PDF《微胶囊自修复水泥基材料的微观结构研究》

h e a l i n ge f f i c i e n c y ;

p o r es i z e ;

m i c r o s t r u c t u r e * 收稿日期:

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修回日期:

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1 4 基金项目: 国家基金委国际合作与交流项目(

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2 ) 、 国家自然科学基金面上项目(

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7 2) 、 国家基金委 - 广东 省联合基金项目( U

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1 ) 、 深圳市科技计划知识创新项目( J C Y J

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9 ) 资助 作者简介: 王险峰(

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6 7 - ) , 男, 副教授, 博士.主要从事混凝土耐久性方面的研究.Em a i l : x f w@s z u . e d u . c n 通讯作者: 邢锋(

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6 5 - ) , 男, 教授, 博士.主要从事混凝土耐久性方面的研究.E m a i l : x i n g f @s z u . e d u . c n 引言混凝土因其低能耗、 低成本、 高耐久性等特点, 成为世界 范围内用量最大、 使用最广泛的建筑材料[ 1] .但在自然使用环境下, 混凝土存在着受侵蚀 的危险, 材料老化和环境作用会导致混凝土产生微 裂纹, 造成局部损伤和断裂.混凝土结构工程中, 产 生的微裂纹由于探测技术的局限性很难准确探测, 常规的修复方法也不能有效地修复, 进而影响结构 的正常使用性能和使用寿命, 还可能引发宏观裂纹 并导致结构脆性断裂, 甚至引发灾难性事故[

2 ] .因 此需要研发新型修复技术和修复材料, 能对材料内 部的损伤进行感知, 被动、 自动地对损伤部位进行修 复, 从而恢复混凝土材料的力学性能和耐久性.而 微胶囊技术是通过成膜材料包覆分散性的固体、 液 体或气体而形成具有核 - 壳结构微小容器的技术, 广 泛应用于医药、 食品和印刷等工业领域, 并取得了显 著发展[ 3] .微胶囊采用包覆的方法, 且可以自愈一 些难以接近的裂缝, 成本相对低廉[

4 ] .微胶囊自修 复水泥基材料的修复原理根据仿生学原理, 即水泥 材料在外界荷载或环境作用下, 使微胶囊破裂, 流出 的高分子黏结剂与空气或水泥基体中的固化剂发生 反应, 生成具有粘结能力的物质, 从而抑制裂纹的扩 展并修复 裂纹, 达到恢复甚至提高材料强度的效果[

5 - 6] . 水泥石结构硬化后, 内部大量自由水的蒸发引 起孔隙的产生, 不同尺寸的孔隙是硬化水泥浆体的 一个重要组成部分, 也是影响水泥浆体性能的重要 因素.大量的研究发现混凝土性质不仅同孔隙率相 关, 而且和孔的形态、 孔径分布范围等都有密切的联 系.根据不同的研究目的, 要求所测孔隙的大小、 尺 度范围和形状不同, 方法也不同[

7 ] .很多技术已经 用于水泥基材料的孔隙结构的评估, 每种技术最适 合一个特定的孔尺寸范围.常用的测孔技术有压汞 法、 氮吸附法、 光学法以及核磁共振等方法.其中, 压汞法主要是根据压入混凝土材料等多孔体系中的 水银数量与所加压力之间的函数关系, 计算孔尺寸 和相应的孔体积, 根据施加压力的大小, 测孔范围为 几纳米到几百微米, 测孔范围广[

8 ] .氮吸附技术主 要根据滞后环的形状确定孔的形状, 按不同的孔模 型计算孔分布, 通常测孔范围在几纳米到几十纳米. 光学和电子显微镜结合图像分析常用来测较大的孔 (

1 0μ m 以上) , 通过图像结合软件分析, 根据孔和固 相灰度的差别进行辨认, 计算孔体积.本文在环氧 树脂微胶囊的制备实验基础上, 制备微胶囊自修复 水泥基材料, 测定试件强度修复率.用压汞法、 氮吸 附法和 X C T 测定自修复水泥砂浆修复前后的微观 结构.压汞试验得到的比较直接的结果是不同孔径 范围所对应的孔隙量, 计算得到总孔隙率、 临界孔 径、 平均孔径等参数, 再进一步研究砂浆的孔尺寸分 布模型, 从模型上得到的孔结构参数验证自修复水 泥基材料的修复效果.