【摘要】：混凝土結構在施工和服役過程中,極易產生不同尺寸的裂縫。裂縫加速海洋環(huán)境中侵蝕性離子向混凝土內部擴散的速度,嚴重影響鋼筋混凝土的耐久性。混凝土裂縫自修復技術是解決開裂海洋工程混凝土耐久性問題的途徑之一。然而,目前大部分針對裂縫自修復的研究都在淡水條件下開展,未考慮海水中多離子對自修復過程的影響。要使裂縫自修復能最大程度地提高開裂海工混凝土的耐久性,就必須使混凝土具備快速且完全的自修復能力。本課題提出了基于離子絡合劑“捕捉”海水離子以促進沉淀物在裂縫中形成從而提高自修復效果的思路,對比分析不同離子絡合劑及摻量對混凝土裂縫自修復的提升效果,闡明了海水離子和離子絡合劑對裂縫自修復的共同作用機理。具體研究內容和結果包括:(1)探究了海水離子在沒有離子絡合劑存在的條件下對裂縫自愈合的影響。實驗結果表明海水中的Mg~(2+)離子對水泥凈漿裂縫自愈合有明顯的促進作用,在海水浸泡條件下裂縫內部形成大量以Mg(OH)_2為主的自愈合產物,而海水中的SO_4~(2-)和Cl~-對裂縫自愈合過程幾乎沒有影響。在12小時浸泡和12小時干燥的干濕循環(huán)條件下,裂縫吸收海水及海水從裂縫中蒸發(fā)的過程促進了自愈合產物中Mg(OH)_2和CaCO_3形成,促使裂縫愈合率提高,而干燥時間較長的干濕循環(huán)制度(1小時浸泡和23小時干燥)不利于裂縫自愈合。相比于初始寬度為150μm的裂縫,在初始寬度為400和600μm的裂縫中,海水離子和干濕循環(huán)條件對自愈合過程的促進作用更加顯著。較大的裂縫寬度在浸泡過程中有利于海水離子進入裂縫,且在干燥過程中有利于海水的蒸發(fā),從而進一步促進自愈合產物的形成。(2)深入研究了基于離子絡合劑的裂縫自修復技術在海水中對裂縫自修復的提升作用及機理。在海水浸泡條件下,三乙醇胺對水泥凈漿的裂縫自修復效果有顯著的促進作用。實驗證明,對于含1.5%三乙醇胺的水泥凈漿,初始寬度為400μm的裂縫在海水中浸泡2天即可完全自修復。通過對自修復1天后的產物進行表征發(fā)現(xiàn),Mg(OH)_2相對含量高達66%。通過模擬試驗證實了三乙醇胺可迅速提高溶液的堿度,OH~-離子增多,與海水中高濃度Mg~(2+)離子共同作用,從而使得Mg(OH)_2在裂縫口局部位置首先達到飽和狀態(tài)并快速析出沉淀,實現(xiàn)裂縫快速且完全愈合;隨著自修復時間的延長,由于空氣中的CO_2不斷地溶于海水,并擴散遷移至裂縫中與基體中溶出的Ca~(2+)反應形成CaCO_3沉淀,以至CaCO_3在自修復產物中的含量由最初的14%增加至自修復28天的33%。此外,根據(jù)文獻報道三乙醇胺可使凈漿基體中Ca(OH)_2的晶粒尺寸減小且使其結晶度降低,使得直接暴露在裂縫表面的Ca(OH)_2增多且更容易溶解,進而促進Mg(OH)_2等修復產物的形成。(3)探究了離子絡合劑對水泥基材料基本性能的影響。目前三乙醇胺的摻量通常在0.2%以內,鑒于其對海水中水泥凈漿裂縫自修復的促進作用,本研究探索了三乙醇胺更大摻量的可能性。因此,研究了摻量為1.5%的三乙醇胺對水泥基材料基本性能的影響,發(fā)現(xiàn)摻入1.5%的三乙醇胺使?jié){體的屈服應力增大,對漿體工作性能產生極大的負面影響;水泥凈漿的終凝時間延長;增大硬化漿體的最可幾孔徑,且會增加一定量的大孔;各齡期的水泥膠砂強度降低。但通過摻入0.05-0.1%緩釋型聚羧酸減水劑后可有效改善三乙醇胺引起的負面作用,基本滿足國家標準規(guī)定的技術指標。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P75
【圖文】：

