化学环境激励条件下混凝土自愈合能力的演变机制研究

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1、分类号：学号:12104080500002硕士学位论文MASTER'SDISSERTATION学科专业：材料科学与工程研究方向：绿色建筑材料作者姓名：刘素瑞指导教师：杨久俊教授2015年06月15日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得天津城建大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：安签字曰期：M年6月么曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者

2、完全了解天津城建大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津城建大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明）化学环境激励条件下混凝土自愈合能力的演变机制研究StudyontheEvolutionMechanismofConcreteSelf-healingPerformanceundertheConditionStimulatedbyChemicalEnvironment学科专业材料科学与工程研究生刘素瑞指导教师杨久俊教

3、授材料科学与工程学院2015年6月摘要摘要作为一种准脆性材料，混凝土在服役环境下的开裂难以避免，但如果这些微裂缝能得到及时修复和愈合，就不至于形成灾难性的后果。混凝土材料在一定条件下具有裂缝的自我修复与愈合能力，这对于修复和消除混凝土结构中的缺陷，阻止混凝土裂缝的进一步扩展，提高结构的安全性具有重要意义，并能大大降低受损混凝土工程的维修费用。本论文在国家自然科学基金项目“水泥混凝土裂缝自愈合机理及其环境机理因素研究”（项目编号：51372163）的资助下，根据混凝土材料通常所处环境的不同，开展了化学环境激励条件下混凝土自愈合机理的研究。本研究首先采用液压式压力机预压的方法进行混凝土

4、裂缝的预制，以混凝土强度恢复率、波速变化和裂缝宽度变化为自愈合评价指标，借助裂缝宽度测量仪、超声波无损检测、X射线衍射分析、扫描电镜分析等测试手段研究了不同浓度硫酸钠、氯化钠、碳酸钠和不同碱度氢氧化钠溶液环境下混凝土的自愈合性能，探讨了不同化学环境条件下混凝土裂缝愈合过程的演变机制。为明确混凝土自愈合的最佳环境作用条件，提升混凝土自愈合能力提供了一条技术途径。主要研究结果如下：1、在不同浓度硫酸钠、氯化钠、碳酸钠（0%、2%、4%、6%）和不同碱度氢氧化钠（pH值分别为7、9、11、13）溶液环境下，预制裂缝的混凝土表现出不同程度的自愈合能力。不同环境激励条件养护60d内，随溶液浓

5、度或碱度的增大，混凝土自愈合效果越来越明显，强度完全恢复所需龄期也越来越短。2、硫酸钠溶液对混凝土裂缝的自愈合效果最为突出，预制裂缝后的混凝土在6%Na2SO4溶液中15d左右时其强度即已完全恢复，28d时达到137.8%，但60d时下降到75.8%。其裂缝修复与愈合机理为：硫酸根离子与水化产物CH迅速反应，较短时间就生成大量钙矾石等水化产物填充裂缝，使裂缝愈合。但因为溶液浓度较大，随龄期的延长，钙矾石、石膏等在裂缝中富集膨胀产生结晶应力，当膨胀显著时，就会造成混凝土体积非均质膨胀，从而导致混凝土裂缝愈合后再次开裂。3、氯化钠溶液对混凝土裂缝的自愈合效果较好，6%氯化钠溶液中的混凝

6、土35d左右时其强度即已完全恢复，60d时达到108.3%。摘要其裂缝修复与愈合机理为：氯化钠溶液激励条件下，裂缝断面处沉积生成的F盐、水泥的水化产物钙矾石和连续分布的C-S-H凝胶通过填充作用和胶结作用，有效地改善了混凝土裂缝处的结构，这两种作用相互促进，使裂缝逐步愈合。4、碳酸钠溶液中浸泡的混凝土的自愈合效果良好，6%碳酸钠溶液浸泡的混凝土试样的强度恢复率大约49d时达到100%，60d时超过100%，为106.1%。其裂缝修复机理为，碳酸根离子与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉积在裂缝断面处，碳酸钙晶体填充裂缝使其愈合。5、氢氧化钠溶液环境下混凝土自愈合效果相对较差。其中pH值为13

7、的氢氧化钠溶液浸泡的试样，强度恢复率增长最明显。但是60d时其强度恢复率还未达到100%，为97.6%。裂缝断面处有大量针棒状钙矾石和云状C-S-H凝胶生成，填充裂缝使其逐渐减小甚至愈合，这源自于裂缝处水泥中未水化粒子的继续水化。关键词：裂缝；自愈合；化学环境；强度恢复率；超声波速；裂缝宽度愈合率ABSTRACTABSTRACTLiuSurui(MaterialScienceandEngineering)DirectedbyYangJiujunAsakindofqua