摘 要

随着混凝土材料在建筑中的广泛运用，混凝土在使用过程中所产生裂纹的修复问题越来越得到重视。传统被动的事后修复方式已经不能满足工程建筑的需求，功能外加剂型自修复水泥基材料作为绿色环保的新型建筑材料具有较好抗冻、损伤自愈合等优良特性。其作为新型水泥基材料对提高建筑结构耐久性的具有重要意义。

本文选用五种络合剂（A1：葡萄糖酸钠、A2：络合剂DS、A3：马来酸二钠、A4：柠檬糖酸钠、A5：三聚磷酸钠）对水泥砂浆进行改性。并通过力学性能、凝结时间、冻融循环和裂缝自修复实验，研究了络合剂对水泥基材料力学强度、凝结时间、抗冻融和自修复性能的影响，同时采用扫描电镜（SEM）微观结构表征，研究功能络合剂对水泥基材料的微观结构的影响。主要结论如下：

（1）各种掺量的不同络合剂对水泥基材料的力学性能均有一定程度的提高，5种不同络合剂的力学性能提高效果从优到劣依次为A1gt;A4gt;A5gt;A3gt;A2。0.05%（A2、A3为0.5%）掺量在本实验中对水泥基材料的力学性能提高程度最大。

（2）由冻融循环过程中抗压强度、质量的损失以及孔隙率的变化可知：络合剂改性水泥基材料具有良好的抗冻融性能，在100次冻融循环后，相比空白样，络合剂改性水泥基材料质量损失率、抗压强度下降和总孔隙度的增加幅度有明显的减小。

（3）各种络合剂对水泥均有一定程度的缓凝效果。络合剂的加入，水泥净浆的凝结时间被延长，5种不同络合剂的缓凝效果从强到弱依次为：A1gt;A4gt;A5gt;A3gt;A2。

（4）通过裂缝测宽仪对裂缝多天的观测记录，并结合试样的SEM观察分析，得出络合剂对于裂缝修复有明显的促进作用，并通过X射线衍射（XRD）和傅立叶红外光谱（FTIR）对修复产物进行分析得出其产物主要为CaCO₃（方解石）。

关键词：功能络合剂；水泥基材料；自修复；冻融循环；微观结构

Abstract

As the concrete material is widely used in building, repairing of concrete cracks which were produced in use process get more and more attention. The traditional passive repair method has been unable to meet the needs of engineering construction, Functional addition of self-repairing cement-based materials as green new building materials with good anti-freeze, damage self-healing and other excellent features. As a new type of cement-based materials to improve the durability of the building structure is of great significance.

This paper chooses five complexing agent (A1: sodium gluconate, A2: complexing agent DS, A3: disodium maleate, A4: sodium lemonate, A5: sodium tripolyphosphate) for cement mortar mixing, different dosage of modified cement mortar specimen was prepared.And through the mechanics performance, setting time, freeze-thaw cycle and crack self-healing experiment, studies the different types and different dosage of complexing agent for cement base material mechanical strength, setting time, the influence of antifreeze harmony self-healing performance, combined with the SEM microstructure characterization, study different function complexing agent on the influence of the microstructure of cement base material. Main conclusions are as follows:

(1) A variety of different complexing agent dosage on the mechanical property of cement-based materials were improved to a certain extent, the mechanical properties of five different complexing agent to improve the effect of award to him a bad followed by A1 gt; A4 gt; A5 gt; A3 gt; A2.Dosage of 0.05% 0.5% (A2, A3) in this experiment, the mechanical properties of the cement base material is improving effect is best.

(2) The compressive strength in the process of freezing and thawing cycle, quality loss and the change of porosity is: complexing agent modified cement-based material has good freezing-thawing resisting performance, after 100 times of freeze-thaw cycle, contrast blank sample, complexing agent modified cement base material quality loss ratio, compressive strength and the increase of the total porosity rate significantly reduced.

(3) Have a certain degree of different complexing agent on the cement retarding effect.The addition of complexing agent, the setting time of cement net pulp is extended, five different complexing agent of the retarding effect from strong to weak, in order: A1 gt; A4 gt; A5 gt; A3 gt; A2.

(4) Through the crack width gauge observation records, the days of cracks and combined with the SEM observation of sample analysis, it is concluded that complexing agent for repair product could obviously promote the generation of the role, and to repair the product by XRD and IR analysis it is concluded that the main product as CaCO₃ (calcite).

