微胶囊自修复混凝土的实验研究及性能评价.pdf

中国科技核心期刊 杆癯 蟓 徽胶囊自修复混凝士的实验研究及 性能评价 万健， 韩超 ( 四川建筑职业技术学院 土木 工程系 ， 四川 德阳6 1 8 0 0 0 ) -摘要 ： 介绍了混凝土微胶囊自修复技术的机理， 选用原位聚合法制备脲醛树脂包覆的环氧树脂微胶囊， 并通过在混凝土中掺入该 微胶囊制得 自 修复混凝土。通过研究微胶囊对混凝土强度和工作性的影响， 确定了微胶囊适宜掺量为3 O ， 评价了自 修复混凝土对受 载损伤和环境损伤 的修复性 能： 受载损伤后 4 8 h的抗折强度恢复率为 7 5 6 ， 冻融循环实验后动弹性模量平均恢复率可达 6 4 3 。 关键词 ： 混凝土； 损伤； 自修复； 微胶囊； 耐久性 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 4 0 0 3 Ex p e r i me n t a l s t u d y a n d e v a l u a t i o n o f s e rf h e a l i n g c o n c r e t e t h e n c a p s u l a t e d g l ue N 帆 ， N Ch a o ( De p a r t me n t o f Ci v i l En g i n e e rin g ， S i c h u a n Co l l e g e o f Ar c hi t e c t u r a l Te c h n o l o g y， De y a n g 61 8 0 0 0， S i c h u a n， C hi n a ) Ab s t r a c t ： T h e m e c h a n i s m o f s e l f h e al i n g t e c h n o l o gy f o r c o n c r e t e wa s i n t r o d u c e d A k i n d o f e p o x y r e s i n m i c r o e a p s u l e w i t h ur e a f o r ma l d e h y d e r e s i n c o a t wa s p r e p a r e d b y t h e me t h o d o f i n s i t u c o n d e n s a t i o n p o l y me riz a t i o n， a n d t he s e l f h e ali n g c o n c r e t e wa s pr e p are d b y a d d i n g t h i s mi c r o e a p s u l e T h e mi c r o c a p s u l e a p p r o p ria t e c o n t e n t 3 0 wa s d e t e r mi n e d a c c o r di n g t o t h e i n f l u e n c e o f mi c r o e a p s u l e o n c o n c ret e p mp e i e s Re c o v e rin g p e r f o rm an c e o f s e lf h e a l i n g c o n c r e t e for t h e l o a d i n g d a ma g e a n d e n v i r o n me n t a l d a ma g e wa s e v alu a t e d： a f t e r l o a d i n g 4 8 h。 t h e r e c o v e r y r a t e o f t h e fle x u r a l s t r e n g t h wa s 7 56 ： wi t h s t and i n g f r e e z e t h a w c y c l e s ， t h e a v e r a g e r e c o v e r y r a t e o f mo d u l us d y n a mi c up t o 6 4 _ 3 Ke y wo r d s ： c o n c r e t e ： d h ma g e ： s e l f h e ali n g ： m i e mc a p s u l e ： d u r a b i l i t y 在载荷作用、 环境侵蚀等多种因素的影响下， 混凝土结构 经常出现裂缝等局部损伤。混凝土开裂减小了结构的承力面 积， 使结构的强度下降。另外， 裂缝会成为环境中的腐蚀物质 渗透进入混凝土内部的通道， 加速混凝土及钢筋的腐蚀， 导致 结构的耐久性降低I l l 。对于结构表面的宏观裂缝， 通常可以采 取加固、 灌浆、 填充等人工修复方法田 。而结构内部裂缝以及 微观开裂则不仅不易检测到而且难以用传统修复方式处理。 混凝土自 修复就是指混凝土在开裂时能够自行感应并修复损 伤的新型技术3 1 。