水泥基材料用微膠囊自修復技術與原理的研究.pdf

1、混凝土開裂損傷部位的智能化感知和即實時自修復是水泥混凝土微裂紋修復的新技術和新方法，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、有機高分子化學和物理化學等相關理論與知識，創(chuàng)立了適用于水泥基材料的微膠囊自修復體系，分析了相關技術原理，提出了自修復效果的評價方法。
　　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動力學，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1h合成脲醛樹脂預聚體，環(huán)氧樹脂膠液芯材/脲醛樹脂預聚體壁材的質(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)生固化反應并具有良好膠粘性的環(huán)氧樹脂基裂縫修復劑，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?；贙issinger和Arrhenius方程，分析了E-51/BGE/MC120D修復劑的固化反應動力學，當BGE為E-51質(zhì)量的17.5％、MC120D為E-51質(zhì)量的20％時，修復劑的固化反應活化能最低，有利于在水泥基材料中常溫固化;借助差熱和紅外

4、技術探討了固化反應機理，MC120D摻量為10～30％時，修復體系固化分兩步進行，而其摻量超過30％時，固化反應一步完成;運用毛細動力和虹吸原理，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)生固化反應修復裂縫的界面性能要求。由此得到了環(huán)氧樹脂基修復劑的最優(yōu)組成。
　　設計并制備了一種基于微膠囊技術的自修復水泥基材料，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、自修復機理，當水泥基材料開裂時，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，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功能。
　　建立了水泥基材料自修復性能評價方法，利用電化學阻抗譜法(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，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率的評價指標，探討了摻有微膠囊的水泥基材料自修復率的主要影響因素，其影響程度順序為:微膠囊摻量＞微膠囊直徑＞損傷程度＞修復齡期。得出獲得最大修復率的條件組合是6.0％微膠囊摻量、微膠囊直徑為230μm、預壓力為60％σmax時的損傷程度、修復齡期7d。
　　通過上述研究，創(chuàng)立了一種水泥基材