水泥基化学自修复微胶囊系统

为了利用微胶囊技术初步实现钢筋混凝土的智能感知和自我修复能力,延长结构的服役寿命,从材料智能化着手,结合微胶囊技术和钢筋缓释剂知识,设计了一套针对水泥基复合材料的化学自修复微胶囊系统.此系统的核心内容是智能释放行为和可控阻锈机制,同时建立了智能释放和可控阻锈的评估体系.在水分析化学方法中乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA)滴定法的基础上进行改进,用来测试微胶囊在不同pH、不同时间和不同囊壁厚度条件下的释放行为,探索智能释放规律;运用交流阻抗谱的方法来评估微胶囊阻锈效果,同时以宏观钢筋锈蚀图像对比为佐证.此外,在交流阻抗谱的基础上,建立了一个全新的电化学模型,解释化学自修复微胶囊的阻锈性能.     

微胶囊-纤维水泥基复合材料动态劈裂拉伸性能研究

采用 Φ120 mm分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Press Bar,SHPB)试验装置进行巴西圆盘劈裂试验,研究在应变率范围0.96～30.30 s-1微胶囊-纤维水泥基复合材料的应变率敏感性和破坏规律.试验结果表明,水泥基复合材料具有明显的应变率效应,其劈裂抗拉强度随着应变率的增加而提高,掺入聚乙烯醇(P V A)-聚乙烯(P E)混杂纤维时水泥基复合材料劈裂抗拉强度最高.在动态荷载作用下,掺入纤维不仅能有效抑制基体微裂纹的萌生和降低扩展速度,而且能改善微胶囊自修复混凝土的抗冲击韧性.     

表面活性剂对自修复环氧树脂微胶囊的影响

以双酚A型环氧树脂(E-51)和正丁基缩水甘油醚(BGE)混合物为囊芯,三聚氰胺-尿素-甲醛共缩聚树脂(MUF)为囊壁,采用原位聚合法,合成一种用于自修复材料的微胶囊,研究了阴离子、非离子和高分子等5种表面活性剂对MUF环氧树脂微胶囊的影响.采用光学显微镜(OM)表征微胶囊粒径大小及分布、表面形貌等性质,用圆环法测定表面活性剂溶液的表面张力和不同十二烷基苯磺酸钠(SDBS)浓度水溶液/环氧树脂的界面张力,探讨了表面活性剂种类和浓度对MUF环氧树脂微胶囊粒径和形成过程的影响.实验结果表明,SDBS有助于MUF环氧树脂微胶囊的形成,SDBS水溶液/环氧树脂的界面张力随着SDBS浓度的增加而减小,在SDBS质量分数为0.5%后趋于稳定;在该条件下形成的MUF环氧树脂微胶囊形态良好,分散均匀,无粘连现象.     

不饱和聚酯/微胶囊复合材料自修复性能

以双酚A型环氧树脂(E-51)为囊芯,脲醛树脂(urea-formaldehyde,UF)为囊壁,采用原位聚合法合成微胶囊,制备不同微胶囊含量的聚酯/微胶囊材料.通过电子拉力机测定材料的力学性能,扫描电子显微镜观察试件断面形貌.微胶囊对聚酯材料具有增韧和修复作用.自修复机理是微胶囊在裂纹前端应力作用下,囊壁出现破裂,囊芯环氧树脂流出并流入裂缝,将裂缝面黏合,达到自修复效果.自修复材料的设计及工程应用,对延长材料在受到冲击、加载和高温条件下的使用寿命和提高工程安全具有重要意义.     

