化学转换型裂缝自修复材料及其对混凝土耐久性的影响研究

论文题目: 化学转换型裂缝自修复材料及其对混凝土耐久性的影响研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料学

作者: 王桂明

导师: 余剑英

关键词: 混凝土,耐久性,抗渗,自修复,化学侵蚀,冻融,碱集料反应,钢筋锈蚀

文献来源: 武汉理工大学

发表年度: 2005

论文摘要: 混凝土耐久性是国际工程界的重要研究课题。大量研究表明:渗透性是影响水泥混凝土耐久性能的最关键因素,它与混凝土耐久性之间存在着极其密切的关系。因此,改善和增强水泥混凝土的抗渗性能,并使其具有优良的裂缝自修复能力是提高混凝土耐久性的重要途径,对于提高混凝土的耐久性具有重要的意义。本文在对裂缝自修复作用机理的分析研究基础上,制备了一种裂缝自修复材料,对该材料的自修复功能和作用机理进行了研究与表征,并系统地研究了该材料对混凝土耐久性的影响。主要研究结论如下: 1.在查阅与分析了大量国内外文献资料的基础上,提出了化学转换自修复反应思想,以此为理论依据,制备出了化学转换型水泥混凝土裂缝自修复材料—CCSM。 2.研究表明CCSM可显著提高水泥基材料(砂浆、混凝土)的抗渗性能和抗压强度。砂浆试件的一次抗渗压力由0.4MPa提高到1.4MPa以上,二次抗渗压力由O.1MPa提高到1.2MPa以上,抗压强度则由20.4lMPa提高到23.54MPa。 3.CCSM涂层试件的二次和多次抗渗性能的研究表明,CCSM可显著提高混凝土的抗渗自修复能力;对去涂层试件抗渗性能进一步研究证明CCSM主要是通过活性化学物质扩散渗透到混凝土内部,借助化学转换作用来提高混凝土的抗渗性,并赋予混凝土自修复功能。 4.XRD衍射、压汞试验、SEM显微分析和化学分析研究表明,CCSM内含的活性化学物质在水泥基材料中具有扩散渗透性,能在较短的时间内扩散到水泥基材料的内部,并通过化学转换反应促使试件内部的未水化水泥等活性胶凝物质与游离钙离子在孔隙和裂缝中生成不溶性的硅酸钙等结晶体,堵塞内部孔隙,封闭毛细孔通道,显著降低试件的孔隙率(由36.4%降低到14.8%),并使试件内部的有害孔(孔径为100～200nm)和多害孔(孔径大于200nm)明显减少,从而可阻止水与侵蚀性介质向内部的扩散。而CCSM的活性化合物在化学转换反应中并不消耗,可反复参与反应,从而可赋予水泥基材料持久的裂缝自修复功能。 5.对影响CCSM自修复作用的相关因素的研究表明,水泥基材料中应有一定量的水泥含量(10%以上),才能使CCSM化学转换反应充分进行,从而有效提高混凝土的裂缝自修复作用;延长养护时间、增大环境湿度均有利于CCSM化学转换作用的发挥。 6.研究发现CCSM可明显提高混凝土耐化学侵蚀和抗冻融破坏能力。CCSM处理试件在盐酸和氢氧化钠溶液中浸泡3个月后的抗压强度明显提高(增长率超过28%),在硫酸钾溶液中略为降低(小于10%),抗渗压力均由1.4MPa提高到1.5MPa

论文目录:

