固化海水离子裂缝自修复剂制备及其在硬化水泥浆体中的作用机理EI北大核心CSCD

设计了可固化海水腐蚀性离子并加速裂缝愈合的新型自修复剂,并用于制备自修复功能骨料,同时对其对混凝土中裂缝的修复机制进行探讨。结果表明:自修复剂对400μm宽裂缝24h的表面愈合率>80%,愈合速度提高3倍;在裂缝口处快速形成并使裂缝愈合的沉淀物主要为水镁石和方解石,在破裂功能骨料内部的自修复产物则为羟钙石、方解石、Friedel盐的扩散速度和沉淀物热力学平衡常数共同决定了自修复产物矿相的空间分布和矿相演变。     

低温微生物诱导碳酸钙沉积及其在混凝土裂缝修复中的应用研究

近些年来,对于混凝土裂缝的修复,微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)已成一种高效和环境友好的技术。本文选用一种可在低温环境下生长的矿化微生物,然后在碱性溶液中研究Ca²⁺浓度、pH值和钙化速率的变化,来揭示微生物诱导矿化的动态过程。随后,将此微生物应用到混凝土裂缝自修复中,同时采用裂缝愈合率和渗水系数来表征混凝土裂缝的自修复效果。试验结果表明,微生物能够快速降低溶液中的Ca²⁺浓度,并提高钙化速率,矿化产物主要是球状方解石CaCO₃。对于宽度小于0.50 mm的早期混凝土裂缝,在10 ℃的养护温度下,28 d修复后裂缝表面基本能被白色物质填充,渗水系数下降2个数量级,并且裂缝区修复产物主要是大小不一的球状方解石CaCO₃。     

混凝土微生物自愈合技术研究进展

为了抑制混凝土裂缝扩展所造成的结构损伤及由混凝土开裂带来的高额维修费用,采用微生物诱导碳酸钙沉淀实现混凝土微裂缝(300μm)的修复成为近年来的研究热点。本文对微生物自愈合混凝土的定义、分类、作用机理、影响因素以及愈合效果的评价指标等方面进行了文献综述,总结和评述了国内外混凝土微生物自愈合技术的最新研究进展和主要结论。研究发现,混凝土中的微裂缝主要由微生物的代谢产物—碳酸钙填充。除用于填充、修复微裂缝外,微生物代谢产生的矿物沉淀还能够改善混凝土的力学性能。此外,微生物修复后混凝土的孔隙率、吸水性、渗透性以及氯离子运输能力的降低也被认为是微生物愈合剂对混凝土结构耐久性改善的体现。因此,微生物作为混凝土愈合剂具备可持续修复裂缝的能力且可改善混凝土的力学性能和耐久性,从而达到修复和愈合混凝土的目的。最后,在分析已有研究成果的基础上,对混凝土微生物自愈合研究中存在的一些问题和未来的研究方向进行了讨论和展望。     

基于混菌矿化增强粗骨料的再生混凝土裂缝自修复性能

微生物矿化(MICP)能够有效实现混凝土的裂缝自修复,但水泥水化和高碱环境会对微生物生存产生不利影响,因此需要选择一种合适载体。再生粗骨料可作为微生物的良好载体以制备裂缝自修复混凝土,同时MICP可以有效地修复再生粗骨料缺陷并增强其物理力学性能。本文提出一种基于混菌矿化增强粗骨料的裂缝自修复再生混凝土制备方法,确保其既有足够的力学性能又具备良好的裂缝自修复性能。首先筛选一种矿化效率较高的好氧嗜碱混菌,然后采用混菌矿化增强后的再生骨料制备再生混凝土,并考察其裂缝自修复能力。试验结果表明:混菌矿化能够显著增强再生骨料物理力学性能,经混菌矿化增强5 d后的再生骨料可以有效地固载混菌;基于混菌矿化的再生混凝土呈现出比纯菌更优异的裂缝自修复能力;采用再生骨料为混菌载体的混凝土裂缝自修复能力优于以陶粒固载混菌的混凝土,其最大完全修复裂缝宽度达0.47 mm。该成果可为建筑垃圾资源化利用和再生混凝土耐久性能研究提供参考。     