本文利用掺加修复微胶囊来实现混凝土的 自 修复， 对其性能进行了实验研究， 并评价了自修复的效果。 1 微胶囊自修复机理 复剂的微胶囊来实现， 其自 修复机理如图1 所示。 当混凝土基 体开裂时， 微胶囊随之破坏， 其中的修复剂流出， 并在毛细作 用下渗入裂缝。修复剂固化后将断裂面粘结在一起。 裂纹产生 裂纹扩展 自修复 图 1 混凝土微胶囊自修复机理示意 微 胶 囊自 修复 技 术 通 过 在 拌 制 混 凝 土时 加 入内 含 液 态 修 2 自修复微胶囊的制备 收稿 13期： 2 0 1 3 1 0 2 3 ； 修订 13期： 2 0 1 4 0 l O 2 作者简介 ： 万健 ， 男， 1 9 8 1 年生 ， 四川乐 山人 ， 硕士 ， 讲 师， 主要从事土 木工程施工技术 方面的研究 。地址： 四川省德阳市嘉陵江西路 4号 ， E ma i l ： h o l y _ o n e y e a h n e t 。 4 0 新型建筑材料 2 0 1 4 5 2 1 原材料 B L G R O U T环氧树脂，日本 S H 0 一 B O N D株式会社； G E 硅酮结构胶， 迈图高新材料集团； J S 改性聚氨酯胶， 杭州之江 有机硅有限公司； P 0 4 2 5水泥， 四川利森水泥集团； 尿素、 三 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 万健， 等： 微胶囊自 修复混凝土的实验研究及性能评价 4 混凝土的自修复性能评价 设计实验使基准混凝土和加入 3 0 修复微胶囊的混凝 土均产生受载损伤和环境损伤， 对比其恢复能力， 评价混凝土 的自 修复性能。 4 1 对受载损伤的自修复 将基准混凝土和加入3 0 修复微胶囊的混凝土分别制 成多组1 5 0 m m x l 5 0 m in x 6 0 0 m m的棱柱体试件。 按图4的方 式对试件进行三分点弯曲预加载处理，以1 0 1 5 k N s 的速 率加载至预定压力( 分别以0 4 O k N进行实验) ， 保持压力5 m i n ， 以使混凝土试件产生损伤。将受损试件取下， 静置4 8 h ， 然后进行抗折实验，比较加入修复微胶囊的混凝土和基准混 凝土的抗折强度。可用式( 1 ) 计算试件抗折强度恢复率： o o 式中： 毋一掺加修复微胶囊的混凝土抗折强度恢复率， ； 经预压的基准混凝土试件4 8 h 后抗折强度， M P a ； 未预压的基准混凝土试件的抗折强度， M P a ； 经预压的掺加修复微胶囊混凝土试件4 8 h 后抗 折强度， M P a 。 图 4 三分点弯曲预加载示意 不同压力预载处理的混凝土试件的抗折强度见图5 。 图 5 不同压力预载处理的混凝土试件的抗折强度 由图5 可见， 当预加载压力小于2 O k N时， 混凝土产生的 损伤较小， 不至于使试件的抗折强度降低， 预压过的基准混凝 土和加修复微胶囊的混凝土4 8 h 后的抗折强度均与未预压 4 2 新型建筑材料 2 0 1 4 5 的混凝土试件的抗折强度大致相同。 当预加载压力增大时， 基 准混凝土和加修复微胶囊的混凝土4 8 h 后的抗折强度出现 显著差异。 基准混凝土的抗折强度随预压力的升高快速下降。 而经预压的加修复微胶囊混凝土4 8 h 后的抗折强度较未预 压的混凝土只有小幅度下降。 说明加修复微胶囊的混凝土对受 载损伤有一定的自 修复能力。经计算， 预加载压力4 0 k N时， 掺加3 O 修复微胶囊的混凝土4 8 h 后的抗折强度恢复率为 7 5 6 。 4 2 对环境损伤的自修复 将基准混凝土和加入 3 O 修复微胶囊的混凝土分别制 成 1 0 0 m m x l O 0 m m x 4 0 0 m m 的棱柱体试件。 通过快速水冻水 融循环来使混凝土产生损伤。 每隔2 5 次冻融循环用共振法混 凝土动弹性模量测定仪测定试件的相对动弹性模量。直至基 准混凝土试件的相对动弹性模量下降至6 0 时， 停止冻融循 环。测试结果见图6 。 图 6 冻 融循环试件的相对动弹性模 量 从图6 可见，加入微胶囊的混凝土相对动弹性模量的下 降速度明显小于基准混凝土。 并且完成冻融循环实验2 4 h 后 再次测试掺加微胶囊的混凝土试件的动弹性模量，发现动弹 性模量比冻融循环刚结束时还有提高。说明在冻融循环过程 中产生的损伤已经进行了自 修复。 动弹性模量的恢复率可用式( 2 ) 计算： P p R L x l O 0 ( 2 ) 卜 式中： 广_ 自 修复试件的动弹性模量恢复率， ； P 掺加修复微胶囊混凝土试件的相对动弹性模 量， ： P n 基准混凝土试 件的 相对动弹性模量， 。 经计算， 完成冻融循环实验2 4 h 后， 自 修复混凝土的动 弹性模量平均恢复率可达6 4 3 。 5 结论 通过原位聚合制成的脲醛树脂包覆B L G R O U T环氧树 ( 下转第 5 5页) 5 O 5 0 5 O 5 O 6 6 5 5 4 4 3 3 墨 嚼 gI I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m