微膠囊對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響

倪 卓，邢 鋒，石開勇，黃 戰(zhàn)，黃健成，畢 誠(chéng)

1) 深圳大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，深圳 518061；2) 深圳大學(xué)土木工程學(xué)院，深圳 518061

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【材料科學(xué) / Materials Science】

微膠囊對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響

倪 卓1，邢 鋒2，石開勇2，黃 戰(zhàn)2，黃健成1，畢 誠(chéng)1

1) 深圳大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，深圳 518061；2) 深圳大學(xué)土木工程學(xué)院，深圳 518061

在環(huán)氧樹脂微膠囊的制備實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，制備水泥自修復(fù)復(fù)合材料，研究養(yǎng)護(hù)齡期和微膠囊摻量對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響，采用多種測(cè)試儀器對(duì)復(fù)合材料孔結(jié)構(gòu)特性、電性能、抗?jié)B透性能和水化熱進(jìn)行了分析. 結(jié)果表明，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，復(fù)合材料電阻值顯著增大，而累積孔體積和吸水性系數(shù)減小；隨著微膠囊摻量的增加，電阻值增大，而累積孔體積、吸附量與脫附量、吸水性系數(shù)以及水化放熱速率與放熱量減小.

建筑材料；混凝土；自修復(fù)水泥；微膠囊；滲透性；阻抗譜；水化熱

混凝土材料是全世界用量最大的建筑材料，廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、橋梁道路、地下共同溝、水利水電及港口海洋等工程結(jié)構(gòu)[1]. 混凝土材料的抗折強(qiáng)度低，在外界環(huán)境的作用下，其內(nèi)部不可避免會(huì)產(chǎn)生裂紋，并有可能引發(fā)宏觀裂縫，由此帶來一系列耐久性問題. 微膠囊技術(shù)是通過成膜材料包覆分散性的固體、液體或氣體而形成具有核-殼結(jié)構(gòu)微小容器的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品和印刷等工業(yè)領(lǐng)域，并取得了顯著發(fā)展[2-3]. 近年來，隨著復(fù)合材料技術(shù)的發(fā)展，微膠囊技術(shù)在復(fù)合材料裂紋自修復(fù)方面的應(yīng)用得到了重視，成為新材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一. 水泥自修復(fù)復(fù)合材料的工作機(jī)理是在水泥材料內(nèi)部預(yù)埋含有固化黏結(jié)劑的微膠囊，當(dāng)水泥材料在外力作用下產(chǎn)生裂紋時(shí)，裂紋的前端應(yīng)力使微膠囊破裂，流出的高分子黏結(jié)劑與空氣或水泥基體中的固化劑發(fā)生反應(yīng)，生成具有黏結(jié)能力的物質(zhì)，從而抑制裂紋的擴(kuò)展并修復(fù)裂紋，達(dá)到恢復(fù)甚至提高材料強(qiáng)度的效果[4-7]. 水泥石結(jié)構(gòu)硬化后，內(nèi)部大量自由水的蒸發(fā)引起孔隙的產(chǎn)生. 不同尺寸的孔隙是硬化水泥漿體的一個(gè)重要組成部分，也是影響水泥漿體性能的重要因素. 按孔徑對(duì)強(qiáng)度的不同影響，將水泥材料中的孔分為無(wú)害孔、少害孔、有害孔和多害孔. 各種孔徑尺寸的孔對(duì)材料性能的影響不同，大孔對(duì)材料性能的影響較大，而小于某一尺寸的孔對(duì)材料性能的負(fù)面影響較小[8-11]. 由于摻入的微膠囊是球型物質(zhì)，在水泥漿體中能自由滾動(dòng)，減小組分間的摩擦阻力，提高了漿體的流動(dòng)性，使得硬化后的水泥材料內(nèi)部孔隙更細(xì)小均勻，一定程度上改善了水泥材料的耐久性和抗?jié)B性. 因此，研究微膠囊對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響是研究材料的宏觀性能，揭示其在內(nèi)外環(huán)境作用下結(jié)構(gòu)性能變化規(guī)律的重要內(nèi)容. 本研究在環(huán)氧樹脂微膠囊的制備實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，制備水泥自修復(fù)復(fù)合材料，研究養(yǎng)護(hù)齡期和微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、抗電腐蝕性能、抗?jié)B透性能及水化放熱過程的影響，為水泥自修復(fù)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù).

