微膠囊對高性能、多功能混凝土性能的影響研究.pdf

1、為建設“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”社會，發(fā)展高性能、多功能混凝土已經(jīng)成為現(xiàn)代混凝土制備技術的研究熱點和重要發(fā)展趨勢，并成為解決資源短缺、環(huán)境危機、節(jié)能減排、走綠色可持續(xù)發(fā)展道路的重要措施。與普通混凝土相比，高性能、多功能混凝土可具有更高的強度和更好的耐久性，以及傳統(tǒng)混凝土所不具備的能量存儲、防霉防菌、自修復、高耐久性等功能。高性能、多功能混凝土的制備方法通常是在拌合過程中，摻入具有特定功能的外加劑與水泥、砂石以及水共同拌合并澆筑成型。然而

2、，外加劑與混凝土的不兼容性是當前制備高性能、多功能混凝土的一大難題。為克服外加劑與混凝土基體間的“副作用”，微膠囊技術通過將外加劑封裝在微型容器中，隔絕外加劑與基體間的非預期接觸，避免“副作用”的發(fā)生，對外加劑進行可控的釋放或激發(fā)，從而增強混凝土的性能。研究表明，微膠囊技術在制備高性能、多功能混凝土方面具有極強的技術優(yōu)勢和廣闊的應用前景。
　　然而，使用物理、化學方法合成的混凝土外加劑膠囊體（此外還有多孔材料和超吸水樹脂）存在成本

3、過高、制備過程復雜、條件要求苛刻、膠囊殼體剛度和強度較低以及孔隙結(jié)構(gòu)復雜、裝載量低、外加劑的釋放不可控等缺點，制約了高性能、多功能混凝土的發(fā)展。為克服以上缺點，促進高性能、多功能混凝土的發(fā)展和應用，本文發(fā)展了多孔漂珠和球霰石型碳酸鈣作為混凝土外加劑微型容器，并分別研究了以下內(nèi)容:
　　提出了基于氟酸腐蝕制備和收集多孔漂珠的方法，使用SEM，XRD，XRF，BET，LPSA等表征手段分析了漂珠及多孔漂珠的物理、化學和幾何特征，并測試

4、了漂珠及多孔漂珠的筒壓強度和密度。研究結(jié)果表明，漂珠通常為單腔封閉結(jié)構(gòu)，顆粒內(nèi)腔體積約占全部體積的51.2％，主要化學組成為SiO2和Al2O3，晶型成分為莫來石、石英及無定形態(tài)SiO2，化學性質(zhì)較為穩(wěn)定。所提出的多孔漂珠制備和收集方法具有操作方便、條件簡單、適用性強以及較強的規(guī)?；瘧们熬暗忍攸c。此外，粒徑是影響漂珠及多孔漂珠筒壓強度的重要因素，粒徑越小，漂珠的筒壓強度和堆積、表觀密度則越大，而多孔漂珠筒壓強度降低幅度也越大。

5、　　使用多孔漂珠裝載水制備了多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護微膠囊，對高強混凝土實施了內(nèi)養(yǎng)護。研究了多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護微膠囊的吸水/釋水特性及其對高強混凝土早期自收縮、抗壓強度、微觀結(jié)構(gòu)和氯離子滲透性等方面的影響。結(jié)果表明，多孔漂珠顆粒結(jié)構(gòu)簡單、孔隙分布廣、吸水率高（約為120％，是傳統(tǒng)輕細骨料吸水率的5～24倍)，是一種優(yōu)良內(nèi)養(yǎng)護材料。在高強混凝土中摻入多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護微膠囊，可高效治愈其早期自干燥現(xiàn)象，消除自收縮。摻量越大，自收縮降低幅度則越大，且對28

6、d抗壓強度影響較小。多孔漂珠具有一定的強度和剛度，在高強混凝土微結(jié)構(gòu)中的工作性能優(yōu)異，能夠較好地分散在微結(jié)構(gòu)中，與水泥漿緊密連接，生存率極高。通過將內(nèi)養(yǎng)護水釋放到周邊水泥漿中，多孔漂珠內(nèi)養(yǎng)護微膠囊促進了水泥的水化，減小了未水化水泥顆粒的體積，提高了與之連接的水泥漿的密實性，有效地提高了高強混凝土抗氯離子滲透性能。
　　以石蠟為芯材，多孔漂珠為載體，水泥漿為封裝材料制備了石蠟相變微膠囊，研究了其相變特性，并測試了摻入石蠟相變微膠囊對

7、砂漿吸熱儲能性能以及抗壓強度的影響。結(jié)果表明，“四步法”制備石蠟相變微膠囊簡單高效，可避免石蠟液化后出現(xiàn)泄露問題。該膠囊的相變潛熱為8.135 J/g，相變溫度為26.25℃，為人體適宜溫度。在混凝土中摻入石蠟相變微膠囊，可降低水泥的水化溫度，推遲峰值溫度出現(xiàn)的時間，不影響水泥的水化歷程，且對混凝土抗壓強度，特別是28 d抗壓強度影響較小。
　　提出了改進的CO2氣泡法高效制備球霰石，分析了反應溶液結(jié)束pH值和CO2氣流速率對球霰

8、石純度和產(chǎn)率的影響，確定了最優(yōu)制備參數(shù)。使用SEM，F(xiàn)ETEM等表征手段研究了在最優(yōu)制備條件下，球霰石顆粒的微觀形貌和不同濕度環(huán)境對球霰石晶型的影響。結(jié)果表明，反應溶液結(jié)束pH值越高、CO2氣流速率越大，所制備的球霰石純度越高。當CO2氣流速率為11 l/min，反應溶液結(jié)束pH值高于8.6時，所制備的球霰石純度超過90％。綜合考慮球霰石的純度和產(chǎn)率，確定優(yōu)化球霰石制備條件為:CO2氣流速率為11 l/min，反應溶液結(jié)束pH為8.6。

9、本文提出的改進的CO2氣泡法簡單高效、成本低廉，具有規(guī)模化應用的廣闊前景。SEM和FETEM分析揭示了本方法對制備多孔或中空球霰石具有較好的優(yōu)勢。球霰石的保質(zhì)條件對濕度非常敏感，它會在濕度環(huán)境中逐漸發(fā)生相變，濕度越高，則相變越快。建議使用N2保護包裝法保存球霰石。
　　以制備高品質(zhì)再生骨料所產(chǎn)生的廢液為鈣源，研究了在不同乙醇濃度條件下，使用CO2氣泡法制備球霰石。分析了球霰石顆粒的融合生長現(xiàn)象，使用球霰石顆粒吸附水制備了球霰石內(nèi)養(yǎng)

10、護微膠囊，并對高強混凝土實施了內(nèi)養(yǎng)護。結(jié)果表明，本文提出的處理再生骨料的方法，不僅具有成本低廉、操作簡單等優(yōu)點，還能同時制備高附加值球霰石并吸儲CO2，具有重要的經(jīng)濟價值和環(huán)保意義。乙醇是一種高效的表面活性劑，可促進球霰石的形成，并使得組成球霰石的納米顆粒排列更加有序。本方法處理1kg再生骨料可制備76.6 g球霰石并吸儲33.7 g CO2。球霰石作為內(nèi)養(yǎng)護材料的可行性得到了驗證，為使用球霰石裝載混凝土外加劑制備球霰石微膠囊提供了技術