外加剂对水泥净浆水化热的影响

采用直接测定法测试了矿物、化学外加剂对水泥净浆的水化热的影响，并对外加剂降低或提高水化物的原理作了一些探讨。结果表明，粉煤灰和矿渣等矿物外加剂能明显在降低水泥净浆的水化热和温升。FDN-5型减水剂、糖密缓凝剂等化学外加剂能不同程度地降低水泥净浆的水化热和温升，推迟热峰出现时间。Na2SO4早强剂会提高水化热和温升，且使热峰出现时间提前。松香引气剂对水化热和温升影响不明显。     

微胶囊-纤维水泥基复合材料的动态压缩性能

微胶囊自修复水泥基材料具有良好的修复性能,但力学性能会随着微胶囊的加入有所减弱．纤维的加入可以增强材料的裂缝效果,与微胶囊形成有效互补．为研究纤维类型和应变率对微胶囊自修复水泥基材料压缩性能的影响,设计3种配合比类型,即聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维、聚酰胺(polyamide,PA)纤维及PVA-PA混杂纤维的实验试件,基于立方体抗压实验系统及分离式霍普金森压杆装置(split Hopkinson pressure bar,SHPB),研究不同应变率下的动态压缩行为．研究结果表明,在应变率为1×10^-5s^-1时,加入PVA、PA和PVA-PA后,自修复水泥基材料的压缩强度分别下降了12.96%、8.91%和9.03%;随着应变率的提高,材料的压缩强度不断增大,且材料的动态增长因子与应变率满足线性关系;在低应变率下,纤维能改善材料的能量吸收能力,耗散能及能量耗散因子有所提高．研究可为混凝土材料在动态条件下提高自修复性能提供实验依据．     

微胶囊自修复技术及其在聚合物基复合材料中的应用

介绍了微胶囊技术以及微胶囊自修复聚合物材料的自修复机理,阐述了微胶囊自修复技术在聚合物基复合材料损伤自修复过程中的应用,讨论了微胶囊自修复技术的研究成果．     

自修复混凝土梁弯曲试验的若干影响因素

以TY-6638型聚氨酯和氰凝为胶粘剂，以玻璃管为修复容器，进行了自修复混凝土梁的弯曲试验，并结合试验结果，从材料、修复容器的位置、试验加载和测量几方面分析了对试验效果的影响．     

WHⅡ型超缓凝剂对硅酸盐水泥水化过程的影响

研究了WHⅡ型超缓凝剂对硅酸盐水泥水化、水化热、凝结时间、强度等的影响,运用XRD以及SEM对硅酸盐水泥的水化过程进行跟踪测试,结果表明适量使用WHⅡ型超缓凝剂可以得到合适的缓凝效果和增强作用。     

碳纤维水泥基复合材料的自预警研究

利用电阻测试方法对碳纤维水泥基材料在循环共荷载下的内部损伤进行了监测研究，在循环荷载作用下，通过测试电阻峰值的变化，探知碳纤维水泥基复合材料内部的损伤和破坏，实现了碳纤维水泥基复合材料的自预警。     

PVA-ECC与混凝土界面钻芯拉拔试验研究

为了研究聚乙烯醇纤维砂浆(PVA-ECC)与混凝土之间的粘结性能,通过钻芯拉拔试验分析了混凝土强度等级、界面剂类型、聚乙烯醇纤维水泥砂浆强度等级3种因素对聚乙烯醇纤维水泥砂浆与混凝土之间粘结性能的影响,最后用Table Curve 3D软件拟合PVA-ECC与混凝土界面的钻芯拉拔强度受3因素影响的回归公式。研究结果表明:混凝土的强度等级对界面粘结性能影响极不显著,而聚乙烯醇纤维水泥砂浆强度等级对界面粘结性能影响显著,界面剂因素影响高度显著。公式计算结果与试验结果吻合良好。     

绿色韧性水泥基复合材料碳化性能试验

为了研究绿色韧性水泥基复合材料(GCC)的耐久性,进行了快速碳化试验,研究了GCC的抗碳化性能以及水胶比和纤维掺量对抗碳化性能的影响规律.结果表明:随着碳化时间的增加,GCC的碳化深度逐渐增加,但其碳化速率逐渐减小;掺加一定量的纤维可以改善GCC的抗碳化性能,但当纤维掺量超过一定临界值时,GCC的抗碳化性能反而有所降低;水胶比对于GCC的抗碳化性能有明显影响,随着水胶比的增加,GCC材料的抗碳化性能逐渐降低.     

