矿物添加剂对水泥基材料自修复效果的影响及修复机制研究

发布时间：2020-11-12 12:19

　　混凝土材料存在脆性大、抗拉强度低、易收缩等缺点,在施工和服役过程中易使其表面或内部不断积累损伤,产生诸多不同形式的微小裂缝,对混凝土结构造成严重危害。目前对于裂缝的处理方式大多为被动处理法,即待混凝土的裂缝产生后对其进行人工修复。该方法很难及时发现结构中产生的微裂缝,不能有效地对内部不可见的微裂缝进行修复,加之人工修复需要消耗大量的人力物力,故存在一定的局限性。近年来,国外诸多学者针对矿物添加剂对混凝土微裂缝自修复影响的问题开展了研究,并取得部分成果,而国内对于该领域的研究还相对较少且不够系统。故本文基于此研究背景,利用裂缝观测、透水试验及力学性能试验三种评价方法,综合评定了矿物添加剂种类、开裂龄期及养护环境等因素对水泥基材料早期微裂缝自修复的影响规律,并从微观角度对其修复机理进行了阐述。本文主要研究内容及结论如下:(1)利用粉煤灰、矿粉、硅灰、偏高岭土、生石灰和膨胀剂通过单掺的形式不同比例的水泥进行置换,并以纯水泥试件作为对照组,观测不同开裂龄期试件的自修复效果。研究结果表明:纯水泥砂浆试件早期水化作用较强,其对于前期裂缝的修复效果最好,随开裂龄期的延长,其修复效果越来越差;生石灰、偏高岭土和膨胀剂可有效提高中期裂缝的自修复效果,但其对后期裂缝修复的促进作用较低;粉煤灰和矿粉的加入可有效提高火山灰反应的发展,促进后期裂缝的自修复作用;而硅灰的加入对试件中期及后期裂缝的自修复均有促进作用。(2)利用单掺效果较好的四种添加剂(硅灰、偏高岭土、生石灰、膨胀剂)及Na2C03通过复掺的形式对10%掺量的水泥进行置换,观测不同开裂龄期试件的自修复效果。研究结果表明:在水分充足的情况下,生石灰与Na2C03的掺入不仅会促进碳酸钙结晶的生成,同时提高了水泥基材料基体内部的碱性,起到对火山灰质掺合料的碱激发作用;膨胀剂与其他几种矿物掺合料复掺后,对微裂缝的自愈合没有产生良好的效果;此外,在有碱激发物质存在的前提下,偏高岭土的活性要稍高于硅灰。(3)对不同开裂龄期的裂缝自修复数据进行对比分析可知,在相同的养护条件下,试件的自修复特性与开裂龄期有着密切的关系:开裂龄期早,即基体内部水化程度低,因此在产生裂缝后会获得较好的自修复特性;反之,开裂龄期较晚时,裂缝内部颗粒水化程度高致使自修复效果较差。(4)基于浸水养护及标准养护两种养护环境,研究养护环境对裂缝自修复效果的影响。研究结果表明,养护环境对水泥基材料的早期微裂缝自修复能力有直接关系,浸水环境中的修复率明显高于潮湿环境,尤其对裂缝产生后早期修复阶段的影响最为显著。(5)借助SEM扫描电镜能谱分析及X射线衍射仪技术对不同配比的单掺试件进行作用机理分析,研究结果表明:矿物添加剂的掺入改变了水泥基砂浆试件水化产物组成。裂缝处新生成的晶体多为碳酸钙成分,含有少量的水化硅酸钙、钙矾石、氢氧化钙等成分,其共同发挥作用,使微裂缝不断呈现愈合趋势。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TU528
【部分图文】：

示意图,仪器,试件,浆体

山东大学硕士学位论文??２．２试验方法??为探宄不同矿物添加剂对试件裂缝自愈合能力的促进作用，本文利用裂缝观??测试验、透水试验及力学性能试验，通过裂缝宽度变化、透水系数变化、抗压强??度变化三项指标来表征不同配比试件自愈合能力的强弱。??２．３．１裂缝观测试验??（１）试件成型??本文中对于裂缝宽度观测的试验选择圆柱形试件，试件直径为ｌ〇ｃｍ，高度??为３ｃｍ。其中在圆形试件的中间位置即高度１．５ｃｍ左右处放置一不锈钢钢丝网。??按照规范对浆体进行搅拌，试验仪器采用ＪＪ－５型水泥胶砂搅拌机（图２－ｌ（ａ））。??试验前准备直径略小于ｌ〇ｃｍ的圆形不锈钢钢丝网，钢丝网网孔的孔径为２ｍｍ，??如图２－ｌ（ｂ）所示；搅拌完成后，分次将浆体及钢丝网装入直径１０ｃｍ、高２０ｃｍ的??圆柱体模具中，如图２－ｌ（ｃ）所示。??—ｊｈ?ＳＨ??（ａ）砂衆搅拌机?（ｂ）不锈钢网?（ｃ）成型模具??图２－１试件成型试验仪器??在浆体装入模具的过程中，先装入部分浆体，经振动台振捣后使装入模具中??浆体的高度为２５ｍｍ，放入不锈钢网后继续装入浆体，依次在浆体量的高度达到??５５ｍｍ、８５ｍｍ、１１５ｍｍ、１４５ｍｍ、１７５ｍｍ处放置不诱钢网，完成后填满模具并??振实。不锈钢网在模具中放置位置示意图如图２－２所示。??１３??

示意图,试件

山东大学硕士学位论文?????效７＂／丨＼．＼＼你??＾７／／／１１＼＼＼＼＾??痒７／川＼＼＼?Ｗ參??哲／／＂?Ｕ＼Ｗ参??勸川＼應资??／／ＩＩ?＼＼＼＼＼ｊ＾??图２－２不锈钢钢丝网位置示意图??振实结束后利用保鲜膜对模具的上部进行密封以防止表面水分封蒸发，最后??放置于温度为２０±２°Ｃ、湿度大于９５％的养护室进行标准养护。２４ｈ后对试件进行??拆模，之后将试件放置在养护室内继续进行养护。??养护３ｄ后，取出试件并利用切割机对原试件进行切割，先将顶部与底部??１０ｍｍ切除，其余部分等距离切割成６个０１００ｍｍ＞＜３０ｍｍ的圆柱形试件，注意??在切割过程中尽量保证不锈钢网的位置位于新试件的中间位置，切割后试件如图??２－３所示。每个配合比切出６个试件，依次命名为Ｍｌ－３ｄ、Ｍｌ－７ｄ、Ｍｌ－２８ｄ、Ｍ１－??１１２ｄ?（以Ｍｌ配比为例），分别代表养护至对应龄期时，取出试件并对试件制造??裂缝，如Ｍｌ＿２８ｄ试件代表该试件的开裂龄期为２８天。其余两个试件作为备用??试件。??響??图２－３切割后试件图??１４??

示意图,钢丝,试件,不锈钢