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文檔簡介
1、隨著現(xiàn)代材料科學的不斷進步,作為最主要建筑結(jié)構(gòu)材料之一的混凝土已逐漸向高強、高性能、多功能和智能化方向發(fā)展,用它建造的混凝土結(jié)構(gòu)也趨于大型化和復雜化。然而混凝土材料的固有缺陷是脆性大,在使用過程和周圍環(huán)境的影響下不可避免地會產(chǎn)生微開裂和局部損傷。如果這些損傷部位不能及時進行修復,不但會影響結(jié)構(gòu)的正常使用性能和縮短使用壽命,而且可能由此引發(fā)宏觀裂縫并出現(xiàn)脆性斷裂,產(chǎn)生嚴重的災難性事故,給社會造成難以挽回的經(jīng)濟損失。過去對混凝土
2、材料的修復形式主要是事后維修和定時維修,隨著現(xiàn)代社會向智能化發(fā)展,這種停留在被動和計劃模式下的修復方式已不能適應現(xiàn)代多功能和智能建筑對混凝土材料提出的要求。因此研究和開發(fā)新型自愈合仿生混凝土、使其能夠主動、自動地對損傷部位進行修復、恢復并提高混凝土材料的性能已成為智能混凝土的發(fā)展趨勢并將成為新型建筑材料科研和實際應用的熱點。本文中對自愈合仿生混凝土的研究是模仿生物組織對受創(chuàng)傷部位自動分泌某種物質(zhì),而使創(chuàng)傷部位得到愈合的機能,
3、在混凝土傳統(tǒng)組分中復合特殊組分,在混凝土內(nèi)部形成仿生自愈合系統(tǒng),當混凝土材料出現(xiàn)裂紋時,部分液芯纖維破裂,修復劑流出滲入裂縫,修復劑可使混凝土裂縫重新愈合,自愈合仿生混凝土屬于智能型仿生材料范疇。本文首次選用單組分的修復劑對混凝土進行自愈合修復,通過對其不同性能的研究,得到了一系列在不同場合適用于混凝土愈合的修復劑;其次,針對不同的空心纖維進行愈合的可能性進行了實驗研究,提出了新的纖維愈合工藝并取得了良好的效果;再次,目前
4、對于混凝土愈合效果的評價大多僅限于強度回復率,而在其他方面研究較少。本文采用圖像分析儀和聲發(fā)射等新型的研究手段和方法從不同的方面對自愈合混凝土的愈合原因和效果進行了分析;最后,由于目前對自愈合混凝土韌性和界面狀況的研究還少有人進行,本文對自愈合混凝土的韌性改善和界面的脫粘增韌機理進行了研究分析,并且將演化計算的方法引入到自愈合混凝土的界面增韌優(yōu)化設計之中,建立了模型,并編制出相應的程序。本文主要的研究內(nèi)容和結(jié)論有:1.討論
5、了丙烯酸酯、聚氨酯和環(huán)氧樹脂等不同修復劑的性能,通過對修復劑的粘結(jié)強度、流動度和愈合速度等方面的測試,選擇符合混凝土愈合條件和性能的修復劑,實驗發(fā)現(xiàn),單主份的膠粘劑在使用上比雙主份的修復劑更適合混疑土的自愈合條件。此外,對不同類型的修復纖維與基體材料的性能匹配;匹配纖維的摻量、型號、分布特性和隨之帶來的強度損失等對混凝土材料的修復性能的影響進行了研究。研究發(fā)現(xiàn),小于1%的纖維體積摻量對混凝土材料的強度性能幾乎無影響,實現(xiàn)了自
6、愈合材料組分優(yōu)化配伍。2.為了評價仿生自愈合混凝土材料修復前后的效果,通過使用INSTRON電液司服萬能實驗機對愈合前后的材料進行斷裂試驗,測試了材料愈合前后的強度恢復率。實驗發(fā)現(xiàn),混凝土經(jīng)愈合后,其強度性能明顯提高,強度回復率最高可達1.16。其次,利用聲發(fā)射儀對材料內(nèi)部損傷的監(jiān)測,分析了混凝土愈合后的愈合性能,同時發(fā)現(xiàn),混凝土材料中裂縫的愈合效果良好。3.利用圖像分析系統(tǒng)研究了自愈合混凝土材料的界面特征,定量分析了使用
7、不同的修復方案,其修復劑在界面上的流出面積和滲透效果,研究了愈合強度和流出面積的關系,提出了材料的選用原則和構(gòu)造設計方案。實驗發(fā)現(xiàn),內(nèi)置開放式的愈合效果要優(yōu)于內(nèi)置封閉式的愈合效果。4.通過實驗觀察和對材料各種測試數(shù)據(jù)的分析,找出了自愈合混凝土斷裂韌性得到改善的原因,討論了材料界面脫粘破壞的機理。研究發(fā)現(xiàn),材料界面的脫粘面積影響著材料的斷裂韌性。利用INSTRON電液司服萬能實驗機測試分析了混凝土材料的斷裂韌性;同時還借助圖像
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