1 材料及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

雙酚A型環(huán)氧樹脂(E-51)，工業(yè)品，江蘇三木集團(tuán)生產(chǎn)； 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37%的甲醛，分析純，廣東汕頭市西隴化工廠生產(chǎn)；尿素，分析純，天津市百世化工有限公司生產(chǎn)；水泥為P.O.42.5普通硅酸鹽水泥，深圳海星小野田水泥有限公司生產(chǎn)；水為普通自來水；脲醛/環(huán)氧樹脂微膠囊，自制；MC120D固化劑，廣州市穗樺精細(xì)化工有限公司生產(chǎn)；四乙烯五胺，化學(xué)純，上海邦成化工有限公司生產(chǎn).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微膠囊的制備

將甲醛和尿素按摩爾比1∶2加入到三口燒瓶中，攪拌溶解后，調(diào)節(jié)pH值至8～9，升溫至70 ℃，攪拌下回流反應(yīng)1 h，得到黏稠透明的脲醛樹脂預(yù)聚體. 按不同的囊芯與囊壁的比例加入環(huán)氧樹脂E-51，攪拌乳化20～30 min后，調(diào)節(jié)體系pH值為2.0～4.0，待微膠囊完全形成后，固化1～3 h，經(jīng)過濾、洗滌、干燥后得到不同粒徑微膠囊產(chǎn)品[12].

1.2.2 水泥自修復(fù)復(fù)合材料的制備

將水泥、環(huán)氧樹脂微膠囊和MC120D固化劑粉末按一定質(zhì)量比混合，其中，水灰質(zhì)量比為0.25，微膠囊與固化劑質(zhì)量比為2∶1.微膠囊粒徑為223 μm.在水泥凈漿攪拌機(jī)上慢速攪拌3 min，待各物質(zhì)混合均勻后，加入水和四乙烯五胺固化劑繼續(xù)攪拌，攪拌結(jié)束后將復(fù)合材料漿體裝入三聯(lián)模，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)1 d后拆模, 放于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)至特定齡期后進(jìn)行測(cè)試.

1.2.3 試樣制備

1)孔結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)試樣.將一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微膠囊水泥漿體制成3 cm×3 cm×3 cm的試樣，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)一定齡期后，去除試件表面可能碳化的皮層，取內(nèi)部樣品敲成2.5～5.0 mm小塊，用酒精中止水化，進(jìn)行孔結(jié)構(gòu)測(cè)試.

2)阻抗譜實(shí)驗(yàn)試樣.將一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微膠囊的水泥漿體制成4 cm×4 cm×16 cm的試樣，置于水泥砂漿標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，1 d后脫模. 將脫模后的試樣置于養(yǎng)護(hù)箱中(養(yǎng)護(hù)條件為(20±2)℃，相對(duì)濕度>90%)，養(yǎng)護(hù)至一定齡期后將試樣取出進(jìn)行交流阻抗測(cè)試.

3)吸水性實(shí)驗(yàn)試樣.將摻入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微膠囊的水泥漿體制成10 cm×10 cm×10 cm的試樣，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)一定齡期，試樣取出后在空氣中放置3 h，待表面吹干后進(jìn)行表面吸水性測(cè)試.

