本文關(guān)鍵詞：微膠囊對(duì)高性能、多功能混凝土性能的影響研究　出處：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：為建設(shè)"資源節(jié)約型、環(huán)境友好型"社會(huì),發(fā)展高性能、多功能混凝土已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土制備技術(shù)的研究熱點(diǎn)和重要發(fā)展趨勢(shì),并成為解決資源短缺、環(huán)境危機(jī)、節(jié)能減排、走綠色可持續(xù)發(fā)展道路的重要措施。與普通混凝土相比,高性能、多功能混凝土可具有更高的強(qiáng)度和更好的耐久性,以及傳統(tǒng)混凝土所不具備的能量存儲(chǔ)、防霉防菌、自修復(fù)、高耐久性等功能。高性能、多功能混凝土的制備方法通常是在拌合過程中,摻入具有特定功能的外加劑與水泥、砂石以及水共同拌合并澆筑成型。然而,外加劑與混凝土的不兼容性是當(dāng)前制備高性能、多功能混凝土的一大難題。為克服外加劑與混凝土基體間的"副作用",微膠囊技術(shù)通過將外加劑封裝在微型容器中,隔絕外加劑與基體間的非預(yù)期接觸,避免"副作用"的發(fā)生,對(duì)外加劑進(jìn)行可控的釋放或激發(fā),從而增強(qiáng)混凝土的性能。研究表明,微膠囊技術(shù)在制備高性能、多功能混凝土方面具有極強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。然而,使用物理、化學(xué)方法合成的混凝土外加劑膠囊體(此外還有多孔材料和超吸水樹脂)存在成本過高、制備過程復(fù)雜、條件要求苛刻、膠囊殼體剛度和強(qiáng)度較低以及孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝載量低、外加劑的釋放不可控等缺點(diǎn),制約了高性能、多功能混凝土的發(fā)展。為克服以上缺點(diǎn),促進(jìn)高性能、多功能混凝土的發(fā)展和應(yīng)用,本文發(fā)展了多孔漂珠和球霰石型碳酸鈣作為混凝土外加劑微型容器,并分別研究了以下內(nèi)容:提出了基于氟酸腐蝕制備和收集多孔漂珠的方法,使用SEM,XRD,XRF,BET,LPSA等表征手段分析了漂珠及多孔漂珠的物理、化學(xué)和幾何特征,并測(cè)試了漂珠及多孔漂珠的筒壓強(qiáng)度和密度。研究結(jié)果表明,漂珠通常為單腔封閉結(jié)構(gòu),顆粒內(nèi)腔體積約占全部體積的51.2%,主要化學(xué)組成為SiO_2和Al_2O_3,晶型成分為莫來石、石英及無定形態(tài)SiO_2,化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定。所提出的多孔漂珠制備和收集方法具有操作方便、條件簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)以及較強(qiáng)的規(guī)�；瘧�(yīng)用前景等特點(diǎn)。此外,粒徑是影響漂珠及多孔漂珠筒壓強(qiáng)度的重要因素,粒徑越小,漂珠的筒壓強(qiáng)度和堆積、表觀密度則越大,而多孔漂珠筒壓強(qiáng)度降低幅度也越大。使用多孔漂珠裝載水制備了多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護(hù)微膠囊,對(duì)高強(qiáng)混凝土實(shí)施了內(nèi)養(yǎng)護(hù)。研究了多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護(hù)微膠囊的吸水/釋水特性及其對(duì)高強(qiáng)混凝土早期自收縮、抗壓強(qiáng)度、微觀結(jié)構(gòu)和氯離子滲透性等方面的影響。結(jié)果表明,多孔漂珠顆粒結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、孔隙分布廣、吸水率高(約為120%,是傳統(tǒng)輕細(xì)骨料吸水率的5～24倍),是一種優(yōu)良內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。在高強(qiáng)混凝土中摻入多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護(hù)微膠囊,可高效治愈其早期自干燥現(xiàn)象,消除自收縮。摻量越大,自收縮降低幅度則越大,且對(duì)28 d抗壓強(qiáng)度影響較小。多孔漂珠具有一定的強(qiáng)度和剛度,在高強(qiáng)混凝土微結(jié)構(gòu)中的工作性能優(yōu)異,能夠較好地分散在微結(jié)構(gòu)中,與水泥漿緊密連接,生存率極高。通過將內(nèi)養(yǎng)護(hù)水釋放到周邊水泥漿中,多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護(hù)微膠囊促進(jìn)了水泥的水化,減小了未水化水泥顆粒的體積,提高了與之連接的水泥漿的密實(shí)性,有效地提高了高強(qiáng)混凝土抗氯離子滲透性能。以石蠟為芯材,多孔漂珠為載體,水泥漿為封裝材料制備了石蠟相變微膠囊,研究了其相變特性,并測(cè)試了摻入石蠟相變微膠囊對(duì)砂漿吸熱儲(chǔ)能性能以及抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明,"四步法"制備石蠟相變微膠囊簡(jiǎn)單高效,可避免石蠟液化后出現(xiàn)泄露問題。該膠囊的相變潛熱為8.135 J/g,相變溫度為26.25℃,為人體適宜溫度。在混凝土中摻入石蠟相變微膠囊,可降低水泥的水化溫度,推遲峰值溫度出現(xiàn)的時(shí)間,不影響水泥的水化歷程,且對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度,特別是28d抗壓強(qiáng)度影響較小。