發(fā)布時間：2021-12-12 11:38

　　水泥基材料到目前為止仍是世界上使用最廣泛的建筑材料,但是受到其固有的低抗拉強(qiáng)度和多變的外界環(huán)境的影響,水泥基材料容易開裂。裂縫是影響基體耐久性和力學(xué)性能的重要原因。因此水泥基材料的裂縫修復(fù)方法受到了廣泛的關(guān)注。羥基磷灰石（HA）作為骨組織的重要成分,在骨組織的自愈合過程中起了極大的作用。本文利用骨仿生的原理,采用水凝膠為載體負(fù)載磷酸鹽制備成修復(fù)劑,并將水凝膠加入水泥凈漿中制備成自修復(fù)水泥基材料。利用磷酸鹽和裂縫中鈣離子原位生成羥基磷灰石修復(fù)裂縫,并探究其修復(fù)效率和修復(fù)機(jī)理。具體結(jié)論如下:（1）成功制備了三種水凝膠AN1、AN2、AK2并研究了水凝膠作為自修復(fù)載體的基本性質(zhì)及其對水泥基材料的力學(xué)性能、耐久性能、工作性能和水化的影響。AN1水凝膠在基體中保存磷酸鹽的能力最強(qiáng),而AN2水凝膠最弱;水凝膠的摻入會降低樣品力學(xué)性能和耐久性能,水凝膠摻入越多,降低幅度越大。水凝膠的摻入會降低漿體的流動度并縮短其凝結(jié)時間。（2）為驗證骨仿生自修復(fù)水泥基材料的可行性,本文探究了HA的物相形貌隨常溫溶液合成環(huán)境變化的規(guī)律及HA在合成條件下的化學(xué)穩(wěn)定性,探究了水凝膠在模擬裂縫中形成HA的物相形貌及生長機(jī)理... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

(a)化學(xué)包封自修復(fù)方法；(b)細(xì)菌添加劑自愈合方法；(c)礦物摻和料自愈合方法；(d)玻璃管添加劑自愈合方法；(e)控制裂縫寬度自愈合方法[5]

3圖1-2水泥基材料自體修復(fù)方法示意圖自體修復(fù)現(xiàn)象在水泥基材料中是非常常見的，但是它的產(chǎn)生需要三個必要條件：(1)特定化學(xué)成分的存在，例如空氣中CO2和膠凝材料中未水化的水泥顆粒；(2)暴露于多變的環(huán)境中，例如干濕循環(huán)。(3)裂縫寬度較小，裂縫寬度小于150μm能被完全修復(fù)。如果裂縫寬度大于150μm就很難實現(xiàn)自體修復(fù)[10-12]，據(jù)報道自體自修復(fù)愈合的最大裂縫寬度在200-300μm之間[13]。通常小于60μm的小裂紋是由于殘余熟料的連續(xù)水化或溶解的氫氧化鈣Ca(OH)2的碳化而產(chǎn)生自愈合效果的。其它的機(jī)械現(xiàn)象，如水泥水化產(chǎn)物的膨脹和裂縫造成的水性碎屑或松散的混凝土顆粒堵塞，可能部分地促進(jìn)自體愈合，但很少受到關(guān)注。自體愈合是一個自然發(fā)生的過程，且僅限于狹窄的裂縫，因此自體愈合很難被人為控制[14-16]。一般自體愈合的產(chǎn)物都會出現(xiàn)碳酸鈣，這是由于裂縫中的溶液為堿性而空氣中二氧化碳持續(xù)不斷的融入，造成在裂縫邊緣的地方碳酸根不斷積累從而形成碳酸鈣沉淀修復(fù)裂縫，這可以用B-Bary的模型來解釋[17]。1.2.2自主修復(fù)自主修復(fù)是在人為因素影響下的一種自愈合現(xiàn)象，是可控的。根據(jù)愈合機(jī)制的不同，一般使用三種材料來實現(xiàn)天然的自主愈合：(1)礦物摻合料，(2)細(xì)菌，(3)聚合物粘合劑[18,19]。黃浩良等利用高摻量礦粉的混凝土在外界輔以Ca(OH)2溶液，并且在3d內(nèi)形成了可觀的自修復(fù)速度，修復(fù)的產(chǎn)物為C-S-H、鈣礬石、水榴石、OH-水滑石等[13,20]。目前主流的自主修復(fù)方式大多是利用微生物實現(xiàn)的，大多用巴斯德菌，枯草芽孢桿菌，巴氏桿菌等可以在堿性條件下存活的細(xì)菌，然后將細(xì)菌放入不同化學(xué)物質(zhì)的培養(yǎng)基中，放在特定的溫度下保存培養(yǎng)一段時間。最后將培養(yǎng)基和細(xì)菌放

