渗透结晶型裂缝自愈合混凝土的抗渗性能及其机理.pdf
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1、2 0 1 0 年 第 8期 (总 第 2 5 0 期 ) Nu mb e r 8 i n 2 0 1 0 ( T o ml No 2 5 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THE 0RETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 0 0 8 0 1 0 渗透结晶型裂缝 自愈合混凝土的抗渗性能及其机理 黄伟 ,王平 ,尹万云 ,陈德鹏 ( 1 安徽工业大学 建筑工程学院,安徽 马鞍山 2 4 3 0 0 2 ; 2 中国十七冶集团有限公司, 安徽 马鞍山 2 4 3 0 0
2、0 ) 摘要: 从混凝土组成出发, 通过渗透结晶型裂缝 自 愈合混凝土的抗渗试验 , 研究了自制 s J 渗透结晶复合材料掺量对混凝土裂缝 自 愈 合性能的影响, 同时开展了渗透结晶型裂缝 自 愈合混凝土的强度试验 、 凝结时间试验以及 s J 渗透结晶复合材料的安定性试验。试验结果 表明: 掺加 s J 渗透结晶复合材料的裂缝 自 愈合混凝土试件抗渗性能得到明显提高, 强度亦有显著改善, 且对水泥体积安定性和混凝土的 凝结时间不构成不利影响。渗透结晶型裂缝 自 愈合混凝土的裂缝自愈合机理主要在于:渗透结晶活性物质遇水催化 c a 2 + 形成结晶体沉 淀, 堵塞混凝土的裂缝而实现裂缝 自愈合
3、。 关键词 : 混凝土 ;结晶 ;自愈合 ;抗渗 ;机理 中图分 类号 : T U5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) o 8 0 0 2 8 0 3 I mper me a bi l i t y a nd me ch an i s m of c r a c k se l f - he al i ng c onc r e t e b as e d on pe r mea t ed c r y s t al l i ne HUANG W e i , WANG Pi n g , YI N W a n - yu n , CHEN
4、 De -pe n g ( 1 S c h o o l o f A r c h i t e c tu r a l a n dCi v i l E n g i n e e r i n g , An h u i Un i v e r s i t yo f T e c h n o l o g y , Ma a n s h an 2 4 3 0 0 2 , C h i n a 2 C h i n a MC C1 7Gr o u pC o , L t d , Ma a n s h a n 2 4 3 0 0 0 , C h i n a ) Abstr a c t : Ba s e d o n t h e
5、 p r e pa r a t i o n o f o n e k i n d o fc e me n t b a s e d p e r me a t e d c r y s t a l l i n e ma t e r i a l n a me d S J a d mi x t ur e Th e e f f e c t o fd o s a g e o fS J o nt h e p e rm e a b i l i tyo f c r a c k s e l f - h e a l i n gc o n c r e t e ( C S HC) wa s i n v e i g a t
6、e dt h r o u g hi mp e r me a b i l i tyt e s t T h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h , fl e x u r a l s tr e n g t h , s e t t i n g t i me o f CS HC an d the s o u n d n e s s o f S J a dmixt u r e we r e a l s o e x pe r i me n t e d Th e e x p e ri m e n t a l r e s u l t s s h o w tha t th
7、e u s e o f SJ a dm i x t u r e i n c o n c r e t e i mp r o v e s the i mp e r me a b i l i ty o f c o n c r e t e o b v i o u s l y , and t h e c o mp r e s s i v e and fl e x u r a l s t r e n g t h i S a l s o i mp r o v e d Th e u s e o f S J a dm i x t u r e i n c o n c r e t e wo ul d n o t i
