微胶囊-纤维水泥基复合材料自修复性能的实验研究
发布时间：2022-01-21 16:14
混凝土是世界上被使用最广泛的建筑材料。虽然它的抗压性能十分优秀,但抗拉性能却相对较低。其服役期间内,混凝土通常容易产生裂缝。裂缝的产生会为外部的有害离子提供进入混凝土的通道,从而影响混凝土的力学性能以及耐久性能。为了使混凝土具备裂缝自修复能力,混凝土自修复课题在近几十年受到广泛关注和研究。微胶囊自修复技术是一种新兴的混凝土修复手段之一。当混凝土中有裂缝产生时,裂缝处的微胶囊因受到微胶囊与混凝土的界面应力而破裂,进而流出修复剂修补裂缝。然而,此种修复手段受到裂缝宽度的限制,当裂缝宽度过宽时,修复效果会受到极大的影响;Engineering cementitious composite（ECC）,由V.C.Li提出,具备裂缝宽度控制能力以及应变硬化能力。此外,它还具备良好的自修复能力。然而,ECC的自修复能力需要在有水源的情况下达到最佳。因此,为了加强自修复体系的修复性能,本研究将两种自修复体系进行了结合。本研究在前期预实验的基础上,利用原位聚合法,根据特定转速制备脲醛树脂微胶囊。为了得到最佳的修复效果,将微胶囊掺量、纤维类型、矿物掺合料种类以及掺量作为变量,设计了一系列的正交实验。首先,...
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
根据JCITC-075B的与自我修复有关的维恩图[3]
微胶囊-纤维水泥基复合材料自修复性能的实验研究4Fig.1-2TheVenndiagramrelatedtoself-healingaccordingtoJCITC-075B[3].图1-2根据JCITC-075B的与自我修复有关的维恩图[3]随后，国际材料与结构研究实验联合会[1]于2013年对水泥基复合材料自修复类型进行了再次分类，将自修复类型分为两大类，即自生修复（Autogenicself-healing）与自动修复（Autonomicself-healing）。自生修复与上述JCI定义的自然修复相似，但又十分不同。它指的是自生的修复过程，即在没有特定设计水泥基体自修复性能前提下，促进水泥基裂缝愈合的材料也是原本就存在的（如水泥）。然而JCI中的自然修复定义中，如果为了增加水泥基体中的未水化颗粒的数量而加大水泥的使用，该自修复过程便从自然修复变为自动修复。文献[1]囊括了几种属于自生修复的机理，如图1-3所示；自动修复与JCI定义的自动修复则完全不同，与设计修复相似，它指的是自动的修复过程，即水泥基体中添加了一些材料，此类材料只是为了增加水泥基体裂缝修复能力而存在，否则不会出现在水泥基体中（即设计添加的），例如微胶囊，矿物外加剂以及形状记忆合金等等。Fig.1-3Severalmechanismsbelongingtoautogenicself-healing[2].图1-3几种属于自生修复的机理[2]
饕?樯芰街钟氡疚难芯磕谌菹喙氐奈⒔耗易孕薷词侄我约癊CC自修复手段，并且简要介绍当前国内外研究的较为热门的其他自修复手段。（1）微胶囊自修复技术微胶囊自修复技术是利用微胶囊作为载体，将修复剂作为囊芯，预先储存于其中。在混凝土搅拌制备的过程里，将微胶囊与固化剂均匀埋于混凝土中。一旦混凝土中出现裂缝，裂缝尖端处的集中应力将会破坏该区域的微胶囊囊壁。通过毛细吸力作用，破损的微胶囊中的囊芯材料被吸入裂缝中，对裂缝进行修补，进而恢复混凝土的力学性能与耐久性能。文献[4]中描述了微胶囊的修复机理，如图1-4所示。Fig.1-4Self-healingbasedonmicrocapsule[4].图1-4微胶囊自修复[4]微胶囊自修复技术最早由S.R.White[2]等人提出，他成功地将环戊二烯二聚体包裹在脲醛树脂中，并将微胶囊与固化剂预埋在脲醛树脂中。