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在混凝土结构中设计自修复的化学体系,实现自愈合仿生修复,在高科技领域和重大工程项目中存在巨大应用价值和科学研究潜力。本课题以工程应用为目标,创新性地设计了新型的有机微胶囊混凝土复合材料,探索有机微胶囊修复剂对于混凝土微裂纹的自愈合机理,在国内外未见报道。研究表明有机微胶囊在混凝土自修复结构中应用具有工业可行性。建立微胶囊性质,粒径参数和摻量与混凝土复合材料抗压强度,劈拉强度和弹性模量的关系,优化自修复混凝土复合材料化学组成,工艺条件和界面设计等,开辟新的混凝土复合材料耐久性研究方法和应用途径。通过微胶囊模型试样和断裂特性的分析,建立裂纹应力与有机微胶囊破裂的关系,建立有机微胶囊对混凝土结构的修复效率,修复条件和修复范围。研究有机微胶囊自修复混凝土结构损伤机理,为混凝土结构中有机微胶囊的强度设计和临界尺寸控制提供测量方法和评价方法,为有机微胶囊在混凝土结构中的应用提供实验数据和工程依据。
批准号 |
50878131 |
项目名称 |
新型有机微胶囊混凝土自修复复合材料及自愈合机理 |
项目类别 |
面上项目 |
申请代码 |
E08 |
项目负责人 |
倪卓 |
负责人职称 |
教授 |
依托单位 |
深圳大学 |
研究期限 |
2009-01-01 至 2011-12-31 |
支持经费 |
36(万元) |
复合材料:复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤...
木塑复合材料的基础为高密度聚乙烯和木质纤维,决定了其自身具有塑料和木材的某些特性。 1) 良好的加工性能 木塑复合材料内含塑料和纤维,因此,具有同木材相类似的加工性能,可锯、可...
复合材料的特性:复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。
自修复、自愈合混凝土
混凝土在现代建筑中被广泛运用,但混凝土是脆性材料,混凝土在施工和使用过程中产生的裂缝对建筑的使用产生很大的影响,而自修复,自愈合混凝土能很好的解决混凝土产生裂缝带来的不良后果.
微胶囊自修复水泥基材料的微观结构研究
利用环氧树脂微胶囊制备自修复水泥砂浆,研究微胶囊掺量3%和6%的情况下水泥砂浆的强度修复率,并利用微观结构分析在同一掺量下试样损伤发生时和修复后的结果,结合压汞法、氮吸附法和微观CT测定微胶囊水泥基材料的孔结构特性,同时通过分析自修复砂浆的孔尺寸分布模型,从模型得到的孔结构参数分析砂浆的修复效果。结果表明:在微胶囊掺量从3%~6%的砂浆范围内,修复率逐渐提高;在相同掺量的情况下,由氮吸附法测的结果表明损伤试样的累积孔体积小于修复后的;压汞测试的结果得出修复后的累积孔体积大于损伤的;XCT处理结果表明试样损伤的累积孔体积大于修复后的,并且从预测模型得到的孔结构参数表明修复后试样的孔结构得到一定的改善。
项目从滨海混凝土综合劣化机理及测试方法入手;通过新型微胶囊设计、性能表征及自修复混凝土系统构建;基于多个目标参数对自修复混凝土的修复过程与机理进行探索;并以实验表征与数值模拟为基础,建立自修复系统的评价体系。 项目开发了固(水泥)/液(水)作用过程的表征方法、开裂过程的跟踪测试方法、氯离子侵蚀过程的无损检测方法及钢筋锈蚀特征分析方法;形成了新型自修复微胶囊的设计思想与制备工艺;架构了新型的物理/化学/生物自修复混凝土体系;建立了自修复混凝土实验表征与数值模拟互为支撑的性能评价体系;并积极向工程应用推进。 本项目成功执行,已发表论文48篇,其中SCI 论文40 篇;授权发明专利35 项,实用新型专利4项;培养博士后6 人,培养博士5 人,培养硕士13人;毕业11 人。在项目执行期间,项目组成员获得国家技术发明二等奖2项;教育部技术发明一等奖1项;广东省科学技术奖一等奖1项。 依托本项目,广东省教育厅立项批准项目依托单位(深圳大学 广东省滨海土木工程耐久性重点实验室)与荷兰代尔夫特理工大学Micro Lab成立“中-荷滨海土木工程材料国际联合实验室”;项目组与剑桥大学、巴斯大学、卡迪夫大学联合举办第一届中英自修复材料国际论坛1 次(The Sino-UK Workshop on Self-healing Materials 2015,参加人员35人。2015 年1 月23-25 日;11 个报告);另以本项目负责人邢锋教授为主席成立RILEM-SHE(Self-Healing Evaluation)技术委员会,委员包括中国、荷兰、比利时、英国、意大利、西班牙、新加坡、日本、韩国、美国等多个国家的自修复混凝土方面的专家学者。(RILEM TC SHE,并组织 1st meeting,30 June 2016, Shenzhen); 在本项目执行的基础上,依托单位成功举办 4th International Conference on Durability of Concrete Structures 1 次(ICDCS 2016, 29 June to 1 July, 2016, Shenzhen);主办第三届全国防灾减灾工程学术会议1 次(2015. 13-15,深圳)。 2100433B
探索混凝土裂缝自修复新方法是提高混凝土结构安全性和服役寿命的重要途径之一,也是近些年混凝土研究的国际前沿热点之一。本项目根据混凝土材料的化学特性与应用环境特点,提出基于良好修复相容性的混凝土裂缝自修复的矿物自愈合新方法。研究混凝土结构损伤开裂信息传递机制,提出矿物材料自修复混凝土裂缝的设计方法;试验研究其关键影响因素,并提出自愈合效果有效评价方法;应用反应热力学与动力学理论探讨裂缝矿物自愈合成因,探明混凝土裂缝矿物自愈合的诱导机制;提出中子成像技术动态跟踪矿物离子在混凝土裂缝中扩散、迁移、诱导成核与结晶过程,采用CT扫描技术微观测试手段监测裂缝界面区沉积物生长过程及其与基体相容性,从微观、细观和宏观三个层次阐明矿物自愈合法修复混凝土裂缝的愈合过程与愈合机理,从而揭示矿物自愈合法修复混凝土裂缝的激励机制这个关键科学问题。研究成果为矿物自愈合法修复混凝土裂缝的理论与应用解决科学问题与关键技术。
自修复混凝土可以解决用传统方法难以解决和不能解决的技术关键,在重大土木基础设施的及时修复以及减轻台风、地震的冲击等诸多方面有很大的潜力,对确保建筑物的安全和耐久性都极具重要性,也对传统的建筑材料研究、制造、缺陷预防和修复等都提出了强烈的挑战。
总之,为了迎合21 世纪人类对建筑材料和结构提出的功能——智能一体化要求,对存在潜在损坏危险的混凝土表面进行有效保护、对造成裂纹和损伤的混凝土结构进行自修复,使混凝土结构具备自防护功能,是具有很大经济和社会效益的事情;自修复混凝土可以解决用传统方法难以解决和不能解决的技术关键,它对确保高层建筑、桥梁、核电站等重大土木基础设施的安全和长期的耐久性,以及减轻台风、地震冲击等诸多破坏因素方面有很大的应用潜力,对确保建筑物的安全和耐久性都极具重要性,也对传统的建筑材料研究、制造、缺陷预防和修复等都提出了强烈的挑战。