Keywords: function complexing agent; cement base material; since the repair; the freeze-thaw cycle; microstructure

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 混凝土裂缝成因及危害 1

1.2.1 混凝土裂缝成因 1

1.2.2 混凝土裂缝危害 3

1.3 混凝土裂缝修复方法与研究现状 4

1.3.1 混凝土裂缝传统修复的方法 4

1.3.2混凝土裂缝自修复研究现状 5

1.4本课题研究目的与意义 7

1.4.1研究目的及意义 7

1.4.2研究内容 7

第2章 实验部分 8

2.1 实验原料 8

2.2 实验仪器 8

2.3 实验方法 8

2.3.1 络合剂自修复水泥砂浆制备 8

2.3.2开裂平板制备 9

2.3.3 冻融循环实验 9

2.3.4 凝结时间测试 10

2.3.5 力学性能测试 10

2.3.6 微观结构测试 10

2.3.7 孔隙率测试 11

2.3.8 裂缝修复测试及产物分析 11

第3章 结果与讨论 12

3.1络合剂对水泥基材料凝结时间的影响 12

3.1.1 葡萄糖酸钠对水泥净浆凝结时间的影响 12

3.1.2 络合剂DS对水泥净浆凝结时间的影响 12

3.1.3 马来酸钠对水泥净浆凝结时间的影响 13

3.1.4 柠檬糖酸钠对水泥净浆凝结时间的影响 13

3.1.5 三聚磷酸钠对水泥净浆凝结时间的影响 14

3.2 络合剂对水泥基材料力学性能的影响 15

3.2.1 A1掺量对砂浆的力学性能影响 15

3.2.2 A2掺量对砂浆的力学性能影响 15

3.2.3 A3掺量对砂浆的力学性能影响 16

3.2.4 A4掺量对砂浆的力学性能影响 16

3.2.5 A5掺量对砂浆的力学性能影响 17

3.3 络合剂对水泥基材料冻融损伤的改善评价 17

3.3.1 络合剂对冻融循环中水泥基材料抗压强度损失的影响 18

3.3.2 络合剂对冻融循环中水泥基材料质量损失的影响 18

3.3.3 络合剂对冻融循环中水泥基材料孔隙率变化的影响 19

3.4 络合剂对水泥基材料裂缝修复性能的影响. 20

3.4.1 裂缝修复 20

3.4.2 裂缝修复产物分析 23

第4章 结论 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1引言

随着国民经济的发展，对混凝土建筑材料的需求量日趋增加，2016年我国商品混凝土产量达17.92亿立方米，增长比例为7.4%^[1]。混凝土材料由于其强度高、高耐久性等特殊的性能被广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、道路工程、地下工程、水利水电工程、核电站、港口和海洋工程等结构物^[2]。混凝土服役较长时间后，由于配方、施工的不当和外部环境如离子侵蚀、荷载和冻融循环等不利因素的影响会产生局部损伤甚至会产生裂缝，裂缝的产生使混凝土更易受到氯离子渗透、碳化等危害，从而使得混凝土强度降低，甚至导致建筑结构受损或破坏，材料的耐久性严重降低，危及建筑结构和人身的安全^[3]。针对这些损伤问题的出现，目前大多停留在人工的事后修补：表面涂抹砂浆^[4]、表面涂抹环氧胶泥^[5]、水泥灌浆^[6]、化学浇灌^[7]、钢筋加固和预应力加固^[8]等。这些在被动和计划模式下的修复方式，不仅成本高昂，花费大量的时间、人力和物力，而且修复效果不理想，容易产生二次损伤的发生。另外，有些混凝土材料被应用于地下建筑、水利发电或核电站等人工事后修补难度大的场合，这时候就急切的需要一种能自我感知损害的产生并能及时的进行自我愈合的智能型混凝土—自修复混凝土。

1.2 混凝土裂缝成因及危害

混凝土材料生成裂纹是较为常见的建筑工程病害现象。裂缝的产生分布在混凝土的成型使用等各个过程，是不可避免的病害问题，裂缝的出现轻则影响建筑物的外观给人一种不安全感，重则影响建筑物的结构和使用寿命，小的裂缝随着时间和外界因素的影响，进而发展成大的裂缝使材料的强度、抗渗和耐久性严重降低，财产和人身安全受到重大损失。