在裂缝产生后，微胶囊囊壁破裂，微胶囊中的环戊二烯二聚体通过毛细吸力作用流入裂缝，与裂缝的固化剂发生固化反应，成功的修补了裂缝。此后，随着微胶囊自修复课题研究的不断深入，微胶囊的制备技术日渐成熟，出现了许多新型微胶囊。韩等人[5]根据混凝土中微胶囊囊壁的破裂触发特性，将微胶囊混凝土自修复系统分为了化学触发型自修复与物理触发型自修复。物理触发型微胶囊自修复主要包括四种机制[6]：囊芯修复剂与外界环境作用、囊芯修复剂与水泥基内部成分作用、囊芯修复剂与水泥基中预埋物质作用、预埋于水泥基中的不同囊芯修复剂之间的反应，如图1-5所示。B.J.Blaiszik[7]等人于2009年在Plymer期刊中提出了制备以脲醛树脂为囊壁的微胶囊制备手段。董等人在2013年也提出了一
【参考文献】：
期刊论文
[1]裂缝尺寸对混凝土自修复效果影响的试验研究[J]. 梁志权,王晓磊,孙丰光,马立星,徐孟达. 广西大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]溶剂蒸发法制备氯离子触发型微胶囊[J]. 何永兴,朱光明,邬治平,周玉明. 功能材料. 2015(02)
[3]PVA纤维增强水泥基复合材料的耐久性能[J]. 王晓伟,刘品旭,田稳苓,慕儒,李帆,陈培. 中国港湾建设. 2013(05)
[4]自修复混凝土系统的研究进展[J]. 邢锋,倪卓,汤皎宁,邓旭,朱光明,韩宁旭,张鸣. 深圳大学学报(理工版). 2013(05)
[5]聚乙烯醇纤维水泥基复合材料水压渗透模型与分析[J]. 刘曙光,赵晓明,闫长旺,张菊. 内蒙古工业大学学报(自然科学版). 2011(03)
[6]纤维和引气剂对现代水泥基材料抗渗性的影响[J]. 杜志芹,孙伟. 东南大学学报(自然科学版). 2010(03)
博士论文
[1]生态纳米超高强超高延性水泥基复合材料设计与关键性能[D]. 雷东移.东南大学 2019
[2]水泥基材料用微胶囊自修复技术与原理的研究[D]. 张鸣.中南大学 2013
硕士论文
[1]PVA纤维混凝土力学性能及抗氯离子渗透性能试验研究[D]. 陈伟.内蒙古科技大学 2019
[2]基于陶粒内置碳源自愈合水泥基材料的实验研究[D]. 方成.深圳大学 2018
[3]掺有硅酸钠修复剂的混凝土自修复试验研究与寿命预测[D]. 江沈阳.华南理工大学 2018
本文编号：3600584
【文章来源】：深圳大学广东省
【文章页数】：127 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
根据JCITC-075B的与自我修复有关的维恩图[3]
微胶囊-纤维水泥基复合材料自修复性能的实验研究4Fig.1-2TheVenndiagramrelatedtoself-healingaccordingtoJCITC-075B[3].图1-2根据JCITC-075B的与自我修复有关的维恩图[3]随后，国际材料与结构研究实验联合会[1]于2013年对水泥基复合材料自修复类型进行了再次分类，将自修复类型分为两大类，即自生修复（Autogenicself-healing）与自动修复（Autonomicself-healing）。自生修复与上述JCI定义的自然修复相似，但又十分不同。它指的是自生的修复过程，即在没有特定设计水泥基体自修复性能前提下，促进水泥基裂缝愈合的材料也是原本就存在的（如水泥）。然而JCI中的自然修复定义中，如果为了增加水泥基体中的未水化颗粒的数量而加大水泥的使用，该自修复过程便从自然修复变为自动修复。文献[1]囊括了几种属于自生修复的机理，如图1-3所示；自动修复与JCI定义的自动修复则完全不同，与设计修复相似，它指的是自动的修复过程，即水泥基体中添加了一些材料，此类材料只是为了增加水泥基体裂缝修复能力而存在，否则不会出现在水泥基体中（即设计添加的），例如微胶囊，矿物外加剂以及形状记忆合金等等。Fig.1-3Severalmechanismsbelongingtoautogenicself-healing[2].图1-3几种属于自生修复的机理[2]
