论文总字数：25951字

摘 要

水泥基材料具有抗压强度高，稳定性好，成本低等优点，应用十分广泛，但受本身固有特性的影响，在使用过程易开裂，严重地缩短了混凝土建筑的使用寿命。尤其是在盐碱地区的混凝土，遭受的破坏更为严重。多元离子络合剂是一种可以增强混凝土自修复能力的外加剂，可有效预防混凝土内部细纹形成，也能促进细缝愈合。

为了提高盐碱地区的混凝土的服役寿命，本文通过模拟实际环境的化学条件，预测多元离子络合剂对混凝土在不同化学环境（Na₂SO₄、Na₂CO₃、NaCl溶液）下自修复性能的影响，做出合理分析总结，研究主要得出以下结论：

多元离子络合剂可络合混凝土中游离的钙离子，生成的纤维状晶体能改良砂浆的孔结构，减少有害孔隙的产生，含络合剂的砂浆能有效抵抗高浓度Na₂SO₄、Na₂CO₃、NaCl溶液的侵蚀。

（1）在Na₂SO₄溶液环境下，试样的强度有一定恢复，裂缝可能完全愈合。短时间内，随Na₂SO₄溶液浓度增加，试样裂缝愈合情况越好，试样抗压强度恢复越快，裂纹宽度逐渐减小；但随养护时间增加，高浓度Na₂SO₄溶液长时间浸泡对普通砂浆的有很强的侵蚀，含络合剂的砂浆可以减缓SO₄^2-对混凝土的负面作用。

（2）在Na₂CO₃溶液环境下，试样的恢复效果最好，试样强度最高，裂缝可能完全愈合。随Na₂CO₃溶液浓度增加，试样裂缝完全愈合的时间越短，试样抗压强度恢复越快，因为络合剂有利于Ca² 和CO₃^2-在裂缝和孔隙中反应生产CaCO₃结晶。高浓度Na₂CO₃溶液长时间浸泡可能引起普通砂浆碳化，含络合剂的砂浆能抵抗高浓度Na₂CO₃溶液引起的砂浆碳化。

（3）在NaCl溶液环境下，试样的强度有一定恢复，裂缝可能完全愈合。短时间内，随NaCl溶液浓度增加，裂缝愈合的时间越短，试样抗压强度恢复越快。因为盐结晶以及微膨胀减少砂浆内部的裂缝和孔隙，更有利于络合剂的自修复。高浓度NaCl溶液长时间浸泡可能引起普通砂浆溶解腐蚀，但含络合剂的砂浆能克服高浓度NaCl溶液的溶解侵蚀。

关键词：化学环境；络合剂；水泥基材料；自修复能力

Abstract

Cement-based materials have the advantages of high compressive strength, good stability and low cost, which are widely used. However, due to the influence of its own inherent characteristics, it is easy to crack in the process of use, which seriously shortens the service life of concrete buildings.Concrete, especially in saline areas, suffered more serious damage.Multi-ion chelating agent is a kind of admixture which can enhance the self-healing ability of concrete, effectively prevent the formation of fine lines inside concrete and promote the healing of fine cracks.

In order to improve the service life of concrete in saline, and chemical conditions in this paper, by simulating the actual environment, prediction of multiple ion chelating agent of concrete in different chemical environment (Na₂SO₄, Na₂CO₃, NaCl solution) under the influence of self-healing performance, make reasonable analysis summary, research mainly draw the following conclusion:

Multiple ion chelating agent complexation of free calcium ion in concrete, can generate fibrous crystal modified mortar hole structure, reduce the production of harmful pore, contain high concentrations of chelating agent mortar can effectively resist Na₂SO₄, Na₂CO₃, the erosion of the NaCl solution.

(1) In the environment of Na₂SO₄ solution, the strength of the sample recovered to a certain extent, and the crack may be completely healed.In a short time, with the increase of the concentration of Na₂SO₄ solution, the fracture healing of the sample was better, the compressive strength of the sample recovered faster, and the crack width gradually decreased.However, with the increase of curing time, the high concentration Na₂SO₄ solution soaked for a long time has a strong erosion on the ordinary mortar. The mortar containing chelating agent can slow down the negative effect of SO₄^2- on concrete.

(2) Under the condition of Na₂CO₃ solution, the recovery effect of the sample is the best, the strength of the sample is the highest, and the crack may be completely healed.With the increase of Na₂CO₃ solution concentration, the shorter the time for complete fracture healing of the sample, the faster the compressive strength recovery of the sample, because the chelating agent is conducive to the reaction of Ca² and CO₃^2- in fractures and pores to produce CaCO₃ crystals.High concentration of Na₂CO₃ solution for a long time may cause carbonization of ordinary mortar, mortar containing chelating agent can resist carbonization of mortar caused by high concentration of Na₂CO₃ solution.