提出了改進(jìn)的CO_2氣泡法高效制備球霰石,分析了反應(yīng)溶液結(jié)束pH值和CO_2氣流速率對(duì)球霰石純度和產(chǎn)率的影響,確定了最優(yōu)制備參數(shù)。使用SEM,FETEM等表征手段研究了在最優(yōu)制備條件下,球霰石顆粒的微觀形貌和不同濕度環(huán)境對(duì)球霰石晶型的影響。結(jié)果表明,反應(yīng)溶液結(jié)束pH值越高、CO_2氣流速率越大,所制備的球霰石純度越高。當(dāng)CO_2氣流速率為11l/min,反應(yīng)溶液結(jié)束pH值高于8.6時(shí),所制備的球霰石純度超過90%。綜合考慮球霰石的純度和產(chǎn)率,確定優(yōu)化球霰石制備條件為:CO_2氣流速率為11 1/min,反應(yīng)溶液結(jié)束pH為8.6。本文提出的改進(jìn)的CO_2氣泡法簡(jiǎn)單高效、成本低廉,具有規(guī)模化應(yīng)用的廣闊前景。SEM和FETEM分析揭示了本方法對(duì)制備多孔或中空球霰石具有較好的優(yōu)勢(shì)。球霰石的保質(zhì)條件對(duì)濕度非常敏感,它會(huì)在濕度環(huán)境中逐漸發(fā)生相變,濕度越高,則相變?cè)娇�。建議使用N_2保護(hù)包裝法保存球霰石。以制備高品質(zhì)再生骨料所產(chǎn)生的廢液為鈣源,研究了在不同乙醇濃度條件下,使用CO_2氣泡法制備球霰石。分析了球霰石顆粒的融合生長(zhǎng)現(xiàn)象,使用球霰石顆粒吸附水制備了球霰石內(nèi)養(yǎng)護(hù)微膠囊,并對(duì)高強(qiáng)混凝土實(shí)施了內(nèi)養(yǎng)護(hù)。結(jié)果表明,本文提出的處理再生骨料的方法,不僅具有成本低廉、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),還能同時(shí)制備高附加值球霰石并吸儲(chǔ)CO_2,具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保意義。乙醇是一種高效的表面活性劑,可促進(jìn)球霰石的形成,并使得組成球霰石的納米顆粒排列更加有序。本方法處理1kg再生骨料可制備76.6 g球霰石并吸儲(chǔ)33.7g CO_2。球霰石作為內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料的可行性得到了驗(yàn)證,為使用球霰石裝載混凝土外加劑制備球霰石微膠囊提供了技術(shù)依據(jù)。
[Abstract]:In order to build a " resource - saving and environment - friendly " society , high - performance and multi - functional concrete has become a hot spot and an important development trend of modern concrete preparation technology , and has become an important measure to solve the shortage of resources , environmental crisis , energy conservation and emission reduction , and to walk the road of green sustainable development . The physical , chemical and geometric characteristics of floating beads and porous floating beads were studied by means of SEM , XRD , XRF , BET and LPSA . The results show that the porous floating bead has the advantages of simple structure , wide pore distribution and high water absorption rate ( about 120 % , which is 5 - 24 times the water absorption of traditional lightweight aggregate ) . A new method for preparing spherical aragonite by CO _ 2 gas bubble method is proposed . The results show that the higher the pH value of the reaction solution , the higher the purity of aragonite , the higher the pH value of the reaction solution and the high purity of the aragonite . The results show that the improved CO _ 2 gas bubble method has the advantages of low cost , simple operation , etc . It is suggested that the method for preparing high - quality recycled aggregate is of great economic value and environmental protection . The method of SEM and FETEM has the advantages of low cost , simple operation and the like .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TU528

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