DAP超分子水凝胶驱动自修复水泥基材料

为了延长混凝土的使用寿命,发展了一种2,6-二[N-(羧乙基羰基)氨基]吡啶(DAP)超分子水凝胶驱动自修复水泥基材料和诱导羟基磷灰石自修复技术。DAP超分子水凝胶通过负载NH₄H₂PO₄,在碱性条件下实现修复剂的智能化响应释放。将负载修复剂的DAP超分子水凝胶和中空玻璃管复合制备自修复构件,并开展了裂缝修复和护筋性能试验。结果表明:经过28 d的修复,0.592 mm宽的裂缝表面被修复,修复产物为羟基磷灰石;加入修复构件后,能够减缓钢筋锈蚀。在裂缝处,自修复成分释放后生成的修复产物使得裂缝的底部被填堵,阻隔了有害离子和气体的入侵通道。     

基于外部供应修复剂系统的自修复水泥基材料研究

基于外部供应修复剂系统的原理,使用预埋玻璃管向水泥基体中通入0.5 mol/L和0.1 mol/L两个不同浓度的NaH2PO4溶液,与水泥裂缝周围基体中溶出的Ca2+发生反应,原位生成磷酸钙类矿物以修复裂缝.采用裂缝宽度观测仪对裂缝的表观修复效果进行评价,并通过XRD、Raman和SEM测试手段对修复产物的物相及形貌进行分析,同时研究了NH4+对修复产物种类的影响.结果 表明,磷酸盐溶液可修复宽度为200 μm的裂缝,修复产物为羟基磷灰石、磷酸八钙和二水合磷酸氢钙.NH4的加入促使修复产物中的二水合磷酸氢钙和磷酸八钙向稳定性更好的羟基磷灰石转化.     

SHS转炉补炉料的物相组成及显微结构特征

利用自蔓延高温合成(SHS)原理,选择工业铝粉作为发热剂,菱镁矿为供氧剂,通过铝热反应,研制出了一种以镁砂为骨料,以镁铝尖晶石和炭质材料作为结合相的新型SHS转炉补炉料.对不同环境温度下补炉料的物相组成及显微结构进行了研究,并对合成尖晶石的固相反应原理及SHS产物相的烧结机制进行了探讨.结果表明补炉料中颗粒状的骨料方镁石与SHS反应产物尖晶石、非晶质碳、少量刚玉相和硅酸盐玻璃相共同构成含有气孔的交织结构,形成尖晶石、碳桥和陶瓷相与方镁石骨料的多重结合;SHS反应过程分碳酸盐矿物的分解反应、铝热氧化还原反应(即SHS反应)和合成尖晶石的固相烧结反应三步进行,其烧结受扩散机理控制.     

基于微观结构分析的水泥稳定碎石微裂自愈性能

为了从微观结构角度对水泥稳定碎石微裂自愈合性能进行量化和直观的分析,利用数显式裂缝宽度监测仪KON-FK(B)和万向体视显微镜XTZ-05T对不同微裂程度下微裂缝随龄期增长变化的宽度值和微裂缝内部自愈产物随龄期的生成情况进行实时监测和观察分析.并通过SPSS软件的描述性统计功能对所测微裂缝宽度值进行统计分析,得出不同微裂程度及愈合后微裂缝的宽度值分布范围;基于像素面积计算法原理,借助图像处理软件Imagemagick对微裂缝随龄期增长自愈合情况的图像进一步处理分析并计算,得出不同龄期下愈合产物的覆盖率及不同微裂程度下愈合覆盖率的对数拟合方程.结果表明:微裂后的水泥稳定碎石裂缝宽度值随龄期逐渐减小,且微裂缝内部生成的愈合产物覆盖率不断增长,后期基本可达完全愈合状态.从而证明了微裂后的水泥稳定碎石在宏观力学性能和微观结构特性上均具有良好的自愈合效果.     

自修复混凝土中微生物矿化方解石的形成机理

分别从矿化产物、pH值、O2、底物4个方面对用于混凝土裂缝自修复的微生物矿化形成方解石机理进行了研究。结果表明:混凝土裂缝自修复细菌矿化产物为方解石型CaCO3,矿化过程需要O2参与;细菌生长过程中pH值从7.0逐渐升高到8.3,碱性环境在细菌矿化过程中起重要作用;CaCO3不是由底物在胞外酶作用下直接分解而得,而是需要经过细菌一系列代谢转换,代谢过程中产生CO2,底物既提供矿化所需的Ca2+源,也提供CO32–来源,其他有机营养物质也可提供CO32–。同时,对该菌株的矿化机理进行了分析,结果表明:细菌生长繁殖过程中创造碱性环境,产生CO2,细菌细胞表面带负电荷,能够吸附Ca2+并作为成核位点,在碱性环境下CO2与Ca2+反应形成CaCO3晶体。     

