅烷偶联剂KH550修饰环氧/海藻酸钙微胶囊表面, 以改善其与水泥基体间的界面结合情况。采用X射线光电子能谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪等表征硅烷偶联剂在微胶囊表面的键合状况, 利用压汞法分析水泥基材料的孔结构, 并测试水泥基材料的抗渗性与自修复效果。结果表明, 硅烷偶联剂能够与微胶囊外壁的海藻酸钙发生化学键合, 微胶囊与水泥基体间的界面结合得到有效改善, 水泥基体中有害孔数量减少, 无害孔和少害孔数量增加, 水泥基材料的抗渗性和自修复效果获得提升。

微生物矿化（MICP）能够有效实现混凝土的裂缝自修复，但水泥水化和高碱环境会对微生物生存产生不利影响，因此需要选择一种合适载体。再生粗骨料可作为微生物的良好载体以制备裂缝自修复混凝土，同时MICP可以有效地修复再生粗骨料缺陷并增强其物理力学性能。本文提出一种基于混菌矿化增强粗骨料的裂缝自修复再生混凝土制备方法，确保其既有足够的力学性能又具备良好的裂缝自修复性能。首先筛选一种矿化效率较高的好氧嗜碱混菌，然后采用混菌矿化增强后的再生骨料制备再生混凝土，并考察其裂缝自修复能力。试验结果表明：混菌矿化能够显著增强再生骨料物理力学性能，经混菌矿化增强5 d后的再生骨料可以有效地固载混菌；基于混菌矿化的再生混凝土呈现出比纯菌更优异的裂缝自修复能力；采用再生骨料为混菌载体的混凝土裂缝自修复能力优于以陶粒固载混菌的混凝土，其最大完全修复裂缝宽度达0.47 mm。该成果可为建筑垃圾资源化利用和再生混凝土耐久性能研究提供参考。

近些年来, 对于混凝土裂缝的修复, 微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)已成一种高效和环境友好的技术。本文选用一种可在低温环境下生长的矿化微生物, 然后在碱性溶液中研究Ca2+浓度、pH值和钙化速率的变化, 来揭示微生物诱导矿化的动态过程。随后, 将此微生物应用到混凝土裂缝自修复中, 同时采用裂缝愈合率和渗水系数来表征混凝土裂缝的自修复效果。试验结果表明, 微生物能够快速降低溶液中的Ca2+浓度, 并提高钙化速率, 矿化产物主要是球状方解石CaCO3。对于宽度小于0.50 mm的早期混凝土裂缝, 在10 ℃的养护温度下, 28 d修复后裂缝表面基本能被白色物质填充, 渗水系数下降2个数量级, 并且裂缝区修复产物主要是大小不一的球状方解石CaCO3。

以热膨胀微球、石蜡和石墨为原料制备了一种快速修复混凝土裂缝的新型微波加热自修复功能材料(MHSFM)。研究了热膨胀微球掺量对MHSFM体积膨胀率的影响, 测试了在微波作用下MHSFM和掺加MHSFM砂浆的升温速率, 评价了MHSFM掺量对砂浆力学性能、抗渗性能和自修复性能的影响。结果表明, MHSFM的体积膨胀率随着热膨胀微球掺量增加而增大。在微波作用下, 砂浆的升温速率随MHSFM掺量的增加而明显加快。MHSFM对砂浆的力学性能和抗渗性能有一定的影响, 但会显著增强砂浆的自修复性能, 掺加12%(质量分数)MHSFM的砂浆在微波作用下可快速愈合0.53 mm的裂缝。

为了延长混凝土的使用寿命, 发展了一种2,6-二［N-(羧乙基羰基)氨基］吡啶(DAP)超分子水凝胶驱动自修复水泥基材料和诱导羟基磷灰石自修复技术。DAP超分子水凝胶通过负载NH4H2PO4, 在碱性条件下实现修复剂的智能化响应释放。将负载修复剂的DAP超分子水凝胶和中空玻璃管复合制备自修复构件, 并开展了裂缝修复和护筋性能试验。结果表明: 经过28 d的修复, 0.592 mm宽的裂缝表面被修复, 修复产物为羟基磷灰石; 加入修复构件后, 能够减缓钢筋锈蚀。在裂缝处, 自修复成分释放后生成的修复产物使得裂缝的底部被填堵, 阻隔了有害离子和气体的入侵通道。

高空间相干性是激光束的重要属性之一,在很多实际应用中,低相干性激光束即部分相干光束表现出独特的优越性,如关联成像(“鬼”成像)、亚瑞利成像、大气激光通讯、微粒操控、激光探测、微粒散射等。传统的部分相干光束具有高斯关联相干结构,近年来,对部分相干光束相干结构的调控引起了学者的广泛关注,具有非高斯关联相干结构的新型部分相干光束展现出很多奇异的特性,如自整形、自聚焦、自分裂、超强自修复等。调控激光相干结构可以用来有效地抵抗大气湍流引起的扰动、测量涡旋光束的轨道角动量、突破衍射极限以及实现纵向光场整形等。介绍了激光相干性调控研究进展,阐述了一种新颖的光束调控方法。