【摘 要】
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混凝土是桥梁工程中应用最为广泛的材料之一,在公路桥梁工程中混凝土桥约占90%。虽然混凝土具有很好的抗压性能,但是其抗拉强度较低,在建设和服役过程中易开裂。裂缝为外界的水、二氧化碳和硫酸根离子、氯离子等有害物质进入混凝土基体提供了便捷的通道,从而加速桥梁混凝土的劣化,影响桥梁的耐久性能。另外,混凝土硬化过程中受到温湿度影响,易产生细微观损伤开裂。针对此类问题,本文开展混凝土自修复技术研究,选定胶囊修
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混凝土是桥梁工程中应用最为广泛的材料之一,在公路桥梁工程中混凝土桥约占90%。虽然混凝土具有很好的抗压性能,但是其抗拉强度较低,在建设和服役过程中易开裂。裂缝为外界的水、二氧化碳和硫酸根离子、氯离子等有害物质进入混凝土基体提供了便捷的通道,从而加速桥梁混凝土的劣化,影响桥梁的耐久性能。另外,混凝土硬化过程中受到温湿度影响,易产生细微观损伤开裂。针对此类问题,本文开展混凝土自修复技术研究,选定胶囊修复形式,开展了以下研究工作:（1）优化微胶囊芯材组分及其配比,并对其修复性能进行研究。分析了膨胀剂、结晶反应剂和渗透结晶材料的修复机理,优选出合适的芯材组分。试验研究各材料对裂缝宽度和试件强度的修复效果。确定氧化镁对表观裂缝宽度填充作用、碳酸钠和硅酸钠结晶反应剂对试件强度的修复和葡萄糖酸钠对试件细微裂缝的愈合修复作用,为后续胶囊制备提供理论支撑。（2）选取了合适的壁材,优化了壁材结构,并制备出不同触发机理的微胶囊。根据选取的芯材物理性状,选取喷雾包衣的胶囊制备原理,选取乙基纤维素（EC）作为囊壁主体材料,针对裂缝绕过胶囊开展问题,优化设计了基于缓释原理的乙基纤维素-羟丙基甲基纤维素（EC-HPMC）囊壁结构和基于p H值触发的乙基纤维素-壳聚糖（EC-CS）囊壁结构。通过喷雾包衣技术对囊芯材料封装成微胶囊,根据材料特点和制备工艺,通过试验确定工艺参数,制备出基于力学触发原理的EC胶囊、基于缓释原理的EC-HPMC胶囊和基于p H值触发原理的EC-CS胶囊。（3）对所制备的微胶囊进行物理形态和触发性能分析,开展了胶囊掺量对胶砂流动度和力学性能影响的试验研究。微胶囊外观较圆整,经过搅拌胶囊未出现破裂现象。通过模拟孔隙溶液,验证不同囊壁的封装与释放性能,囊壁对修复剂有较好的包覆作用,EC-HPMC胶囊对修复剂释放具有较好的缓释效应,EC-CS胶囊具有良好的酸性触发性,在酸雨环境中,可以增加混凝土结构裂缝出现后胶囊触发的效率。当EC胶囊体积掺量为1%和2%情况下,胶砂流动度有所改善,分别提升约20%和10%,胶囊对试件强度影响也较小。（4）通过表观裂缝填充物观察、试件强度修复、渗透性能修复和裂缝处结晶物微观分析,研究了微胶囊对混凝土细微观裂缝修复效果。EC胶囊修复表观裂缝生成的结晶颗粒较大,主要为内部膨胀剂水化生成结晶物,强度修复效果较好,5%增重1%掺量的微胶囊对试件强度恢复率可达91%;EC-HPMC胶囊对细微观裂缝修复效果最好,生成的结晶物更致密,除此之外,由于这种胶囊具备力学触发和缓释两种触发功能,其对试件强度修复率也最高,1%掺量的试件强度恢复接近100%;EC-CS胶囊通过酸性触发后依旧对试件有一定的修复作用,试件强度相较于空白试件有明显提升,经过修复后试件吸水率也有一定程度下降。
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