微胶囊自修复混凝土系统中的氯离子传输特性研究

发布时间：2020-07-17 21:57

【摘要】：混凝土结构的耐久性是工程建设领域普遍关注的问题。氯离子侵蚀和硫酸根腐蚀是影响混凝土结构耐久性的两类主要因素。针对混凝土的耐久性问题,近年来发展了混凝土自修复技术,以其智能感知、实时修复、修复功能可设计的优点逐渐成为土木工程领域的研究热点。物理触发的混凝土自修复材料主要是通过感知混凝土内部应力应变以及由此产生的微裂纹触发修复机制,通过粘接方式对裂纹进行修补,从而使混凝土材料的力学性能和抗渗性能得到恢复。混凝土结构在其服役寿命内不仅受到外界物理环境因素的作用,往往还受到化学环境因素作用,这将同时引发混凝土结构的耐久性问题。为了提高混凝土结构的耐久性,有学者设计了氯离子作为触发因子的微胶囊自修复系统,该系统中氯离子作为触发剂与微胶囊囊壁中的某种成分发生化学反应,使囊壁被触发破坏,修复剂流出对结构进行耐久性修复。在本研究中针对氯离子触发型微胶囊自修复系统,分别以微胶囊囊壁组分硫酸铅,微胶囊囊芯组分亚硝酸钙为例,研究了微胶囊组分对水泥基材料渗透性能和力学性能的影响,并从微观角度对其宏观力学性能和渗透性能进行了分析,建立了内掺硫酸铅的水泥基材料的渗透系数与毛细孔隙率之间的关系模型,以及内掺亚硝酸钙的水泥材料微观孔结构与宏观力学性能之间的关系模型。提出了氯离子触发型自修复混凝土系统中的氯离子传输模型,并用试验数据验证了该模型的准确性。建立了含有硫酸铅的水泥基材料表层氯离子模型和扩散系数时变模型,并对模型中的参数进行了优化。分析了不同边界条件和不同胶囊组分分布条件对氯离子传输特性的影响。研究表明,水泥基材料中含有少量硫酸铅时,氯离子能与硫酸铅发生化学反应,从而使氯离子的含量减小,但是大量氯离子的加入,会引发水泥基材料的膨胀破坏,从而使氯离子传输速度加快。因此在自修复混凝土系统中选用硫酸铅作为触发剂时,需要综合考虑其络合效应和膨胀效应。亚硝酸钙的加入,可以增大水泥基材料的总孔隙率和毛细孔隙率,其抗压强度和抗渗能力减小,因此亚硝酸钙在混凝土领域的应用,需考虑这两个效应。随着硫酸铅分布厚度、分布浓度、分布宽度的增大,氯离子含量呈现下降的趋势;但随着其分布位置的加深,氯离子含量则呈现增大的趋势。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528
【图文】：

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图 1-1 某滨海跨海大桥桥墩腐蚀图Fig. 1-1 Corrosion status of a cross-sea bridge pier土结构有明显裂纹出现时才被人们观察到，进而的修补难度和修补代价相对较高；而自修复混凝实时对其进行修补，大大降低了其修补难度和修役能力。按照其作用方式的不同，可分为主动修复型和被形状记忆合金修复系统、空芯光纤修复系统、前两者属于主动修复型，后两者属于被动修复型其推广应用受到限制，空芯光纤维系统和中空纤用也受到了限制。微胶囊自修复技术将修复剂包化（如水泥基体因外力作用而产生微裂纹、外界

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图 1-2 SMA 形变恢复示意图[4]Fig. 1-2 Deformation recovery mechanism of SMA1.3.1.2 空心光纤自修复系统图 1-3 空心光纤结构图[5]Fig. 1-3 Structure of hollow-core fiber

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图 1-3 空心光纤结构图[5]Fig. 1-3 Structure of hollow-core fiber0 年后期，光纤技术与光纤通信技术迅猛发展，光纤它具有体积小巧、灵敏度高、耐高压耐腐蚀、频带宽测量、集中式管理，因而被广泛应用于智能表层、结复等领域[6]。空心光纤是一种由纤芯、包层和涂敷层圆柱体，与普通光纤性质相似，其结构如图 1-3 所示复液预先注入到空心光纤中，然后将空心光纤网络预当外部荷载作用或温度变化使混凝土结构内部产生变，光纤传感器输出到外界的光信号发生变化，外界监迅速做出响应，对损伤进行定位并通知修复系统采取纤修复系统弥补了工程中离线无损监测和修补方法的

【参考文献】