综述了掺微胶囊的水泥基复合材料自修复性能的研究成果,包括微胶囊的制备方法、微胶囊的自身性质、微胶囊对水泥基复合材料性能的影响、微胶囊修复水泥基复合材料的机理和修复效果,对比讨论了相关文献的试验结果,并展望了水泥基复合材料自修复性能研究的发展方向。

采用羟基硅酸镁粉体作为润滑油添加剂,在MMU-5G材料端面摩擦磨损试验机上,研究了不同添加剂含量对45#钢/45#钢摩擦副磨损表面自修复膜生成的影响及其机制,借助SEM及EDX测试分析摩擦副的表面形貌及表面成分组成。结果表明,自修复添加剂的含量对羟基硅酸镁粉体添加剂在磨损表面形成自修复膜影响显著。在添加剂质量分数为2%,3%和5%的工况条件下,试样磨损表面有自修复膜生成。添加剂质量分数为2%时,易于短时间内达到磨损-自修复动态平衡,自修复效果最为理想。自修复膜的生成过程包含磨粒磨损和摩擦化学反应2个阶段。自修复膜的生成使得试样摩擦磨损表面平整光滑,可以有效降低金属磨损。

通过超声波波速恢复率、毛细吸水量、裂缝宽度分析了不同浓度的NaCl和Na2SO4盐溶液对砂浆裂缝自修复效果的影响,研究了高分子修复剂对裂缝修复效果的促进作用。结果表明,盐溶液的浓度对裂缝愈合性能具有一定的影响,在NaCl和Na2SO4溶液中随着浓度(4%、6%)的升高,裂缝的愈合程度也随之提高;当掺入1%裂缝修复剂后,浓度为6%NaCl盐溶液对砂浆裂缝修复的效果最佳,修复程度达到98.58%。

采用原位聚合法在芯材与壁材质量比为1∶1、合成反应时间为2h、合成p H值为3的条件下合成了性能优良的微胶囊。考虑了固化剂用量、微胶囊掺量、修复温度、养护温度、养护龄期等因素对修复效果的影响。试验结果表明,固化剂用量、微胶囊掺量、微胶囊固化修复时的环境养护温度、养护龄期对微胶囊的修复效果有较大的影响。固化剂掺量不应超过微胶囊用量的60%,固化修复时基体温度越高,修复效果越好。试件成型后的养护条件对微胶囊修复效果影响较小,20℃、50℃、80℃养护条件下的修复率均在12%左右。

为了明确水泥基渗透结晶型防水剂对水泥基材料自修复性能的影响,研究了防水剂掺量为0、1%、2%、3%时砂浆试块裂缝的自愈合过程,并利用XRD、SEM、FT-IR等手段分析了防水剂中的活性物质以及自修复产物的主要成分、晶相和微观形貌,提出了其对水泥基材料自修复作用机理,对其在工程中的应用以及国内自主研发该类产品具有一定的借鉴作用。

形状记忆合金(SMA)驱动下热熔胶水泥基材料具有优良的自修复能力。本文对聚酰胺热熔胶水泥砂浆(PA砂浆)的工作性能、力学性能和耐久性能以及处于多次热循环条件下PA砂浆的力学性能及耐久性能进行了研究。结果表明,体积掺量1%、3%和5%热熔胶的掺入没有降低砂浆的工作性能,反而有略微的提升;随聚酰胺(PA)掺量的增加,砂浆的抗压强度和抗渗性能略有下降,而抗折强度随掺量的增加先增后减;热循环环境中PA水泥砂浆的力学性能与耐久性能都得到了很大的提升,说明PA水泥砂浆在常温马氏体状态、具有预应变的SMA的驱动下具备反复修复水泥基裂缝的潜力。

通过在水泥砂浆试件中掺入矿物质,测定矿物质对混凝土抗折强度的影响。在矿物质最佳掺量条件下,加入修复液,测其强度恢复率。通过试验对比,可以得出修复液的添加对混凝土微裂纹的修补起到了很好的作用,利用矿物与修复液的共同作用可以修复微裂纹,有利于混凝土抗折强度的恢复。

利用液化机理研究了具有应变强化和多重裂纹破坏特征的超强韧性聚丙烯纤维混凝土的配合比设计。使得水泥基复合材料的工作度和力学性能在施工现场大批量生产条件下与实验室内小规模生产条件下保持接近。通过不同颗粒级配的控制、混合次序、时间间隔的调整以及不同类型添加剂的使用,给出了生产应变强化功能的超强韧性纤维混凝土材料的方法。最后研究了拉伸试件多重裂纹破坏后的自修复现象。

通过裂缝测宽仪分析讨论了Na Cl、Na_2CO_3和Na_2SO_4三种盐溶液环境对不同宽度的水泥砂浆裂缝自修复效果的影响,并研究了水泥砂浆试样在上述不同盐环境下的修复前后强度变化。结果表明,在Na Cl和Na_2SO_4溶液中,随着溶液浓度(0、0.5%、1.0%、2.0%)的升高,裂缝自修复能力呈现出先升高后降低的趋势,并且当溶液浓度为0.5%时,可以修复裂缝为0.02mm的宽度;在Na_2CO_3溶液中,随着溶液浓度的升高(0、0.5%、1.0%、2.0%),裂缝自修复效果有升高的趋势,并且当Na_2CO_3溶液浓度为2.0%时,可以修复裂缝为0.02mm的宽度;裂缝自修复的主要原因是未水化水泥颗粒的继续水化,同时溶液中不同离子与水泥水化产物反应的生成物也可以促进裂缝修复。

针对机械装备摩擦磨损失效和能源损耗的问题,通过摩擦磨损试验,验证纳米金刚瓷的抗磨减摩能力;通过球轴承高速强化寿命试验,验证纳米金刚瓷的节能延寿效果。结果表明：纳米金刚瓷可大幅延长高速球轴承的强化试验寿命,大大降低运转驱动能耗,对高端轴承和高端装备的节能延寿途径探索具有参考意义。