混凝土作為目前使用最廣的建筑材料,由于其異質(zhì)性和低抗拉強度在服役期間很容易產(chǎn)生開裂。而裂縫的存在不僅會降低混凝土結(jié)構(gòu)的承載力,更會降低結(jié)構(gòu)抵抗有害物侵蝕的能力。如果裂縫未能被及時修補,可能會發(fā)生材料的失效以及結(jié)構(gòu)的破壞,進而可能引發(fā)經(jīng)濟損失甚至是人員傷亡等嚴(yán)重后果。為滿足建筑可持續(xù)性發(fā)展的需求,在傳統(tǒng)的事后修補和定時維護的方式的基礎(chǔ)上,出現(xiàn)了混凝土自愈合的概念,為解決混凝土耐久性難題提供了新的思路。本文在文獻(xiàn)總結(jié)和前期試驗的基礎(chǔ)上,嘗試通過以添加摻合料的形式提升混凝土的自愈合能力。本文利用陶粒這種多孔骨料作為碳酸鈉的容器并組合使用膨脹劑和結(jié)晶添加劑等外加劑來實現(xiàn)混凝土裂縫的自愈合;基于評價自愈合效率的需求,設(shè)計了內(nèi)置特型鋼絲網(wǎng)的預(yù)制可控裂縫方法;提出利用圖像處理技術(shù)測量裂縫面積并以裂縫面積的變化來評估自愈合效率的評價方法;設(shè)計制作氣體滲透性測試裝置,并通過對優(yōu)選配比試樣的氣體滲透性測試驗證其修復(fù)效率;通過結(jié)合X射線衍射儀和環(huán)境掃描電鏡等材料分析手段對于自愈合機理進行分析討論。此外,本文還對混凝土的流動度、強度演化、電阻率變化、抗氯離子滲透及鋼筋極化電阻進行了測試,評估該自愈合摻合料體系對于混凝土性能的影響;并設(shè)計制作封裝型陶粒來升級改善該自愈合摻合料體系。根據(jù)試驗研究得到以下主要結(jié)論:(1)針對40*40*160mm棱柱體和φ50*50mm圓餅形兩種樣品設(shè)計了兩種裂縫制作方法。其中,對φ50*50mm圓餅形樣品利用有限元方法分析不同配筋形式下的損傷過程,并優(yōu)選出內(nèi)置缺口鋼絲網(wǎng)作為制作裂紋可控水泥基樣品的方案。兩種方法所得裂縫寬度均在0-200μm之間,良好地解決了損傷引入及重復(fù)性制作的問題。(2)提出了組合利用摻合料(硫鋁酸鈣膨脹劑、結(jié)晶添加劑、磷酸氫鈣)和吸附碳酸鈉陶粒的自修復(fù)體系。通過靜水養(yǎng)護后表面裂縫的愈合行為初步驗證了該體系的可行性。利用正交實驗設(shè)計(L9_3~4)對提出的自修復(fù)體系進行配合比優(yōu)化,以裂縫面積愈合率作為自愈合效率評估指標(biāo),優(yōu)選出具有較高自愈合潛力的配合比(II-5和II-7)。II-7和II-5的預(yù)開裂樣品在靜水養(yǎng)護28天后平均裂縫面積閉合率分別達(dá)到0.7678和0.6854。通過氣體滲透性測試再次驗證了優(yōu)選配比的自愈合能力,靜水中養(yǎng)護28天后實驗II-7組最大恢復(fù)效率達(dá)到了0.6528。(3)X射線衍射儀和環(huán)境掃描電鏡等結(jié)果表明裂縫自愈合產(chǎn)物主要是方解石。對比無自愈合摻合料的樣品,在含有自愈合摻合料體系的樣品中修復(fù)產(chǎn)物不僅生成量更多并且能在裂縫更深處形成。最后提出內(nèi)置碳源概念解釋該體系自修復(fù)的機理。(4)針對優(yōu)選配比(II-5和II-7)對混凝土工作性能的影響,分別測試了含有自愈合摻合料體系混凝土和空白組混凝土的流動度、強度演化、電阻率變化、抗氯離子滲透及鋼筋極化電阻。試驗結(jié)果表明,該自愈合摻合料體系對于混凝土和易性和強度均有提升。摻合料體系的加入會推遲電阻率最低點的出現(xiàn)時間,并顯著增大基體7天齡期電阻率。在滲透性方面,實驗組II-5和II-7的氯離子擴散系數(shù)D分別為8.08和8.50低于空白組氯離子擴散系數(shù)10.18。但同時發(fā)現(xiàn),該自愈合摻合料體系加入后會提高鋼筋活性狀態(tài)。(5)利用環(huán)氧樹脂包覆陶粒和硅粉分離樣品的封裝方法實現(xiàn)了對陶粒的封裝。通過熱穩(wěn)定性測試和離子擴散測試評價和驗證該方法的封裝效果:封裝樣品60℃下3h平均質(zhì)量損失為2.73%;在去離子水中浸泡336h(14d)后,氯離子擴散量為吸附氯離子總含量的1.07%。此外在表面愈合測試中,封裝后陶粒自愈合摻合料體系均表現(xiàn)出一定的自愈合能力。
【學(xué)位單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

