礦物添加劑對水泥基材料自修復(fù)效果的影響及修復(fù)機(jī)制研究

發(fā)布時(shí)間：2020-11-12 12:19

　　混凝土材料存在脆性大、抗拉強(qiáng)度低、易收縮等缺點(diǎn),在施工和服役過程中易使其表面或內(nèi)部不斷積累損傷,產(chǎn)生諸多不同形式的微小裂縫,對混凝土結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重危害。目前對于裂縫的處理方式大多為被動(dòng)處理法,即待混凝土的裂縫產(chǎn)生后對其進(jìn)行人工修復(fù)。該方法很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的微裂縫,不能有效地對內(nèi)部不可見的微裂縫進(jìn)行修復(fù),加之人工修復(fù)需要消耗大量的人力物力,故存在一定的局限性。近年來,國外諸多學(xué)者針對礦物添加劑對混凝土微裂縫自修復(fù)影響的問題開展了研究,并取得部分成果,而國內(nèi)對于該領(lǐng)域的研究還相對較少且不夠系統(tǒng)。故本文基于此研究背景,利用裂縫觀測、透水試驗(yàn)及力學(xué)性能試驗(yàn)三種評價(jià)方法,綜合評定了礦物添加劑種類、開裂齡期及養(yǎng)護(hù)環(huán)境等因素對水泥基材料早期微裂縫自修復(fù)的影響規(guī)律,并從微觀角度對其修復(fù)機(jī)理進(jìn)行了闡述。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)利用粉煤灰、礦粉、硅灰、偏高嶺土、生石灰和膨脹劑通過單摻的形式不同比例的水泥進(jìn)行置換,并以純水泥試件作為對照組,觀測不同開裂齡期試件的自修復(fù)效果。研究結(jié)果表明:純水泥砂漿試件早期水化作用較強(qiáng),其對于前期裂縫的修復(fù)效果最好,隨開裂齡期的延長,其修復(fù)效果越來越差;生石灰、偏高嶺土和膨脹劑可有效提高中期裂縫的自修復(fù)效果,但其對后期裂縫修復(fù)的促進(jìn)作用較低;粉煤灰和礦粉的加入可有效提高火山灰反應(yīng)的發(fā)展,促進(jìn)后期裂縫的自修復(fù)作用;而硅灰的加入對試件中期及后期裂縫的自修復(fù)均有促進(jìn)作用。(2)利用單摻效果較好的四種添加劑(硅灰、偏高嶺土、生石灰、膨脹劑)及Na2C03通過復(fù)摻的形式對10%摻量的水泥進(jìn)行置換,觀測不同開裂齡期試件的自修復(fù)效果。研究結(jié)果表明:在水分充足的情況下,生石灰與Na2C03的摻入不僅會(huì)促進(jìn)碳酸鈣結(jié)晶的生成,同時(shí)提高了水泥基材料基體內(nèi)部的堿性,起到對火山灰質(zhì)摻合料的堿激發(fā)作用;膨脹劑與其他幾種礦物摻合料復(fù)摻后,對微裂縫的自愈合沒有產(chǎn)生良好的效果;此外,在有堿激發(fā)物質(zhì)存在的前提下,偏高嶺土的活性要稍高于硅灰。(3)對不同開裂齡期的裂縫自修復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析可知,在相同的養(yǎng)護(hù)條件下,試件的自修復(fù)特性與開裂齡期有著密切的關(guān)系:開裂齡期早,即基體內(nèi)部水化程度低,因此在產(chǎn)生裂縫后會(huì)獲得較好的自修復(fù)特性;反之,開裂齡期較晚時(shí),裂縫內(nèi)部顆粒水化程度高致使自修復(fù)效果較差。(4)基于浸水養(yǎng)護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)兩種養(yǎng)護(hù)環(huán)境,研究養(yǎng)護(hù)環(huán)境對裂縫自修復(fù)效果的影響。研究結(jié)果表明,養(yǎng)護(hù)環(huán)境對水泥基材料的早期微裂縫自修復(fù)能力有直接關(guān)系,浸水環(huán)境中的修復(fù)率明顯高于潮濕環(huán)境,尤其對裂縫產(chǎn)生后早期修復(fù)階段的影響最為顯著。(5)借助SEM掃描電鏡能譜分析及X射線衍射儀技術(shù)對不同配比的單摻試件進(jìn)行作用機(jī)理分析,研究結(jié)果表明:礦物添加劑的摻入改變了水泥基砂漿試件水化產(chǎn)物組成。裂縫處新生成的晶體多為碳酸鈣成分,含有少量的水化硅酸鈣、鈣礬石、氫氧化鈣等成分,其共同發(fā)揮作用,使微裂縫不斷呈現(xiàn)愈合趨勢。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TU528
【部分圖文】：

