水泥基材料用微膠囊自修復(fù)技術(shù)與原理的研究.pdf

1、混凝土開裂損傷部位的智能化感知和即實時自修復(fù)是水泥混凝土微裂紋修復(fù)的新技術(shù)和新方法，對于改善混凝土材料耐久性，提高混凝土構(gòu)筑物服役壽命具有重要意義。
　　本文運用混凝土材料科學(xué)、有機高分子化學(xué)和物理化學(xué)等相關(guān)理論與知識，創(chuàng)立了適用于水泥基材料的微膠囊自修復(fù)體系，分析了相關(guān)技術(shù)原理，提出了自修復(fù)效果的評價方法。
　　采用原位聚合法合成了一種適用于水泥基材料裂縫修復(fù)的UF/E型微膠囊，它是以脲醛樹脂為囊壁包裹以環(huán)氧樹脂膠液組成的

2、囊芯構(gòu)成的直徑為微米級的球形顆粒。通過正交試驗，并基于微觀分析和合成反應(yīng)動力學(xué)，分析了表征UF/E微膠囊的粒徑、囊壁厚度、表面形貌和包封率等技術(shù)參數(shù)的主要影響因素，得出了微膠囊最優(yōu)合成工藝路線與參數(shù)，將尿素和甲醛摩爾比為1.5∶1.0的溶液在70℃下反應(yīng)1h合成脲醛樹脂預(yù)聚體，環(huán)氧樹脂膠液芯材/脲醛樹脂預(yù)聚體壁材的質(zhì)量比為(1.0～1.2)∶1.0，酸化階段適宜溫度為50℃，囊壁形成的pH值為2～3，囊壁固化增強階段的適宜溫度為60℃。

3、
　　研發(fā)了一種可在水泥基材料中發(fā)生固化反應(yīng)并具有良好膠粘性的環(huán)氧樹脂基裂縫修復(fù)劑，它由E-51環(huán)氧樹脂、正丁基縮水甘油醚(BGE)稀釋劑、咪唑類固化劑(MC120D)等組分構(gòu)成。基于Kissinger和Arrhenius方程，分析了E-51/BGE/MC120D修復(fù)劑的固化反應(yīng)動力學(xué)，當(dāng)BGE為E-51質(zhì)量的17.5％、MC120D為E-51質(zhì)量的20％時，修復(fù)劑的固化反應(yīng)活化能最低，有利于在水泥基材料中常溫固化;借助差熱和紅外

4、技術(shù)探討了固化反應(yīng)機理，MC120D摻量為10～30％時，修復(fù)體系固化分兩步進(jìn)行，而其摻量超過30％時，固化反應(yīng)一步完成;運用毛細(xì)動力和虹吸原理，分析了水泥基材料中微膠囊破裂、環(huán)氧樹脂膠液流出并滲入到裂縫處與固化劑發(fā)生固化反應(yīng)修復(fù)裂縫的界面性能要求。由此得到了環(huán)氧樹脂基修復(fù)劑的最優(yōu)組成。
　　設(shè)計并制備了一種基于微膠囊技術(shù)的自修復(fù)水泥基材料，試件由合成纖維、硅酸鹽水泥、砂子、微膠囊和固化劑等組分構(gòu)成。分析了含有微膠囊的水泥基材料的

5、自修復(fù)機理，當(dāng)水泥基材料開裂時，裂縫處的微膠囊破裂，環(huán)氧樹脂膠液滲入裂縫內(nèi)并與裂縫壁滲出的固化劑發(fā)生固化反應(yīng)，形成具有強膠黏性的固化物，填塞縫隙，降低了孔隙率，阻斷了連續(xù)孔縫，從而，修復(fù)了水泥基材料的強度和抗?jié)B性，實現(xiàn)水泥基材料的自修復(fù)功能。
　　建立了水泥基材料自修復(fù)性能評價方法，利用電化學(xué)阻抗譜法(EIS)、壓汞法(MIP)和氮吸附法(BET)，以滲流結(jié)構(gòu)參數(shù)、孔結(jié)構(gòu)參數(shù)和吸附-脫附曲線特征等指標(biāo)，評價水泥基材料在不同荷載作用

6、下?lián)p傷程度，并得出外加荷載達(dá)40～50％σmmax時，水泥基材料開始出現(xiàn)明顯裂縫—損傷;以損傷水泥基材料的強度、氯離子滲透性作為水泥基材料自修復(fù)率的評價指標(biāo)，探討了摻有微膠囊的水泥基材料自修復(fù)率的主要影響因素，其影響程度順序為:微膠囊摻量＞微膠囊直徑＞損傷程度＞修復(fù)齡期。得出獲得最大修復(fù)率的條件組合是6.0％微膠囊摻量、微膠囊直徑為230μm、預(yù)壓力為60％σmax時的損傷程度、修復(fù)齡期7d。
　　通過上述研究，創(chuàng)立了一種水泥基材