Fig.1-3 Different causes that can lead to autogenic self-healing[5].圖 1-3 幾種導(dǎo)致自生修復(fù)的機理[5]自主修復(fù)的實現(xiàn)則是由于添加修復(fù)媒介，如中空玻璃管、形狀記憶合實現(xiàn)。十年來各地研究者對于水泥基材料自修復(fù)進行了大量的實驗研究和探創(chuàng)新。下面的幾節(jié)中，分別簡要介紹了幾種目前水泥基材料中研究熱式。于微膠囊自修復(fù)技術(shù)微膠囊來實現(xiàn)自修復(fù)的概念最開始是由 S. R. White 等人[6]在《自然聚合法將烯烴聚合和高分子體系等合成整體，并成膜用于作為修補材用微膠囊實現(xiàn)自修復(fù)只需要通過添加適當(dāng)?shù)男迯?fù)劑作為囊芯即可，并可以根據(jù)需求來設(shè)計。因此微膠囊作為修復(fù)載體被認(rèn)為是一種優(yōu)秀的

ig. 1-4 Self-healing based on microcapsule[圖 1-4 微膠囊自修復(fù)[8]cal healing mechanism of microcapsules bas1-5 基于物理觸發(fā)微膠囊自修復(fù)的四種機囊技術(shù)實現(xiàn)自修復(fù)已經(jīng)得到了很大的研究者們提出了很多可以用于生成囊實現(xiàn)微膠囊的智能化。國內(nèi)深圳大學(xué)體系通過 pH 值的變化來精確觸發(fā)膠時間的函數(shù)并且該體系對鋼筋腐蝕有

Fig. 1-5 Physical healing mechanism of microcapsules based materials[7].圖 1-5 基于物理觸發(fā)微膠囊自修復(fù)的四種機制[7]這些年來利用微膠囊技術(shù)實現(xiàn)自修復(fù)已經(jīng)得到了很大的發(fā)展，并且有了很多破。除了聚合材料外，研究者們提出了很多可以用于生成囊壁的材料。如化學(xué)觸的囊壁材料也被開發(fā)來實現(xiàn)微膠囊的智能化。國內(nèi)深圳大學(xué)王延帥[9]提出了一種發(fā)型的微膠囊體系，該體系通過 pH 值的變化來精確觸發(fā)膠囊破裂釋放修復(fù)物，明微膠囊的釋放過程是時間的函數(shù)并且該體系對鋼筋腐蝕有保護作用。此外，很的囊芯材料被開發(fā)用作修復(fù)劑，如環(huán)戊二烯聚體、氫氧化鈉、環(huán)氧樹脂、單氟硅酸蒙大納州立大學(xué)的 Yang[10]則是以石油和硅膠分別作為囊芯與囊壁的膠囊體系。系中甲基丙烯酸甲酯單體和三乙基硼烷分別作為愈合劑和催化劑，并利用氣體滲疲勞加載證實了該體系的可行性。深圳大學(xué)王險峰團隊則是使用由脲醛樹脂為囊氧樹脂為囊芯的微膠囊并將催化劑分散在水泥中的自修復(fù)體系，并且在修復(fù)效果相容性和膠囊破裂準(zhǔn)則等方面做出了許多研究[11-13]。在該團隊實驗研究[14,15]中孔
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2858561