水泥基材料裂缝自主愈合研究进展

评述了近年来国内外有关水泥基材料裂缝自主愈合的发展状况,从载体形貌的角度重点综述了管状载体和球形载体的破裂方式以及修复剂释放机理、修复效果的表征方法,特别是载体形貌对愈合行为的影响及有关载体掺量模型研究方面所取得的成果;分类阐述了常用修复剂的品种、性能和种类以及修复剂选取所需考虑的环境因素,简述了载体封装材料和载体制备方法等发展状况;分析了水泥基材料裂缝自主愈合研究所存在的问题,展望了其发展趋势和发展前景。     

渗透结晶材料对混凝土裂缝自愈合的影响

通过在纯水泥混凝土和粉煤灰、矿粉混凝土中掺入渗透结晶材料制备不同混凝土,同时制备基准混凝土,分别采用裂缝深度观测、强度恢复测试、抗渗恢复测试研究渗透结晶材料对混凝土裂缝自愈合的影响,并采用SEM-EDS分析愈合产物.试验结果表明,渗透结晶材料可以显著改善混凝土的裂缝自愈合效果,降低开裂混凝土裂缝深度,提高混凝土强度恢复率和抗渗恢复率.对于掺渗透结晶材料的粉煤灰、矿粉混凝土,裂缝自愈合效果更优.渗透结晶材料促进了水化硅铝酸钙在裂缝处的生成和富集,从而起到促进裂缝自愈合的作用.     

开裂龄期对超高韧性纯粉煤灰基地聚合物自愈合性能的影响EI北大核心CSCD

结合裂缝特征、拉伸性能及吸水性能多层面评价不同开裂龄期(3、7、14 d和28 d)对超高韧性纯粉煤灰基地聚合物(FA-EGC)自愈合性能的影响,同时采用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜-能谱分析对FA-EGC裂缝自愈合产物组成及形貌进行了研究。结果表明:开裂龄期为7 d的FA-EGC试样的自愈合效果最好,其裂缝宽度减小幅度最大、极限强度恢复效果较好、平均吸水率下降得最多,经过28 d自愈合后,裂缝宽度从42μm减小至15μm,平均吸水率下降了29.5%。FA-EGC的自愈合产物为持续的地聚合反应生成的地聚合物凝胶以及CaCO_(3)。     

不同条件下内掺水泥基渗透结晶型防水材料混凝土自愈合性能研究

为了全面摸清内掺水泥基渗透结晶型防水材料混凝土的裂缝自修复效果,研究不同条件下内掺水泥基渗透结晶型防水材料混凝土的自愈合性能.试验测定了不同水胶比、不同养护时间及不同养护条件下内掺水泥基渗透结晶型防水材料混凝土的抗压强度回复率,并结合扫描电镜对其微观结构进行分析.试验结果表明,水胶比对混凝土裂缝自愈合效果影响较大;标准养护条件最有利于裂缝的自愈合;养护时间达到一定期限后,修复效果趋于稳定.混凝土内部晶体的数量增加和形貌改变是其自愈合性能提高的根本原因.     

渗透结晶型自修复剂及油井水泥浆体性能试验

通过对混凝土渗透结晶防水材料的研究,发现活性组分苹果酸(CA),并对CA改性合成了适用于油井水泥的水泥基微裂缝自修复剂CT.将CT直接添加到水泥浆中,通过与其他外加剂调配,能够满足油田固井水泥浆基本性能要求.抗压强度恢复率达92.8%,渗透率修复率达94.0%.SEM显示CT能在裂缝处生成枝蔓结晶,有效修复裂缝.最后通过XRD、孔结构分析了自修复剂CT的渗透结晶修复机理.     

混凝土微生物自修复材料的研究进展

混凝土裂缝会影响建筑美观并破坏其结构安全性,一种新型混凝土微生物自修复材料可利用生物矿化菌特有的矿化代谢机制智能化修复混凝土裂缝,实现混凝土材料的自感知与自愈合,弥补传统混凝土的裂缝修复效果差、修复成本高、修复环保压力大等缺点.针对这一环境友好型材料,运用CiteSpace和知识图谱技术对国内外近十年来研究进展进行文献...     