绿色韧性水泥基复合材料力学性能

为了研究绿色尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料的韧性,参考国内外试验方法开展了立方体抗压、薄板拉伸和冲击韧性等力学性能试验研究.分析了纤维与基体的相互作用及增韧机理,讨论了纤维掺量和水胶比二元因素对增韧性能的影响.该研究获得了复合材料相应的强度和韧性指标,为高性能尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料的制备和工程应用提供了参考.     

机械粉磨对岩土固化用无熟料胶凝材料性能的影响

利用稻壳灰、CFB脱硫灰、钢渣协同制备一种无熟料水硬性无机胶凝材料,可替代水泥用于岩土固化。为提高这种胶凝材料的活性及其他性能,研究经机械粉磨后胶凝材料的性能变化及其机理。结果表明：随着粉磨时间增加,胶凝材料的粒度分布曲线由多峰分布转变为单峰分布,标准稠度用水量减少,凝结时间缩短;水化诱导期的结束时间和第2放热峰出现时间明显提前,累积放热量增加;砂浆试件的早期抗压强度和自收缩显著增加;采用无熟料胶凝材料制备流态固化土,其初始流动扩展度随粉磨时间增加而增加,经时损失加快;机械粉磨对固化土的早期强度影响不显著,后期强度则呈现先增加后降低的趋势。采用该无熟料胶凝材料制备流态固化土,能满足一般回填工程的强度要求。     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土（RPC）和渗浇钢纤维混凝土（SIFCON）两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料（Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC）的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明：UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1 MPa、韧性指数I₂₀最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

Numerical study on flexural behaviors of steel reinforced engineered cementitious composite (ECC) and ECC/concrete composite beams

Engineered cementitious composite(ECC)is a class of high performance cementitious composites with pseudo strain-hardening behavior and excellent crack control capacity.Substitution of concrete with ECC can largely reduce the cracking and durability problems associated with brittleness of concrete.In this paper,a simplified constitutive model of the ECC material was applied to simulate the flexural behaviors of the steel reinforced ECC and ECC/concrete composite beams with finite element method.The simulation results are found to be in good agreement with test results,indicating that the finite element model is reasonably accurate in simulating the flexural behaviors of the steel reinforced ECC flexural members.The effects of the ECC modulus,ECC tensile ductility,ECC thickness and ECC position on flexural behaviors in terms of ultimate moment,deflection and the maximum crack width of the steel reinforced ECC or ECC/concrete composite beam are hence evaluated.     

不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能

为研究不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能,对单掺和复掺碳酸钙晶须、聚乙烯醇（PVA）纤维的水泥基材料分别进行电通量试验、电镜扫描观测及基本力学性能试验,分析不同纤维尺度、掺量及复合比例对水泥基材料抗氯离子渗透性能和基本力学性能的影响规律,并基于试验结果给出了多纤维复合增强水泥基材料的氯离子侵蚀深度计算模型。结果表明,不同尺度纤维可在不同结构层次上发挥对水泥基材料的增强作用,使得多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能明显优于单一纤维增强水泥基材料;多纤维复合材料的抗压强度与氯离子侵蚀深度及电通量大致呈反比例关系;当复合材料的抗压强度提高13.6%时,其氯离子侵蚀深度和总电通量则分别降低39.1%和44.7%;建立的氯离子侵蚀深度计算模型,可用于多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透和侵蚀性能评估。     

环保节能型胶凝材料的研究进展

在分析传统硅酸盐水泥的缺点和环保节能型碱胶凝材料产生过程的基础上，综述了碱胶凝材料的组成、种类和主要性能，结合铝硅酸盐类材料的特点，重点探讨了碱胶凝材料水化以及结构形成机理。     

聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料的抗盐冻性能

通过氯盐环境中的快速冻融试验研究了纤维体积率、冻融循环次数、粉煤灰、硅粉对聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基复合材料抗盐冻性能的影响。通过扫描电镜观察内部微观结构随盐冻作用的变化规律、PVA纤维在水泥基体中分布情况和界面结合状况。试验结果表明:PVA纤维的掺入可明显改善水泥基复合材料的抗盐冻性能;PVA纤维在基体中分散性较好,且与水泥基体界面结合状况较好;而粉煤灰、硅粉的掺入未明显改善PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能。