氧化鈣的溶解遷移和重結晶、碳化作用下碳酸鈣的形成[23]（如圖1-1）。然而，通常認為依靠自身愈合所能完全修復的裂縫最大寬度為60 μm[12]，且需要很長的修復時間[24]，自愈合的效果和效率都難以達到大幅提高混凝土結構耐久性的要求。圖1-1 裂縫自愈合的機理[22, 25]Fig. 1-1 The mechanism of crack self healing[22]為此，研究人員提出了多種方法來提升混凝土裂縫自修復的能力，即在混凝土中有目的性地添加自修復組分[16]，主要包括基于粘結劑的自修復技術、基于微生物的自修復技術、基于礦物添加劑的自修復技術和基于離子絡合劑的自修復技術等。1.2.2 基于粘結劑的裂縫自修復基于粘結劑的裂縫自修復技術是利用液體粘結劑的固化作用來實現(xiàn)裂縫的填補和修復裂縫。通常是將液體粘結劑[26]封裝進中空玻璃管[27, 28]、微膠囊[29, 30]等載體內（圖1-2）并預埋到混凝土中，當混凝土出現(xiàn)裂縫時，會觸發(fā)部分玻璃管或微膠囊破裂，液體粘結劑流入到裂縫中，從而填充裂縫并將裂縫斷面粘接起來，達到自修復的效果[31]。

（b）裝有粘結劑的微膠囊[32]圖1-2 基于粘結劑的裂縫自修復技術Fig. 1-2 Healing-agent-containing based approach研究表明基于液體粘結劑的裂縫自修復技術具有修復速度快、粘結力強等優(yōu)點。然而，當裂縫中存在水時，液體粘結劑難以在裂縫中硬化，因此，基于粘結劑的自修復技術不適用于海洋混凝土結構。1.2.3 基于微生物的裂縫自修復基于微生物的裂縫自修復技術是利用微生物的代謝作用促進碳酸鈣[33-37]沉積來實現(xiàn)裂縫自修復。在1990年，Gollapudi等[38]首次提出可以利用微生物的代謝作用，誘導生成碳酸鈣沉淀，進而修復裂縫，并且不同的微生物可以通過不同的代謝過程誘導生成碳酸鈣沉淀。根據(jù)微生物的代謝方式，可以分為四類微生物[39]：硫循環(huán)型[40]、光合作用型[40]、厭氧型[40]和好氧型[15]。與其他產生碳酸鈣的代謝方式相比，厭氧菌酶化作用分解尿素的方式更容易控制，而且這種代謝方式可以在短時間之內誘導生成大量的碳酸鈣，效率很高[41, 42]。通過微生物體內脲酶的催化作用

【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

1 錢春香;任立夫;羅勉;;基于微生物誘導礦化的混凝土表面缺陷及裂縫修復技術研究進展[J];硅酸鹽學報;2015年05期

2 董必欽;王琰帥;丁蔚健;李淑婷;房國豪;邢鋒;;水泥基化學自修復微膠囊系統(tǒng)[J];北京工業(yè)大學學報;2014年08期

3 招偉文;郭瑞玲;羅云;麥玲玲;;南海區(qū)氣象局新舊觀測場的氣象要素對比分析[J];廣東氣象;2014年01期

4 孔祥明;路振寶;閆娟;劉輝;王棟民;;三乙醇胺對水化過程中水泥漿體液相離子濃度的影響[J];硅酸鹽學報;2013年07期

5 徐晶;;基于微生物礦化沉積的混凝土裂縫修復研究進展[J];浙江大學學報(工學版);2012年11期

6 成亮;錢春香;王瑞興;王劍云;;碳酸鹽礦化菌調控碳酸鈣結晶動力學、形態(tài)學的研究[J];功能材料;2007年09期

7 馬保國;許永和;董榮珍;;三乙醇胺對水泥初始結構和力學性能的影響[J];建筑材料學報;2006年01期

8 王玉鎖,葉躍忠,鐘新樵,陳偉慶;新型混凝土早強劑的應用研究現(xiàn)狀[J];四川建筑;2005年04期

9 匡亞川,歐進萍;內置纖維膠液管鋼筋混凝土梁裂縫自愈合行為試驗和分析[J];土木工程學報;2005年04期

相關博士學位論文 前1條

1 王桂明;化學轉換型裂縫自修復材料及其對混凝土耐久性的影響研究[D];武漢理工大學;2005年

相關碩士學位論文 前4條

1 肖思妮;混合胺溶液和叔胺溶液吸收二氧化碳的反應動力學研究[D];湖南大學;2018年

2 張帆;緩釋型聚羧酸減水劑對混凝土性能影響的研究[D];重慶大學;2017年

3 陳光耀;水泥基滲透結晶型防水劑及其裂縫自修復性能的研究[D];華南理工大學;2010年

4 李慧群;緩釋型聚羧酸減水劑的研究與制備[D];北京工業(yè)大學;2010年

本文編號：2712645