8、 n d uc e h a rm f u l e ffe c t on t h e s e t t i n g t i me o f c o n c r e t e an d the s o un dn e s s o f b i n d e r Th e me c h a n i s m o f c r a c k s e l f - h e a l i n g i n c o n c r e t e b y me a n s o f t he u s i n g o f pe n e t r a t e d c rys t a l l i n e ma i n l y l i e s i
9、n that the a c t i v e s u b s t a n c e o f S J a dm i x t u r e c a l l r e a c t wi th Ca 2 +wh e n e n c o u n t e rin g wa t e r a n d f o rm the c r y s tal l i n e p r e c i p i tat e, wh i c h b l o c k s th e c rac k o f th e c o n c r e t e an d thu s a l l o ws th e c r a c k t o r e a l
10、i z e t h e s e l f - h e a l i n g K e y wo r d s : c o n c r e t e ; c rys tal l i n e ; s e l f - h e a l i n g ; i mp e rm e a b i l i ty; me c h a n i s m 0 引言 混凝土是一种微观多孔的脆性材料, 在水泥与水发生水化 反应形成强度过程中, 水泥石内部及其与骨料的界面过渡区不 可避免地会产生内部孔隙和微缝隙等初始缺陷。混凝土构件在 正常工作状态下, 受荷载或环境温湿度变化等因素影响, 将沿内 部初始缺陷产生微裂缝, 若内部微裂缝与构
11、件表面裂缝贯通, 则 将对构件耐久性乃至安全性构成不利, 从而影响混凝土构件的 服役性能。在实际工程中, 往往建、 构筑物的某些部位如屋面、 地 下室等因功能要求需避免混凝土出现裂缝 , 为此, 研究人员对混 凝土裂缝控制进行不断地探索,提出了混凝土裂缝自愈合研究 方向。针对如何实现混凝土裂缝的自愈合, 目前国内外最具代表 性的研究有以下 3 种: 美国伊利诺斯大学 C a r o l y n D 】 等提出 的内置纤维胶液管自修复混凝土技术 , 通过在混凝土内部预埋 注有修复剂的纤维管或是玻璃管 , 在混凝土受外部影响出现损 伤时, 修复管破裂, 修复剂流出深入裂缝进行修补; 日本三桥 博士
12、口 等提出的内置胶囊自修复混凝土技术 , 将内含黏结剂的空 心胶囊掺入混凝土材料中, 一旦混凝土在外界作用下发生开裂, 收稿 日期 :2 0 1 0 - -0 3 - 2 5 基金项目:国家重点施工新技术研发项目( 财企【 2 0 0 9 】 1 6 1 ) 2 8 部分空心胶囊破裂, 黏结液流出渗入裂缝, 使裂缝产生自愈合效 应; 国内陶宝祺 等提出的形状记忆合金智能自修复混凝土技 术, 将形状记忆合金应用于混凝土结构中, 利用形状记忆合金的 记忆效应, 控制并恢复结构构件的变形和挠度, 实现混凝土裂缝 的自修复。虽然上述研究已取得了较大进展, 但仍有许多问题还 需解决和完善, 如修复剂的补
13、给、 空心纤维或胶囊与混凝土材料 搅拌易破裂等问题, 使得以上技术仍处于实验室研究阶段 。 本试验根据渗透结晶原理, 通过在混凝土材料 中加入一种 渗透结晶复合材料实现混凝土裂缝的自修复。文中对内掺自制 S J 渗透结晶型复合材料的混凝土进行了抗渗和相关力学性能 试验 , 同时进行了体积安定性和凝结时间试验, 在保证内掺 自 制 s J 渗透结晶型复合材料混凝土满足基本性能要求的前提 下, 研究渗透结晶型复合材料对混凝土裂缝的修复作用, 探讨 渗透结晶型 自愈合混凝土材料的自修复机理。 1 试 验 1 1 原材料 水泥: 海螺牌 P O4 2 5 级水泥。 石子: 选用地产石灰石碎石, 粒径
14、5 2 5 IT II T I 。砂: 地产中砂, 细度模数 2 6 , 含泥量小于 0 1 。 水: 市政自来水。s J 渗透结晶复合材料: 自制( 以下简称s J 材料) , 粉末状, 选用 4种络合剂与络合助剂, 采用正交设计优化方案 获得材料基本配合比, 并通过试验优化确定最终配合比。 1 2配合 比 选用 5 种配合比P H B1 5 进行试验, 其中以 S J 材料掺量为0 的P HB 1 为基本配合比,其余4种配合比中S J 材料掺量采用不 同值, 并以 P H B1中水泥含量的百分比表示 , P H B 2 P HB 5中掺 量分别为 0 5 、 1 0 、 1 5 、 2 0
15、 , 各配合比中由于 S J 材料的掺 人 。 水泥用量相应减少, 具体见表 1 。 表 1 混凝土配合 比 1 3试验 内容 与 方法 混凝土新材料研究往往要考虑实际工程应用的安全使用 要求、 正常使用要求和施工要求 , 故对表 1 各配合比除了进行 抗渗性能试验外 , 还进行了抗压强度、 抗折强度试验和凝结时 间、 安定性试验。 1 3 1 混凝土抗渗性能试验 混凝土试件制作和搅拌按照国标 G B 1 8 4 4 5和GB 8 0 7 6 规 定进行。 试件形状为圆台体, 几何尺寸为顶面直径 1 7 5 r n n l , 底 面直径 1 8 5 m i l l , 高度 1 5 0 mm
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