硫酸钠溶液环境下混凝土的自愈合性能

通过对比混凝土裂缝愈合前后的力学性能、裂缝宽度、物相组成和微观组织,研究了不同浓度Na2SO4溶液环境下混凝土裂缝的自愈合性能。结果表明:Na2SO4溶液环境下裂缝自愈合效果明显优于水。2%Na2SO4溶液环境下裂缝自愈合效果60 d时最明显,强度恢复率达126.5%;6%Na2SO4溶液环境下裂缝自愈合效果28 d时最明显,强度恢复率达137.8%,但在60 d时下降至75.8%;4%Na2SO4溶液环境下裂缝自愈合效果处于两者之间。随着Na2SO4溶液浓度的增大,裂缝中的钙矾石、石膏、水化硅酸钙凝胶等数量增多,体积增大,且连续的C-S-H凝胶逐渐将相互交叉搭接的钙矾石包裹住,填充于裂缝使其自愈合;若Na2SO4溶液浓度过大,水化产物富集且显著膨胀,导致裂缝愈合后二次开裂。     

光激发路用自修复材料的制备与表征

为了研究光激发作用下能有效修补沥青路面裂缝,通过化学方法合成嵌有氧杂环丁烷壳聚糖的聚氨酯网络结构修复剂,利用红外光谱分析法对此修复剂进行表征,并分析了此修复剂在不同p H值、不同催化剂掺量条件下合成时,对沥青在紫外光照射下的自修复性能。研究结果表明:本试验较好地合成了路用材料修复剂;当p H值接近中性时,催化剂掺量在2%左右时,此修复剂对沥青的自修复效果最佳。     

一种混凝土裂缝自修复材料的修复效果研究

本文将一种自制自修复材料按一定比例加入到混凝土中,在试模成型时预留厚度为0.2 mm的裂缝,与空白试件进行抗压强度对比验证自修复材料的自修复效果,同时在试件破坏后观察混凝土裂缝处的修复情况.结果表明:内掺1％自修复材料分别提高了预留裂缝混凝土试件抗压强度.观察破坏试件的断裂形貌可知,标准养护28d、56 d后预留裂缝基本完全愈合.     

微生物菌落体系对混凝土裂缝自修复效果的影响综述

开裂是混凝土结构常见的病害,裂缝为外界水和侵蚀性介质提供了通道,侵蚀性介质的进入会导致混凝土耐久性能加速劣化,严重影响工程结构的服役寿命。为有效阻止有害离子的侵入,延长构件服役期限,裂缝的及时修补是目前建筑业所共同面临的问题。微生物自修复混凝土受到了研究学者的广泛关注,与传统混凝土不同,微生物自修复混凝土赋予结构裂缝自诊断、自修复的功能,其主要修复体系可分为两种:一元修复体系和多元修复体系。本文从两种不同修复体系角度分析了微生物自修复混凝土的修复效果,总结了各体系下面临的关键问题,对比了两种体系下自修复效果的优缺点,并展望了基于微生物矿化的混凝土裂缝自修复研究的发展方向。对已有研究成果总结发现,若以一种具有矿化功能的核心菌体为基础,再加入厌氧型细菌辅助矿化,可实现裂缝深度修复,这种新型矿化体系为基于微生物矿化的自修复混凝土的研究提供了新思路。     

基于微波加热的热膨胀微球/石蜡/石墨自修复功能材料的制备及其在砂浆中的应用

以热膨胀微球、石蜡和石墨为原料制备了一种快速修复混凝土裂缝的新型微波加热自修复功能材料(MHSFM)。研究了热膨胀微球掺量对MHSFM体积膨胀率的影响,测试了在微波作用下MHSFM和掺加MHSFM砂浆的升温速率,评价了MHSFM掺量对砂浆力学性能、抗渗性能和自修复性能的影响。结果表明,MHSFM的体积膨胀率随着热膨胀微球掺量增加而增大。在微波作用下,砂浆的升温速率随MHSFM掺量的增加而明显加快。MHSFM对砂浆的力学性能和抗渗性能有一定的影响,但会显著增强砂浆的自修复性能,掺加12%(质量分数)MHSFM的砂浆在微波作用下可快速愈合0.53 mm的裂缝。