(3) In the environment of NaCl solution, the strength of the sample recovered to a certain extent, and the crack may heal completely.In a short time, with the increase of NaCl solution concentration, the shorter the fracture healing time is, the faster the compressive strength of the sample will recover.Because salt crystallization and micro-expansion reduce the cracks and pores in the mortar, it is more conducive to the self-healing of chelating agent.Long-term immersion of high concentration NaCl solution may cause dissolution and corrosion of common mortar, but mortar containing chelating agent can overcome the dissolution and erosion of high concentration NaCl solution.

Key words：Inorganic compounds; Chelating agent; Cement-based materials; Osmotic crystallization; Self-healing ability

目录

第1章 绪论 1

1.1选题的背景 1

1.2自修复混凝土的研究进展 1

1.2.1光纤智能混凝土 2

1.2.2仿生自愈合混凝土 2

1.2.3微生物自修复混凝土 2

1.2.4形状记忆合金自修复混凝土 3

1.2.5矿物水泥基自修复混凝土 3

1.3渗透结晶型水泥基自修复材料研究现状 3

1.3.1渗透结晶型防水材料的特点 4

1.3.2渗透结晶型水泥基自修复材料的研究与应用 4

1.4化学环境对混凝土的影响 6

1.4.1硫酸根离子对混凝土的影响 6

1.4.2碳酸根离子对混凝土的影响 6

1.4.3氯离子对混凝土的影响 6

1.5研究内容 7

1.6情况说明 8

第2章 化学环境对混凝土自修复性能的影响 9

2.1试验原料与设备 9

2.2试验方法 10

2.2.1混凝土的制备 10

2.2.2试验方法 10

2.3结果与讨论 10

2.3.1硫酸钠溶液环境对混凝土自修复的影响 10

2.3.2碳酸钠溶液环境对混凝土自修复的影响 14

2.3.3氯化钠溶液环境对混凝土自修复的影响 17

2.4络合剂对混凝土自修复的影响 20

第3章 本文研究结果预测分析 22

3.1拟用实验原料 22

3.2实验方法和技术路线 22

3.3预期结果分析 22

3.1硫酸钠溶液环境下络合剂对水泥基材料自修复性能的影响 22

3.2碳酸钠溶液环境下络合剂对水泥基材料自修复性能的影响 23

3.3氯化钠溶液环境下络合剂对水泥基材料自修复性能的影响 24

第4章 预测结论与展望 25

4.1预测结论 25

4.2展望 25

参考文献 1

致 谢 3

第1章 绪论

1.1选题的背景

众所周知，混凝土是建筑行业的主要构造材料。因其具备成本低、抗压强度高、稳定性好等优点，也是当今世界上应用最广的人造建筑材料，每年要生产近250亿吨^[1-2]。但随着我国现代化建设的发展，传统的由砂石骨料、水和水泥制备的混凝土材料逐渐无法满足建筑工程的性能需求。这是因为水泥基材料属于多孔脆性材料，在服役过程中因温度、湿度、应力等外界环境因素变化，不可预防的出现许多微小裂纹，例如基体的微开裂。然而现阶段探测技术的局限性，这些细小的肉眼看不见的微观的损伤不易被检测到，所以对材料的裂纹修复工作会比较麻烦。如果这些损伤和裂纹得不到及时的解决，不但会损害混凝土材料结构功能、缩短应用寿命，而且裂纹还可能变大，引起材料内部产生渗流，降低耐腐蚀能力，也会加速混凝土碳化，并导致建筑物结构脆性断裂，产生严重事故。

资料显示，我国因房屋防漏、维修建筑渗漏而产生的费用年均超过12亿元；美国用于桥梁的维修费年均大约为52亿美元；英国的混凝土建筑维护的费用占其建筑工业耗费的比例高达45%；荷兰每年用在土木工程检验、监察、维修的预算占土木工程年度预算的三分之一^[3-5]。我国建筑屋面、地下建筑、民用住房等都出现了不同程度的渗漏，其中渗漏率分别为95.33%、57.51%、37.48%，建筑渗漏现状十分严峻^[3]。在不发达地区，许多未贴瓷砖的老房子外表有可怕的绿色渗水产物，是渗漏引起的墙壁潮湿而生长的青苔。渗漏不但影响了住户的生活便利、影响家居美观，甚至因为存在安全隐患，可能导致巨大的经济损失。为了妥善解决混凝土建筑维护费用高、维修难度大等问题，我们需要混凝土具备良好的耐久性和抗渗性，因此，具有自修复性能的混凝土已成为当前研究的热点。

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