自愈合仿生混凝土的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代材料科學(xué)的不斷進(jìn)步，作為最主要建筑結(jié)構(gòu)材料之一的混凝土已逐漸向高強(qiáng)、高性能、多功能和智能化方向發(fā)展，用它建造的混凝土結(jié)構(gòu)也趨于大型化和復(fù)雜化。然而混凝土材料的固有缺陷是脆性大，在使用過(guò)程和周?chē)h(huán)境的影響下不可避免地會(huì)產(chǎn)生微開(kāi)裂和局部損傷。如果這些損傷部位不能及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，不但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的正常使用性能和縮短使用壽命，而且可能由此引發(fā)宏觀裂縫并出現(xiàn)脆性斷裂，產(chǎn)生嚴(yán)重的災(zāi)難性事故，給社會(huì)造成難以挽回的經(jīng)濟(jì)損失。過(guò)去對(duì)混凝土

2、材料的修復(fù)形式主要是事后維修和定時(shí)維修，隨著現(xiàn)代社會(huì)向智能化發(fā)展，這種停留在被動(dòng)和計(jì)劃模式下的修復(fù)方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代多功能和智能建筑對(duì)混凝土材料提出的要求。因此研究和開(kāi)發(fā)新型自愈合仿生混凝土、使其能夠主動(dòng)、自動(dòng)地對(duì)損傷部位進(jìn)行修復(fù)、恢復(fù)并提高混凝土材料的性能已成為智能混凝土的發(fā)展趨勢(shì)并將成為新型建筑材料科研和實(shí)際應(yīng)用的熱點(diǎn)。本文中對(duì)自愈合仿生混凝土的研究是模仿生物組織對(duì)受創(chuàng)傷部位自動(dòng)分泌某種物質(zhì)，而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機(jī)能，

3、在混凝土傳統(tǒng)組分中復(fù)合特殊組分，在混凝土內(nèi)部形成仿生自愈合系統(tǒng)，當(dāng)混凝土材料出現(xiàn)裂紋時(shí)，部分液芯纖維破裂，修復(fù)劑流出滲入裂縫，修復(fù)劑可使混凝土裂縫重新愈合，自愈合仿生混凝土屬于智能型仿生材料范疇。本文首次選用單組分的修復(fù)劑對(duì)混凝土進(jìn)行自愈合修復(fù)，通過(guò)對(duì)其不同性能的研究，得到了一系列在不同場(chǎng)合適用于混凝土愈合的修復(fù)劑；其次，針對(duì)不同的空心纖維進(jìn)行愈合的可能性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，提出了新的纖維愈合工藝并取得了良好的效果；再次，目前

4、對(duì)于混凝土愈合效果的評(píng)價(jià)大多僅限于強(qiáng)度回復(fù)率，而在其他方面研究較少。本文采用圖像分析儀和聲發(fā)射等新型的研究手段和方法從不同的方面對(duì)自愈合混凝土的愈合原因和效果進(jìn)行了分析；最后，由于目前對(duì)自愈合混凝土韌性和界面狀況的研究還少有人進(jìn)行，本文對(duì)自愈合混凝土的韌性改善和界面的脫粘增韌機(jī)理進(jìn)行了研究分析，并且將演化計(jì)算的方法引入到自愈合混凝土的界面增韌優(yōu)化設(shè)計(jì)之中，建立了模型，并編制出相應(yīng)的程序。本文主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)論有：1.討論

5、了丙烯酸酯、聚氨酯和環(huán)氧樹(shù)脂等不同修復(fù)劑的性能，通過(guò)對(duì)修復(fù)劑的粘結(jié)強(qiáng)度、流動(dòng)度和愈合速度等方面的測(cè)試，選擇符合混凝土愈合條件和性能的修復(fù)劑，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單主份的膠粘劑在使用上比雙主份的修復(fù)劑更適合混疑土的自愈合條件。此外，對(duì)不同類(lèi)型的修復(fù)纖維與基體材料的性能匹配；匹配纖維的摻量、型號(hào)、分布特性和隨之帶來(lái)的強(qiáng)度損失等對(duì)混凝土材料的修復(fù)性能的影響進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，小于1％的纖維體積摻量對(duì)混凝土材料的強(qiáng)度性能幾乎無(wú)影響，實(shí)現(xiàn)了自

6、愈合材料組分優(yōu)化配伍。2.為了評(píng)價(jià)仿生自愈合混凝土材料修復(fù)前后的效果，通過(guò)使用INSTRON電液司服萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)愈合前后的材料進(jìn)行斷裂試驗(yàn)，測(cè)試了材料愈合前后的強(qiáng)度恢復(fù)率。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混凝土經(jīng)愈合后，其強(qiáng)度性能明顯提高，強(qiáng)度回復(fù)率最高可達(dá)1.16。其次，利用聲發(fā)射儀對(duì)材料內(nèi)部損傷的監(jiān)測(cè)，分析了混凝土愈合后的愈合性能，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，混凝土材料中裂縫的愈合效果良好。3.利用圖像分析系統(tǒng)研究了自愈合混凝土材料的界面特征，定量分析了使用

7、不同的修復(fù)方案，其修復(fù)劑在界面上的流出面積和滲透效果，研究了愈合強(qiáng)度和流出面積的關(guān)系，提出了材料的選用原則和構(gòu)造設(shè)計(jì)方案。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，內(nèi)置開(kāi)放式的愈合效果要優(yōu)于內(nèi)置封閉式的愈合效果。4.通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和對(duì)材料各種測(cè)試數(shù)據(jù)的分析，找出了自愈合混凝土斷裂韌性得到改善的原因，討論了材料界面脫粘破壞的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，材料界面的脫粘面積影響著材料的斷裂韌性。利用INSTRON電液司服萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)測(cè)試分析了混凝土材料的斷裂韌性；同時(shí)還借助圖像