自修复混凝土的黏结固化性能分析.pdf

第 3 5卷第 3期 2 0 1 3年 3月 人民黄河 YELL OW RI VER Vo 1 3 5 No 3 Ma r 2 0l 3 【 水利水 电工程 】 自修复混凝土的黏结固化性能分析 张 昊 ( 南昌大学 科学技术学院， 江西 南昌3 3 0 0 2 9 ) 摘要： 对用正丁基缩水甘油醚( B G E ) 稀释后的环氧树脂( E一 5 1 ) 作为修复剂的黏结强度影响因素和黏结固化机理进 行 了研究。水泥基体中咪唑类固化剂 MC 1 2 0 D和四乙烯五胺掺量、 黏结试件的修复养护温度和养护时间对修复效果具 有影响。研究表明， 固化反应后稀释剂、 E一 5 1红外特征峰变化明显， 三元体 系发生了交联反应。 关键词： 修复剂；环氧树脂；固化动力学；活化能；反应级数；自修复混凝土 中图分类号 ：T V 4 3 1 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 0 1 3 7 9 2 0 1 3 0 3 0 4 0 An a l ys i s o f Bo nd a n d Cu r i n g Pr o pe r t i e s o f S e l f - He a l i ng Co nc r e t e ZHANG Ha o ( C o l l e g e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， N a n c h a n g U n i v e r s i t y ，N a n e h a n g 3 3 0 0 2 9， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n fl u e n c e f a c t o r s o n b o n d i n g s t r e n g t h a n d a d h e s i v e c u r i n g m e c h a n i s m o f d i l u t e d e p o x y r e s i n( E一 5 1 )b y N - b u t y l g l y c i d y l e t h e r( B G E) a s h e a l i n g a g e n t we r e s t u d i e d Th e c o n t e n t o f ma t rix i mi d a z o l e c u rin g a g e n t MC1 2 0D a n d t e t r a e t h y l e n e p e n a mi n e i n c e me n t ，c u ri n g t e mp e r a t u r e a n d c u rin g t i me o f b o n d i n g s p e c i me n h a d t h e e f f e c t o n b o n d i n g s t r e n gth Re s e a r c h s h o ws t h a t t h e d i l ue n t a n d E一5 I i n f r a r e d c h ara c t e ris t i c p e a k s c h a n g e o b v i o u s l y a f t e r t h e c u rin g r e a c t i o n，a nd t h e c r o s s l i n k i n g r e a c t i o n O C C U R S i n t h r e e e l e me n t s y s t e m Ke y wor d s：h e a l i n g a g e n t ；e p o x y r e s i n；c u rin g k i n e t i c s ；a c t i v a t i o n e n e r g y；r e a c t i o n o r d e r ；s e l f - h e a l i n g c o n c r e t e 混凝土是世界上用量最大的一种建筑材料 ， 但其抗拉强度 较低 ， 在环境 的影响下混凝 土结 构 内部极 易产生微 裂纹和 局部 损伤， 这些损伤若得不到及时修复， 则会影响混凝土的强度和 耐久性 ， 甚至可能引发宏观裂缝， 导致严重的工程事故。混凝 土裂缝 自修复是指混凝土在外部或内部条件 的作用下释放或 生成新的物质来 自行封闭、 愈合裂缝 。混凝土自修复技术对 于提高混凝土结构的安全性和耐久性具有重要意义。 基于微胶囊技术的混凝土微裂纹 自修复技术是智能混凝 土新的发展方向， 其基本原理是合成微米级有机微胶囊， 囊芯 为具有良好流动性的修复剂 。