微胶囊自修复水泥基材料失效机理及抗冻性研究

作     者：郝浩 

作者单位：江苏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘荣桂

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：微胶囊 水泥基材料 自修复 力学性能 声发射 数字图像相关法 

摘      要：随着新型自修复混凝土技术的发展,越来越多的自修复方法与理论被提出。为了早日投入实际工程应用,许多学者进行了现场试验研究,但是多采用传统的评价手段。目前无损检测技术发展迅速,很有必要将其应用于自修复效果评价,对其变形失效机理及修复机理进行研究。课题组之前通过理论设计与实验,制造了一种具有自修复功能的微胶囊,研究内容主要集中于力学强度修复效果、微胶囊最佳组分设计、微观扫描及成分分析等方面。本文利用声发射技术监测了微胶囊自修复水泥胶砂试件破坏过程声发射特征信号的变化,同时利用数字图像相关法对外部裂纹拓展情况进行了监测。最后利用声发射技术对微胶囊自修复水泥基材料的修复机理和抗冻性机理进行了研究。主要内容如下:(1)微胶囊的制备与微观表征。本文选用了更小粒径的微胶囊,并用电镜扫描观察了微胶囊的外观及其在基质中的存在情况,探讨了微胶囊的工作机理。(2)对压缩破坏过程及三点弯破坏过程的变形失效机理进行了研究。本文同时利用AE和DIC对压缩破坏过程及三点弯破坏过程进行了监测,根据声发射信号特性与荷载变化将压缩破坏过程划分为初始压密阶段,微裂隙稳定扩展阶段,微裂隙非稳定扩展与主裂缝贯穿破坏阶段,并对三点弯破坏模式进行了总结。分析了不同掺量声发射特征信号的变化,并与DIC图像进行了对应分析,初步探讨了其破坏模式与含量之间的关系。(3)利用声发射技术对损伤机理和修复机理进行了研究。利用70%最大荷载对试件进行损伤,同时用AE监测了损伤过程和破坏过程。利用声发射信号特征值和强度的变化,分析探讨了损伤与修复结果,结果表明压缩损伤触发方式能够有效的触发微胶囊,最终拥有较好的修复效果,三点弯损伤触发方式不能有效的触发微胶囊,初步探讨了损伤方式对于修复效果的影响。(4)利用声发射技术对微胶囊自修复水泥胶砂抗冻性进行了研究。本文对通过声发射监测了遭受25次、50次、75次、100次冻融破坏的压缩破坏过程和三点弯破坏过程。采用抗压强度、抗折强度、质量损失率、电通量作为评价指标,结合破坏过程中声发特征信号曲线的变化,对抗冻性的提升进行了分析,确定了微胶囊的合理添加范围。