9Cl-，CO32-取代；磷酸根也容易被CO32-離子取代形成碳化羥基磷灰石。這些離子取代會引起羥基磷灰石晶格參數(shù)和結(jié)晶度微小的改變，也會影響其溶解度，但是取代不會對HA的六方晶系結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯影響[53]。羥基磷灰石是骨組織的重要組成成分之一，它與骨骼里面的其他的生物成分構(gòu)成了堅固的骨結(jié)構(gòu)。骨組織中的羥基磷灰石容易被一些元素(Cl-，F(xiàn)-，K+)和基團(tuán)(HPO42-，CO32-)取代，但其結(jié)構(gòu)不會改變，它的其主要成分是碳化缺鈣的羥基磷灰石(CCDHA)。CCDHA中的主要取代基是CO32-，在人體骨骼中CO32-占據(jù)5-8wt％[55]。當(dāng)CO32-取代PO43-的位置時，其機(jī)械性能得到改善[56]。CCDHA可分為兩種類型，當(dāng)CO32-取代羥基(-OH)時，其為A型取代，其結(jié)晶度較高。A型CCDHA通常通過HA與CO2氣體在高溫下反應(yīng)形成[31]。當(dāng)CO32-取代PO43-時，該產(chǎn)物被命名為B型。B型取代通常形成于溶液中，具有較低的結(jié)晶度，室溫下B型產(chǎn)物的形態(tài)通常是球狀的。碳酸根離子的濃度會影響CCDHA的類型：當(dāng)CO32-的濃度低時，CO32-可以取代-OH和PO43-。在CO32-濃度較高時，B型取代更常見[53]。骨礦物質(zhì)中的CCDHA既含有A型又包含B型，但B型CCDHA在骨骼中是主要種類[57]。羥基磷灰石的形成與很多因素有關(guān)例如反應(yīng)物濃度、pH值、過飽和濃度和溫度等[58]，由于pH在4-12時其溶度積在所有的磷酸鹽沉淀中是最低的(如圖1-4所示)[59]，所以在堿性環(huán)境中基本上是生成HA。但由于Ca/P和HA結(jié)晶程度的不同，羥基磷灰石的形貌會發(fā)生變化[60,61]。圖1-3碳酸氫鹽濃度和沉淀溫度對碳化羥基磷灰石物相及形貌的影響[53]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]磷酸鹽緩凝劑對水泥基速凝類漿液影響機(jī)制的研究與應(yīng)用[J]. 趙鵬,張慶松,鄭東柱,朱明聽,李鵬.  硅酸鹽通報. 2016(04)
[2]高機(jī)械性能的聚（丙烯酸-co-甲基丙烯酸十八酯）疏水締合凝膠的溶脹行為研究[J]. 陳清瑞,劉暢,姜國慶,劉曉麗,楊猛,張丹,劉鳳岐.  高分子學(xué)報. 2010(06)

博士論文
[1]無定形磷酸鈣為前驅(qū)體的羥基磷灰石成核動力學(xué)[D]. 蔣淑琴.浙江大學(xué) 2015

碩士論文
[1]用于自修復(fù)混凝土Cl-/CO32-觸發(fā)微膠囊的制備與表征[D]. 管毓杰.深圳大學(xué) 2015



本文編號：3536608