水泥混凝土微胶囊自修复技术研究

发布时间：2017-03-23 09:07

  本文关键词：水泥混凝土微胶囊自修复技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：混凝土结构由于最初施工工艺不当,使用过程中受荷载、材料老化以及外界环境因素的影响,会不可避免地出现微裂缝和局部损伤,其修复问题已备受关注。传统的事后被动修补方式,已不能满足目前对复杂结构部位材料性能的要求。为了能实现混凝土材料的自修复,本文首先合成了自修复微胶囊,再将其应用于混凝土中,通过对强度及渗透性的修复情况研究评价其自修复性能。本文根据对自修复微胶囊的性能要求,以双组分胶粘剂环氧树脂为芯材、以甲醛和尿素合成脲醛树脂壁材,采用原位聚合法合成脲醛树脂包覆环氧树脂的微胶囊。结合光学显微镜、扫描电子显微镜等对微胶囊的合成工艺进行了研究,分析乳化剂种类和用量、原料配比、终点p H值和搅拌速率对微胶囊物性的影响,以此得出最优工艺:取质量比为1:1的芯材和壁材,用5%的复配乳化剂高速剪切乳化芯材,将所得芯材乳液和脲醛树脂预聚体混合,在450r/min搅拌速率、70℃下恒温反应3h,调节溶液pH值为3.0,继续搅拌2h固化,即得微胶囊粉末产品。微胶囊的形态和性能直接影响其修复效率,所以必须借助扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等手段对微胶囊进行表征和测试。通过试验得出:①微胶囊基本呈球形,表面较粗糙,有部分粘结现象;②微胶囊粒径在10μm~100μm之间,基本呈正态分布,其平均粒径为33.51μm;③微胶囊芯材含量较低,包覆率仅有57.7%;④芯材环氧树脂被壁材脲醛树脂成功包覆;⑤微胶囊热稳定性能良好,其分解温度大致为200℃。基于微胶囊方式的自修复混凝土,其关键在于自修复性能的研究。通过对预压损伤及未预压损伤混凝土试件进行力学性能以及抗渗性能试验,研究微胶囊掺量、损伤程度对混凝土自修复性能的影响,得出以下结论:微胶囊对混凝土基体来说是一种缺陷,会在一定程度上降低基材的强度。微胶囊对抗折强度试验所形成的宏观裂缝不具有修复能力,但对微裂缝却有较好的修复性能。混凝土的强度修复率和抗渗压力值随微胶囊掺量的增量而增加。微胶囊掺量的增加使体系的修复剂含量增加,即有更多的修复剂参与修复微裂纹,使自修复效果更显著,微胶囊及固化剂的二元自修复体系也赋予混凝土较好的抗渗性能。
【关键词】：水泥混凝土 微胶囊 自修复 性能研究
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 论文背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 自修复混凝土的概述11
• 1.3 自修复混凝土的自修复技术及其研究现状11-19
• 1.3.1 结晶沉淀法12
• 1.3.2 渗透结晶法12-14
• 1.3.3 微胶囊法14-16
• 1.3.4 液芯光纤/纤维法16-17
• 1.3.5 微生物法17-19
• 1.3.6 SMA法19
• 1.4 主要研究内容19-21
• 1.5 技术路线21-22
• 第2章 自修复微胶囊的制备22-44
• 2.1 微胶囊概述22-27
• 2.1.1 微胶囊概念及其形态结构22-23
• 2.1.2 微胶囊的主要功能23-24
• 2.1.3 微胶囊合成原料的选择24-26
• 2.1.4 微胶囊的合成方法26-27
• 2.1.5 微胶囊的性能指标与检测手段27
• 2.2 试验原材料及主要仪器设备27-29
• 2.2.1 主要原材料27-28
• 2.2.2 主要仪器及设备28-29
• 2.3 脲醛树脂微胶囊的合成29-33
• 2.3.1 脲醛树脂合成原理29-30
• 2.3.2 原位聚合法合成微胶囊的原理30-32
• 2.3.3 微胶囊的合成32-33
• 2.4 微胶囊的合成工艺研究33-42
• 2.4.1 乳化剂的作用机理及其种类、用量对微胶囊的影响34-38
• 2.4.2 原料配比对微胶囊的影响38-39
• 2.4.3 终点pH值对微胶囊的影响39-41
• 2.4.4 搅拌速率对微胶囊的影响41-42
• 2.5 本章小结42-44
• 第3章 微胶囊的结构表征与性能测试44-54
• 3.1 微胶囊的表面形貌分析44-46
• 3.2 微胶囊的粒径分析46-47
• 3.3 微胶囊的芯材含量和包覆率的测定47-48
• 3.4 微胶囊的化学结构分析48-50
• 3.5 微胶囊热稳定性分析50-51
• 3.6 本章小结51-54
• 第4章 水泥混凝土自修复性能研究54-72
• 4.1 试验原材料及主要仪器设备54-56
• 4.1.1 主要原材料54-55
• 4.1.2 主要仪器及设备55-56
• 4.2 自修复混凝土配合比确定及试件制备56-57
• 4.3 微胶囊对混凝土基体强度的影响57-63
• 4.3.1 抗压强度试验57-60
• 4.3.2 抗折强度试验60-63
• 4.4 混凝土基体荷载预损伤处理63-64
• 4.5 自修复性能试验研究64-70
• 4.5.1 微胶囊对损伤基体力学性能的自修复64-68
• 4.5.2 微胶囊对损伤基体抗渗性能的自修复68-70
• 4.6 本章小结70-72
• 第5章 结论与展望72-74
• 5.1 主要研究结论72-73
• 5.2 展望73-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张妃二,姚立宁;光纤智能混凝土结构自修复的研究[J];功能材料与器件学报;2003年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 唐欣欣;环氧树脂阴离子催化剂型固化剂微胶囊的制备及性能表征[D];哈尔滨工业大学;2011年

2 陈光耀;水泥基渗透结晶型防水剂及其裂缝自修复性能的研究[D];华南理工大学;2010年

  本文关键词：水泥混凝土微胶囊自修复技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：263377