微胶囊-纤维水泥基复合材料自修复性能的实验研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zht20090907
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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,进行了拉伸试验、三点抗弯试验、以能量为标准的稳态裂纹扩展试验、立方体抗压试验以及RCM实验。随后,进行了裂缝宽度以及裂缝面积变化的评估。此外,为了更加综合地评估水泥基复合材料的修复性能,进行了气体渗透性试验,得出最优的气体渗透修复组。然后,进行了三点抗弯试验,对养护前后的抗折强度与抗折挠度的变化进行分析,探究各个变量因素对力学性能修复的影响。最后,进行了SEM测试,探究劈裂损伤试样中的微胶囊破损情况,纤维表面损伤状态以及修复结晶产物的化学元素组成。根据试验研究,得到以下的结论:(1)通过原位聚合法制备的400转/分钟的微胶囊与固化剂的热力学性能在300℃以下时,其质量不会发生损失,具有高温稳定性的特点。设计了正交试验(L934),检测了各组试样拌合物的流动度。结果显示,各组试样的拓展度值在170mm-210mm之间,表明本研究拌合物流动度符合规范要求。(2)拉伸试验中,通过极差分析可以得知,微胶囊掺量与纤维类型是影响拉伸性能的主要因素,且影响抗折性能与拉伸性能的主要因素基本相同。以能量为标准的稳态裂纹扩展试验中,得到了各组试样在150天养护龄期的延性,并通过极差分析得知,纤维类型是影响延性最主要的因素,与拉伸试验的结论基本相同。立方体抗压试验中,微胶囊掺量与矿物掺合料掺量为影响抗压强度的主要因素。RCM试验研究中,矿物掺合料类型是影响氯离子渗透最主要的因素。(3)以裂缝宽度闭合率作为评估修复指标可以发现,粉煤灰的裂缝宽度修复效果远低于矿渣;关于裂缝面积。通过正交试验可以发现,各养护龄期下的裂缝面积修复率最优组均为:A2B3C3D3。此外,还针对各龄期下的裂缝面积进行了正交分析。结果显示,各养护龄期下的裂缝面积最小组各不相同。气体渗透性能修复试验中,各养护龄期下的气体渗透性能修复率最优组均为A3B3C3D3,其中微胶囊掺量的影响最为显著。最后,通过对力学性能修复的分析得到。微胶囊对抗折强度与抗折挠度的修复均具有负面作用。通过SEM试验得到。PVA纤维在劈裂过后会出现明显的破坏,而PE纤维并无明显损伤。此外,微胶囊在断裂面处均有破损,且破损率超过90%以上。最后,矿渣试样修复结晶产物较粉煤灰试样更加复杂,除方解石外,还含有许多钙矾石与C-S-H凝胶。判断这部分产物促进了自修复效果。
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