在制备混凝土时将微胶囊和 囊芯固化材料一同掺人， 硬化的混凝土在外部荷载作用下使内 部微胶囊破裂， 然后修复剂流人微裂纹中并在固化剂作用下发 生黏结 固化， 从而起到封堵微裂纹的作用。笔者研究了用 1 5 正丁基缩水甘油醚( B G E) 稀释后 的环氧树脂 E一 5 1作为修复 剂的黏结固化性能。 1 原材料与试验方法 主要原材料： 普通硅酸盐水泥， 矿渣， 萘系减水剂， 石英砂 ， P V A纤维 ， 环氧树脂 E一5 1 ， 正丁基缩水甘油醚( B G E ) ， 咪唑类 环氧树脂固化剂 MC 1 2 0 D， 四乙烯五胺( T E P A) 。 配合比为水泥： 矿粉： 石英砂： 水 ：1 ： 0 6 ： 0 6 ： 0 6 7 ， 并以 P V A纤维体积掺量为2 制备砂浆， 固化剂按照一定比例在制 1 1 8 备砂浆时掺入。试件制备与力学性能测试参照 水泥胶砂强度 检验方法 ( I S O法) ( G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 ) 。环氧树脂在不 同条件下的固化热分析采用 S T A 4 0 9 P C型综合热分析仪， 固化 产物分析采用 S p e c t r u m O n e F T I R光谱仪。 2 试验结果与讨论 2 1 修复剂黏结强度分析 M C 1 2 0 D作为固化剂时， 固化温度较高， 在低温下固化时间 长。四乙烯五胺则是常温固化剂， 但容易挥发， 加入水泥基体后 可能会在 自修复复合材料的水化和使用过程中流失。下面通过 试验研究 M C 1 2 0 D和四乙烯五胺加入水泥基体后对环氧树脂的 固化效果 ， 以及 自修复复合材料的自修复养护温度和养护时间 对环氧树脂 MC 1 2 0 D 四乙烯五胺体系固化强度的影响。 将标准养护 2 8 d的试件折断， 然后在两个断面上涂厚度约 为 0 3 m m的环氧树脂( 用 1 5 正丁基缩水甘油醚稀释) ， 将两 段试件对接好 ， 放入模具中， 两端施加一定压力使试件断面紧 密结合。将试件分别置于 3 0 、 4 0 、 5 0 、 6 0 c C的烘箱中， 测试各龄 期环氧树脂的黏结强度及断裂情况。不同养护温度下黏结试 件的黏结强度见图 1 。可见 ， 养护温度越高， 黏结强度越高， 但 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 9 1 0 作者 简介 ： 张昊( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 湖南浏 阳人 ， 讲 师 ， 研 究方 向为土 木工程 施工技 术与管理。 E- ma i l ：3 4 8 3 8 5 6 1 3 q q e o m 人 民 黄 河2 0 1 3年第 3期 开采料的直接利用量为 5 6 6 9 3万 m ， 占总填筑量的8 0 8 7 ； 料场回采料 ( 河床砂砾石料场和老龙潭土料场) 的直接利用量 为7 4 4 7万 m ， 占总填筑量的 1 0 6 2 ； 料物的总利用率为 8 4 76 。 表 1 2 0 1 2年 7月各运输道路月最大行车密度及月最大运输量统计 溢洪道开挖 砂砾石料场 R 3堆石料场 溢洪道开挖料 天然砂砾料 R 3料场白云岩 R 3料场白云岩 R 3 料场白云岩 R 3 料场白云岩 R 3 料场白云岩 次堆石料 次堆石料 主堆石料 垫层料 过渡料 坝后堆石棱体 主堆石料 溢洪道 I 期开挖 砂砾石料场 R 3堆石料场开采 R 3 堆石料场开采 R 3 堆石料场开采 R 3 堆石料场开采 R 3堆石料场开采 面板堆石坝 lI 1期 面板堆石坝 II 1 期 面板堆石坝 I 2 期 面板堆石坝 I 2期 面板堆石坝 I 2期 面板堆石坝 I 2期 面板堆石坝1 期 1 5 6 6 1 4 1 O 1 4 7 4 ( 回采) l 4 7 4 1 5 8 5 1 4 9 O 0 6 8 0 6 4 1 8 8 1 7 7 0 2 4 0 2 2 1 8 8 4 1 7 7 1 l 3 3 9 1 4 O 0 l 4 1 5 0 6 l 1 6 8 O 2 1 l 6 8 2 9 路0 5 8 8 # 路0 2 1 2 路一交通洞_ _ 4 路2 7 7 2 路一交通洞 4 懈2 7 7 2 # 路 一交通洞4 路2 7 7 2 懈一交通洞 4 路2 7 7 2 路一交通洞 1 4 路2 7 7 在施工过程模拟全部结束后 ， 河床砂砾石料场的天然砂砾 石料和老龙潭料场的黏土料因大坝填筑不需要而剩余的总量 ( 含场平等) 为4 4 1 3万 m ， 回采料物均按照料物级配要求全 部利用完。在遵循溢洪道开挖料优先利用的控制原则下 ， 这就 意味着要求料物直接上坝率最大 、 开挖料物( 含回采) 利用率最 高以及开采料物需求量最小， 也就意味着实现了料物利用的最 优调 配。 