饕?樯芰街钟氡疚难芯磕谌菹喙氐奈⒔耗易孕薷词侄我约癊CC自修复手段，并且简要介绍当前国内外研究的较为热门的其他自修复手段。（1）微胶囊自修复技术微胶囊自修复技术是利用微胶囊作为载体，将修复剂作为囊芯，预先储存于其中。在混凝土搅拌制备的过程里，将微胶囊与固化剂均匀埋于混凝土中。一旦混凝土中出现裂缝，裂缝尖端处的集中应力将会破坏该区域的微胶囊囊壁。通过毛细吸力作用，破损的微胶囊中的囊芯材料被吸入裂缝中，对裂缝进行修补，进而恢复混凝土的力学性能与耐久性能。文献[4]中描述了微胶囊的修复机理，如图1-4所示。Fig.1-4Self-healingbasedonmicrocapsule[4].图1-4微胶囊自修复[4]微胶囊自修复技术最早由S.R.White[2]等人提出，他成功地将环戊二烯二聚体包裹在脲醛树脂中，并将微胶囊与固化剂预埋在脲醛树脂中。在裂缝产生后，微胶囊囊壁破裂，微胶囊中的环戊二烯二聚体通过毛细吸力作用流入裂缝，与裂缝的固化剂发生固化反应，成功的修补了裂缝。此后，随着微胶囊自修复课题研究的不断深入，微胶囊的制备技术日渐成熟，出现了许多新型微胶囊。韩等人[5]根据混凝土中微胶囊囊壁的破裂触发特性，将微胶囊混凝土自修复系统分为了化学触发型自修复与物理触发型自修复。物理触发型微胶囊自修复主要包括四种机制[6]：囊芯修复剂与外界环境作用、囊芯修复剂与水泥基内部成分作用、囊芯修复剂与水泥基中预埋物质作用、预埋于水泥基中的不同囊芯修复剂之间的反应，如图1-5所示。B.J.Blaiszik[7]等人于2009年在Plymer期刊中提出了制备以脲醛树脂为囊壁的微胶囊制备手段。董等人在2013年也提出了一
【参考文献】：
期刊论文
[1]裂缝尺寸对混凝土自修复效果影响的试验研究[J]. 梁志权,王晓磊,孙丰光,马立星,徐孟达. 广西大学学报(自然科学版). 2019(04)
[2]溶剂蒸发法制备氯离子触发型微胶囊[J]. 何永兴,朱光明,邬治平,周玉明. 功能材料. 2015(02)
[3]PVA纤维增强水泥基复合材料的耐久性能[J]. 王晓伟,刘品旭,田稳苓,慕儒,李帆,陈培. 中国港湾建设. 2013(05)
[4]自修复混凝土系统的研究进展[J]. 邢锋,倪卓,汤皎宁,邓旭,朱光明,韩宁旭,张鸣. 深圳大学学报(理工版). 2013(05)
[5]聚乙烯醇纤维水泥基复合材料水压渗透模型与分析[J]. 刘曙光,赵晓明,闫长旺,张菊. 内蒙古工业大学学报(自然科学版). 2011(03)
[6]纤维和引气剂对现代水泥基材料抗渗性的影响[J]. 杜志芹,孙伟. 东南大学学报(自然科学版). 2010(03)
博士论文
[1]生态纳米超高强超高延性水泥基复合材料设计与关键性能[D]. 雷东移.东南大学 2019
[2]水泥基材料用微胶囊自修复技术与原理的研究[D]. 张鸣.中南大学 2013
硕士论文
[1]PVA纤维混凝土力学性能及抗氯离子渗透性能试验研究[D]. 陈伟.内蒙古科技大学 2019
[2]基于陶粒内置碳源自愈合水泥基材料的实验研究[D]. 方成.深圳大学 2018
[3]掺有硅酸钠修复剂的混凝土自修复试验研究与寿命预测[D]. 江沈阳.华南理工大学 2018
本文编号：3600584
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