本文關鍵詞：微膠囊對高性能、多功能混凝土性能的影響研究　出處：《中國科學技術大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：為建設"資源節(jié)約型、環(huán)境友好型"社會,發(fā)展高性能、多功能混凝土已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土制備技術的研究熱點和重要發(fā)展趨勢,并成為解決資源短缺、環(huán)境危機、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、防霉防菌、自修復、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期接觸,避免"副作用"的發(fā)生,對外加劑進行可控的釋放或激發(fā),從而增強混凝土的性能。研究表明,微膠囊技術在制備高性能、多功能混凝土方面具有極強的技術優(yōu)勢和廣闊的應用前景。然而,使用物理、化學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、制備過程復雜、條件要求苛刻、膠囊殼體剛度和強度較低以及孔隙結(jié)構復雜、裝載量低、外加劑的釋放不可控等缺點,制約了高性能、多功能混凝土的發(fā)展。為克服以上缺點,促進高性能、多功能混凝土的發(fā)展和應用,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、化學和幾何特征,并測試了漂珠及多孔漂珠的筒壓強度和密度。研究結(jié)果表明,漂珠通常為單腔封閉結(jié)構,顆粒內(nèi)腔體積約占全部體積的51.2%,主要化學組成為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、條件簡單、適用性強以及較強的規(guī)�；瘧们熬暗忍攸c。此外,粒徑是影響漂珠及多孔漂珠筒壓強度的重要因素,粒徑越小,漂珠的筒壓強度和堆積、表觀密度則越大,而多孔漂珠筒壓強度降低幅度也越大。使用多孔漂珠裝載水制備了多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護微膠囊,對高強混凝土實施了內(nèi)養(yǎng)護。研究了多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護微膠囊的吸水/釋水特性及其對高強混凝土早期自收縮、抗壓強度、微觀結(jié)構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)構簡單、孔隙分布廣、吸水率高(約為120%,是傳統(tǒng)輕細骨料吸水率的5～24倍),是一種優(yōu)良內(nèi)養(yǎng)護材料。在高強混凝土中摻入多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護微膠囊,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28 d抗壓強度影響較小。多孔漂珠具有一定的強度和剛度,在高強混凝土微結(jié)構中的工作性能優(yōu)異,能夠較好地分散在微結(jié)構中,與水泥漿緊密連接,生存率極高。通過將內(nèi)養(yǎng)護水釋放到周邊水泥漿中,多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護微膠囊促進了水泥的水化,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性,有效地提高了高強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,并測試了摻入石蠟相變微膠囊對砂漿吸熱儲能性能以及抗壓強度的影響。結(jié)果表明,"四步法"制備石蠟相變微膠囊簡單高效,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)的時間,不影響水泥的水化歷程,且對混凝土抗壓強度,特別是28d抗壓強度影響較小。提出了改進的CO_2氣泡法高效制備球霰石,分析了反應溶液結(jié)束pH值和CO_2氣流速率對球霰石純度和產(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)境對球霰石晶型的影響。結(jié)果表明,反應溶液結(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CO_2氣流速率為11l/min,反應溶液結(jié)束pH值高于8.6時,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,反應溶液結(jié)束pH為8.6。本文提出的改進的CO_2氣泡法簡單高效、成本低廉,具有規(guī)模化應用的廣闊前景。SEM和FETEM分析揭示了本方法對制備多孔或中空球霰石具有較好的優(yōu)勢。球霰石的保質(zhì)條件對濕度非常敏感,它會在濕度環(huán)境中逐漸發(fā)生相變,濕度越高,則相變越快。建議使用N_2保護包裝法保存球霰石。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現(xiàn)象,使用球霰石顆粒吸附水制備了球霰石內(nèi)養(yǎng)護微膠囊,并對高強混凝土實施了內(nèi)養(yǎng)護。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、操作簡單等優(yōu)點,還能同時制備高附加值球霰石并吸儲CO_2,具有重要的經(jīng)濟價值和環(huán)保意義。乙醇是一種高效的表面活性劑,可促進球霰石的形成,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33.7g CO_2。球霰石作為內(nèi)養(yǎng)護材料的可行性得到了驗證,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 .

【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU528

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本文編號：1417038