中文摘要

英文摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 水泥混凝土构筑物的耐久性及其影响因素

1．2．1 化学侵蚀

1．2．2 冻融循环

1．2．3 碱集料反应

1．2．4 钢筋锈蚀

1．2．5 水泥混凝土的抗渗性能与渗漏原因分析

1．2．5．1 水泥混凝土的抗渗性与耐久性能的关系

1．2．5．2 水泥混凝土材料渗漏原因分析

1．3 提高水泥混凝土抗渗性的研究进展及存在的问题

1．3．1 抗渗水泥

1．3．2 结构自抗渗混凝土

1．3．3 柔性防水材料

1．3．4 无机刚性抗渗材料

1．3．4．1 涂层覆盖型材料

1．3．4．2 无机水性水泥密封抗渗剂

1．3．5 水泥混凝土自修复技术

1．3．6 水泥基渗透结晶型材料

1．4 课题的提出与研究内容

1．4．1 课题的提出

1．4．2 本文的主要研究内容

第2章 化学转换型裂缝自修复材料(CCSM)的制备与表征

2．1 前言

2．2 化学转换自修复反应机理的提出

2．3 试验内容与方法

2．3．1 CCSM的原料与制备

2．3．1．1 主要原料

2．3．1．2 正交试验方案设计

2．3．1．3 CCSM的配制

2．3．2 砂浆试件制备

2．3．3 混凝土试件制备

2．3．4 涂层试件制作与养护

2．3．5 力学性能测试

2．3．6 抗渗性能测试

2．3．7 化学转换反应机理的表征

2．3．8 SEM测试

2．4 结果与讨论

2．4．1 CCSM的配方研究

2．4．2 材料配方优化

2．4．3 CCSM对砂浆试件和混凝土试件性能影响对比

2．4．4 化学转换反应机理的表征

2．4．5 SEM显微分析

本章小结

第3章 CCSM自修复性能及其影响因素的研究

3．1 前言

3．2 CCSM的自修复性能研究

3．2．1 试验部分

3．2．1．1 试验原料

3．2．1．2 试件制备与养护

3．2．1．3 力学性能的测试

3．2．1．4 抗渗性能的测试

3．2．1．5 孔隙率和孔径分布的测试

3．2．2 结果与讨论

3．2．2．1 CCSM对力学性能及其自修复作用的影响

3．2．2．2 CCSM对抗渗性能及其自修复作用的影响

3．2．2．3 CCSM对砂浆试件孔隙率及其孔径分布的影响

3．3 CCSM自修复性能的影响因素研究

3．3．1 试验部分

3．3．1．1 试验原料

3．3．1．2 各种不同条件的抗渗试件制备

3．3．1．3 水泥砂浆试件在不同条件下的养护

3．3．1．4 抗渗性能测试

3．3．1．5 CCSM活性化合物的扩散深度和扩散浓度的测试

3．3．2 结果与讨论

3．3．2．1 CCSM用量对试件抗渗性能和自修复作用的影响

3．3．2．2 水泥含量对试件抗渗性能和自修复作用的影响

3．3．2．3 水灰比对试件抗渗性能和自修复作用的影响

3．3．2．4 养护时间对试件抗渗性能和自修复作用的影响

3．3．2．5 湿度条件对试件抗渗性能和自修复作用的影响

3．3．2．6 活性化合物的扩散深度和扩散浓度

本章小结

第4章 CCSM对混凝土耐化学侵蚀和抗冻融破坏性的影响

4．1 前言

4．2 CCSM对混凝土耐化学侵蚀性能的影响

4．2．1 试验部分

4．2．1．1 试验原料

4．2．1．2 化学侵蚀液

4．2．1．3 试件制备

4．2．1．4 试件养护与侵蚀处理

4．2．1．5 力学性能测试

4．2．1．6 抗渗性能测试

4．2．2 结果与讨论

4．2．2．1 盐酸溶液侵蚀试验

4．2．2．2 氢氧化钠溶液侵蚀试验

4．2．2．3 硫酸钾溶液侵蚀试验

4．2．2．4 化学侵蚀介质的传质过程与CCSM的作用分析

4．3 CCSM对混凝土抗冻融破坏性的影响

4．3．1 试验部分

4．3．1．1 试验原料

4．3．1．2 试件制备

4．3．1．3 冻融循环试验

4．3．1．4 力学性能测试

4．3．1．5 抗渗性能测试

4．3．2 结果与讨论

4．3．2．1 CCSM对抗压强度和抗渗压力的影响

4．3．2．2 CCSM改善混凝土抗冻融破坏性的作用机理

4．4 CCSM对混凝土冻融自修复性能的影响

4．4．1 试验部分

4．4．1．1 试验原料

4．4．1．2 试件制备

4．4．1．3 力学性能测试

4．4．1．4 抗渗性能测试

4．4．2 结果与讨论

4．4．2．1 CCSM对前期未养护的砂浆试件冻融自修复作用

4．4．2．2 CCSM对前期养护后的砂浆试件冻融自修复作用

本章小结

第5章 CCSM对混凝土碱集料反应的影响

5．1 前言

5．2 试验部分

5．2．1 试验原料

5．2．2 试件制备

5．2．3 试验方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 CCSM用量对试件碱集料反应的影响

5．3．2 CCSM对不同石英玻璃含量试件碱集料反应的影响

5．3．3 在不同碱溶液中CCSM对试件碱集料反应的影响

5．3．4 CCSM对不同碱掺量试件碱集料反应的影响

5．3．5 CCSM对不同胶砂比试件碱集料反应的影响

5．3．6 CCSM抑制碱集料反应的机理探讨

本章小结

第6章 CCSM对混凝土钢筋锈蚀的防护作用

6．1 前言

6．2 试验部分

6．2．1 试验原料

6．2．2 试件制备与养护

6．2．3 吸水率测试

6．2．4 氯离子快速渗透性测试

6．2．5 钢筋锈蚀测试

6．3 结果与讨论

6．3．1 CCSM对吸水率的影响

6．3．2 CCSM对氯离子扩散系数的影响

6．3．3 CCSM对钢筋锈蚀的影响

本章小结

第7章 CCSM活性化合物在水泥基材料中扩散性的预测

7．1 扩散理论

7．1．1 活性化合物扩散理论

7．1．2 有限元格式的构造

7．2 数值模拟

7．3 活性化合物扩散预测值与实测值的对比

本章小结

第8章 结论与建议

8．1 结论

8．2 建议

参考文献

附录：攻读博士学位期间发表的论文及获得的成果

致谢

发布时间: 2005-10-11

参考文献

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• [6].混凝土结构退化模型与耐久性评估[D]. 徐善华.西安建筑科技大学2003
• [7].基于全寿命理论的海工混凝土耐久性优化设计[D]. 薛文.浙江大学2011
• [8].基于相对信息多重环境时间相似理论及混凝土耐久性应用[D]. 李志远.浙江大学2016
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• [10].多因素耦合作用下混凝土的冻融损伤模型与寿命预测[D]. 杜鹏.中国建筑材料科学研究总院2014

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