【摘要】：混凝土結(jié)構(gòu)在施工和服役過程中,極易產(chǎn)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(nèi)部擴(kuò)散的速度,嚴(yán)重影響鋼筋混凝土的耐久性�；炷亮芽p自修復(fù)技術(shù)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(fù)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(fù)過程的影響。要使裂縫自修復(fù)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(fù)能力。本課題提出了基于離子絡(luò)合劑“捕捉”海水離子以促進(jìn)沉淀物在裂縫中形成從而提高自修復(fù)效果的思路,對比分析不同離子絡(luò)合劑及摻量對混凝土裂縫自修復(fù)的提升效果,闡明了海水離子和離子絡(luò)合劑對裂縫自修復(fù)的共同作用機(jī)理。具體研究內(nèi)容和結(jié)果包括:(1)探究了海水離子在沒有離子絡(luò)合劑存在的條件下對裂縫自愈合的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jìn)作用,在海水浸泡條件下裂縫內(nèi)部形成大量以Mg(OH)_2為主的自愈合產(chǎn)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(shí)浸泡和12小時(shí)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(jìn)了自愈合產(chǎn)物中Mg(OH)_2和CaCO_3形成,促使裂縫愈合率提高,而干燥時(shí)間較長的干濕循環(huán)制度(1小時(shí)浸泡和23小時(shí)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(jìn)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(jìn)入裂縫,且在干燥過程中有利于海水的蒸發(fā),從而進(jìn)一步促進(jìn)自愈合產(chǎn)物的形成。(2)深入研究了基于離子絡(luò)合劑的裂縫自修復(fù)技術(shù)在海水中對裂縫自修復(fù)的提升作用及機(jī)理。在海水浸泡條件下,三乙醇胺對水泥凈漿的裂縫自修復(fù)效果有顯著的促進(jìn)作用。實(shí)驗(yàn)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(fù)。通過對自修復(fù)1天后的產(chǎn)物進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn),Mg(OH)_2相對含量高達(dá)66%。通過模擬試驗(yàn)證實(shí)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(dá)到飽和狀態(tài)并快速析出沉淀,實(shí)現(xiàn)裂縫快速且完全愈合;隨著自修復(fù)時(shí)間的延長,由于空氣中的CO_2不斷地溶于海水,并擴(kuò)散遷移至裂縫中與基體中溶出的Ca~(2+)反應(yīng)形成CaCO_3沉淀,以至CaCO_3在自修復(fù)產(chǎn)物中的含量由最初的14%增加至自修復(fù)28天的33%。此外,根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)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(jié)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(jìn)而促進(jìn)Mg(OH)_2等修復(fù)產(chǎn)物的形成。(3)探究了離子絡(luò)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(nèi),鑒于其對海水中水泥凈漿裂縫自修復(fù)的促進(jìn)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(yīng)力增大,對漿體工作性能產(chǎn)生極大的負(fù)面影響;水泥凈漿的終凝時(shí)間延長;增大硬化漿體的最可幾孔徑,且會(huì)增加一定量的大孔;各齡期的水泥膠砂強(qiáng)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(fù)面作用,基本滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P75
【圖文】：

氧化鈣的溶解遷移和重結(jié)晶、碳化作用下碳酸鈣的形成[23]（如圖1-1）。然而，通常認(rèn)為依靠自身愈合所能完全修復(fù)的裂縫最大寬度為60 μm[12]，且需要很長的修復(fù)時(shí)間[24]，自愈合的效果和效率都難以達(dá)到大幅提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的要求。圖1-1 裂縫自愈合的機(jī)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(fù)的能力，即在混凝土中有目的性地添加自修復(fù)組分[16]，主要包括基于粘結(jié)劑的自修復(fù)技術(shù)、基于微生物的自修復(fù)技術(shù)、基于礦物添加劑的自修復(fù)技術(shù)和基于離子絡(luò)合劑的自修復(fù)技術(shù)等。1.2.2 基于粘結(jié)劑的裂縫自修復(fù)基于粘結(jié)劑的裂縫自修復(fù)技術(shù)是利用液體粘結(jié)劑的固化作用來實(shí)現(xiàn)裂縫的填補(bǔ)和修復(fù)裂縫。通常是將液體粘結(jié)劑[26]封裝進(jìn)中空玻璃管[27, 28]、微膠囊[29, 30]等載體內(nèi)（圖1-2）并預(yù)埋到混凝土中，當(dāng)混凝土出現(xiàn)裂縫時(shí)，會(huì)觸發(fā)部分玻璃管或微膠囊破裂，液體粘結(jié)劑流入到裂縫中，從而填充裂縫并將裂縫斷面粘接起來，達(dá)到自修復(fù)的效果[31]。

（b）裝有粘結(jié)劑的微膠囊[32]圖1-2 基于粘結(jié)劑的裂縫自修復(fù)技術(shù)Fig. 1-2 Healing-agent-containing based approach研究表明基于液體粘結(jié)劑的裂縫自修復(fù)技術(shù)具有修復(fù)速度快、粘結(jié)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。然而，當(dāng)裂縫中存在水時(shí)，液體粘結(jié)劑難以在裂縫中硬化，因此，基于粘結(jié)劑的自修復(fù)技術(shù)不適用于海洋混凝土結(jié)構(gòu)。1.2.3 基于微生物的裂縫自修復(fù)基于微生物的裂縫自修復(fù)技術(shù)是利用微生物的代謝作用促進(jìn)碳酸鈣[33-37]沉積來實(shí)現(xiàn)裂縫自修復(fù)。在1990年，Gollapudi等[38]首次提出可以利用微生物的代謝作用，誘導(dǎo)生成碳酸鈣沉淀，進(jìn)而修復(fù)裂縫，并且不同的微生物可以通過不同的代謝過程誘導(dǎo)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(chǎn)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(shí)間之內(nèi)誘導(dǎo)生成大量的碳酸鈣，效率很高[41, 42]。通過微生物體內(nèi)脲酶的催化作用

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 錢春香;任立夫;羅勉;;基于微生物誘導(dǎo)礦化的混凝土表面缺陷及裂縫修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J];硅酸鹽學(xué)報(bào);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(xué)自修復(fù)微膠囊系統(tǒng)[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);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(xué)報(bào);2013年07期

5 徐晶;;基于微生物礦化沉積的混凝土裂縫修復(fù)研究進(jìn)展[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2012年11期

6 成亮;錢春香;王瑞興;王劍云;;碳酸鹽礦化菌調(diào)控碳酸鈣結(jié)晶動(dòng)力學(xué)、形態(tài)學(xué)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(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響[J];建筑材料學(xué)報(bào);2006年01期

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

9 匡亞川,歐進(jìn)萍;內(nèi)置纖維膠液管鋼筋混凝土梁裂縫自愈合行為試驗(yàn)和分析[J];土木工程學(xué)報(bào);2005年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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

相關(guān)碩士學(xué)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(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[D];湖南大學(xué);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(xué);2017年

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

本文編號：2712645