3 结语 以系统工程理论为基础， 以资源的优化配置为目标， 通过对 土石方调配系统中各个要素的系统分析研究 J ， 充分而细致地 考虑系统内在和外在的约束因素， 运用运筹学中的线性规划方 法建立土石方平衡调配系统模型， 对龙背湾面板堆石坝工程进 行仿真模拟和计算分析 ， 获得了满意的效果。将结果数据及 时地反馈应用到该工程实际施工中， 提高了料物的直接上坝量， 减少了料物的开采量、 回采量等， 印证了施工方案的可行性。 参考文献 ： 1 申明亮， 倪锦初， 陈伟， 等 水利水电工程施工仿真与土石方平衡 M 北 -_ _ ( 上接第 1 1 9页) 增加提高。单掺一种固化剂的黏结强度小于 两种复掺的情况。 ( 2 ) E一5 1 B G E Mc 1 2 0 D三元体系会产生交联反应 ， 表现 为环氧树脂 E一5 1的环氧基特征吸收峰7 7 2 o m 消失， 环氧树 脂 E一 5 1的羟基吸收峰 3 5 0 2 e m 强度随 B G E掺量增加而逐 渐提高。同时 B G E的环氧基谱带9 1 3 、 8 4 4 、 7 6 1 c m 消失。 参考文献： 1 O o i S K， C o o k W D ， S i m o n G P ， e t a 1 D S C S t u d ie s o f t h e C u r i n g M e c h a n i s m s a n d K i n e t i c s o f D G E B A U s i n g I m i d a z o l e C u ri n g A g e m s J P o l y m e r ， 2 0 0 0 ， 4 4 ( 1 O )： 3 6 3 93 6 4 9 京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 7 2 A h m a d A M o m b L i n e a r P r o g r a m m i n g M o d e l f o r F i n d in g O p t i m a l R o a d w a y G r a d e s th a t Min i m i z e E a a h R o c k C o s t J E u r o p e an J o u rna l of O p e r a t i o n a l ， 1 9 9 6 ( 5 )： 1 4 81 5 4 3 胡程顺 ， 钟登华， 张静 ， 等 土石方动态调配模型与可视化研究 J 中国工 程科学 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 7 3 7 9 4 罗时朋 ， 糜莺英， 胡志根 料场开采方案的多目标模糊优选 J 武汉水利电 力大学学报 ， 2 0 0 0 ( 6 ) ： 4 7 4 9 5 王晓梅 ， 梁轶 大系统理论在面板堆石坝工程土石方平衡规划中的应用 J 水利水电快报， 2 0 0 1 ( 1 7 ) ： l 4 1 7 6 曹生荣， 王先甲， 申明亮 大型水电工程土石方调配系统分析及其优化调配 模型 J 中国工程科学， 2 0 0 3 ( 7 ) ： 7 2 7 6 7 郭科， 陈聆， 魏友华 最优化方法及其应用 M 北京： 高等教育出版社 ， 2 0 o7 8 赵春菊， 周宜红， 胡育林 基于仿真的溧阳面板堆石坝土石方调配动态平衡 研究 G 现代堆石坝技术进展 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 9 ： 4 8 6 4 9 0 9 刘文峰， 袁光裕 用系统分析方法进行砂石料料场规划 J 人民黄河， 1 9 8 4， 6 ( 2) ： 2 8 3 2 1 0 程严 基于计算机仿真的面板堆石坝土石方动态调配方法研究 D 武汉： 武汉大学 ， 2 0 0 5 【 责任编辑张华岩】 杜学晓 自修复微胶囊及其聚合物复合料材 D 深圳： 深圳大学， 2 0 0 9 国家质量技术监督局G B T 1 7 6 7 1 -1 9 9 9水泥胶砂强度检验方法： I S O法 M 北京 ： 中 国质检 出版社 ， 1 9 9 9 张银生， 尤瑜升， 冀克俭， 等 红外光谱法测定环氧树脂的环氧值 J 化学 计量 ， 1 9 9 5 ， 4 ( 1 ) ： 1 8 2 1 甘乐 民 红外 光谱吸收 比法测定双 酚 A型环氧树 脂的环 氧值 J 涂料 工 业 ， 1 9 8 7( 4 )： 4 74 8 袁骏 红外光谱分析在环氧树脂与胺固化剂反应中的一些简单应用 J 上 海涂料， 2 0 0 3 ， 4 1 ( 2 ) ： 3 0 3 4 陈平， 刘胜平 环氧树脂 M 北京： 化学工业出版社， 1 9 9 9 【 责任编辑张华岩】 1 2 3