示意圖,儀器,試件,漿體

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??２．２試驗(yàn)方法??為探宄不同礦物添加劑對試件裂縫自愈合能力的促進(jìn)作用，本文利用裂縫觀??測試驗(yàn)、透水試驗(yàn)及力學(xué)性能試驗(yàn)，通過裂縫寬度變化、透水系數(shù)變化、抗壓強(qiáng)??度變化三項(xiàng)指標(biāo)來表征不同配比試件自愈合能力的強(qiáng)弱。??２．３．１裂縫觀測試驗(yàn)??（１）試件成型??本文中對于裂縫寬度觀測的試驗(yàn)選擇圓柱形試件，試件直徑為ｌ〇ｃｍ，高度??為３ｃｍ。其中在圓形試件的中間位置即高度１．５ｃｍ左右處放置一不銹鋼鋼絲網(wǎng)。??按照規(guī)范對漿體進(jìn)行攪拌，試驗(yàn)儀器采用ＪＪ－５型水泥膠砂攪拌機(jī)（圖２－ｌ（ａ））。??試驗(yàn)前準(zhǔn)備直徑略小于ｌ〇ｃｍ的圓形不銹鋼鋼絲網(wǎng)，鋼絲網(wǎng)網(wǎng)孔的孔徑為２ｍｍ，??如圖２－ｌ（ｂ）所示；攪拌完成后，分次將漿體及鋼絲網(wǎng)裝入直徑１０ｃｍ、高２０ｃｍ的??圓柱體模具中，如圖２－ｌ（ｃ）所示。??—ｊｈ?ＳＨ??（ａ）砂衆(zhòng)攪拌機(jī)?（ｂ）不銹鋼網(wǎng)?（ｃ）成型模具??圖２－１試件成型試驗(yàn)儀器??在漿體裝入模具的過程中，先裝入部分漿體，經(jīng)振動(dòng)臺(tái)振搗后使裝入模具中??漿體的高度為２５ｍｍ，放入不銹鋼網(wǎng)后繼續(xù)裝入漿體，依次在漿體量的高度達(dá)到??５５ｍｍ、８５ｍｍ、１１５ｍｍ、１４５ｍｍ、１７５ｍｍ處放置不誘鋼網(wǎng)，完成后填滿模具并??振實(shí)。不銹鋼網(wǎng)在模具中放置位置示意圖如圖２－２所示。??１３??

示意圖,試件

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文?????效７＂／丨＼．＼＼你??＾７／／／１１＼＼＼＼＾??癢７／川＼＼＼?Ｗ參??哲／／＂?Ｕ＼Ｗ參??勸川＼應(yīng)資??／／ＩＩ?＼＼＼＼＼ｊ＾??圖２－２不銹鋼鋼絲網(wǎng)位置示意圖??振實(shí)結(jié)束后利用保鮮膜對模具的上部進(jìn)行密封以防止表面水分封蒸發(fā)，最后??放置于溫度為２０±２°Ｃ、濕度大于９５％的養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。２４ｈ后對試件進(jìn)行??拆模，之后將試件放置在養(yǎng)護(hù)室內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。??養(yǎng)護(hù)３ｄ后，取出試件并利用切割機(jī)對原試件進(jìn)行切割，先將頂部與底部??１０ｍｍ切除，其余部分等距離切割成６個(gè)０１００ｍｍ＞＜３０ｍｍ的圓柱形試件，注意??在切割過程中盡量保證不銹鋼網(wǎng)的位置位于新試件的中間位置，切割后試件如圖??２－３所示。每個(gè)配合比切出６個(gè)試件，依次命名為Ｍｌ－３ｄ、Ｍｌ－７ｄ、Ｍｌ－２８ｄ、Ｍ１－??１１２ｄ?（以Ｍｌ配比為例），分別代表養(yǎng)護(hù)至對應(yīng)齡期時(shí)，取出試件并對試件制造??裂縫，如Ｍｌ＿２８ｄ試件代表該試件的開裂齡期為２８天。其余兩個(gè)試件作為備用??試件。??響??圖２－３切割后試件圖??１４??

示意圖,鋼絲,試件,不銹鋼