4)水化熱實(shí)驗(yàn)試樣.將10 g摻入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)微膠囊的水泥漿體攪勻后倒入試管，再將2.5 g純凈水吸入注射器，保證針頭干燥，把注射器插入試管樣品中，對(duì)試樣水化過程的水化放熱速率和水化熱進(jìn)行測(cè)試.

1.2.4 測(cè)試方法

采用美國(guó)麥克公司生產(chǎn)的Tristar3000型全自動(dòng)比表面和孔隙度吸附儀，測(cè)試復(fù)合材料的孔徑分布、累積孔體積及吸附曲線，測(cè)試的相對(duì)壓力范圍為0.001～0.995，液氮溫度為77.63 K；采用Princeton電化學(xué)工作站測(cè)試復(fù)合材料的交流阻抗譜，測(cè)試的掃描頻率設(shè)置為0.1 Hz～1.0 MHz ；采用英國(guó)Belfast女王大學(xué)研發(fā)的Autoclam自動(dòng)滲透性測(cè)試儀測(cè)試復(fù)合材料的吸水量與吸水性系數(shù)，測(cè)試過程中每隔1 min記錄1次試件的吸水量(單位：μL)，分別測(cè)定15 min數(shù)據(jù)，鑒于前4 min透氣量的數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)處理時(shí)將前4 min數(shù)據(jù)刪除；采用ToniCAL量熱儀測(cè)試復(fù)合材料的水化放熱速率和總放熱量，測(cè)試的初始溫度為25 ℃.

2 結(jié)果與討論

2.1 水泥自修復(fù)復(fù)合材料孔結(jié)構(gòu)特性

養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料累積孔體積的影響如圖1.由圖1可見，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，復(fù)合材料內(nèi)部的累積孔體積不斷減少；隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，水泥不斷水化，使材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)及成分不斷發(fā)生變化，水泥水化產(chǎn)物不斷填補(bǔ)材料內(nèi)部孔隙，使結(jié)構(gòu)更加致密. 養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料孔徑分布的影響如圖2.其中，峰值所對(duì)應(yīng)的孔徑為最可幾孔徑，即出現(xiàn)幾率最大的孔徑. 由圖2可見，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，曲線峰值逐漸減小，說明出現(xiàn)幾率最大的孔徑體積不斷減少. 隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，不斷生成的水化產(chǎn)物起到填充微孔隙和細(xì)化孔徑的作用，最終結(jié)果是使材料微觀結(jié)構(gòu)致密化和孔趨于規(guī)則的球體或其他形體，即水化使孔形趨于單一化而非復(fù)雜化[13-17].

圖1 養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料累積 孔體積的影響Fig.1 Influence of curing ages on the cumulative pore volume for the self-healing cementitious composites

圖2 養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料 孔徑分布的影響Fig.2 Influence of curing ages on the pore size distribution for the self-healing cementitious composites

摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微膠囊對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料累積孔體積的影響如圖3.由圖3可見，隨著微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的累積孔體積不斷減小. 這是由于摻入的微膠囊是球型物質(zhì)，在水泥漿體中能自由滾動(dòng)，減小組分間的摩擦阻力，提高了漿體的流動(dòng)性，使硬化后的水泥材料內(nèi)部孔隙更細(xì)小均勻. 同時(shí)微膠囊可以阻斷孔隙間的聯(lián)通，減少內(nèi)孔的含量，復(fù)合材料的抗?jié)B性提高. 摻入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微膠囊對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料吸附與脫附性質(zhì)的影響如圖4. 由圖4可見，吸附量與脫附量均隨著摻入微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減少. 說明微膠囊能減少材料內(nèi)部的空隙，切斷孔間滲水的通路，使復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，孔隙分布趨于優(yōu)化，透氣性降低，一定程度上提高了水泥復(fù)合材料的耐久性和抗?jié)B性.

圖3 微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料累積 孔體積的影響Fig.3 Influence of mass fraction of microcapsule on the cumulative pore volume for the self-healing cementitious composites

圖4 微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料的 吸附與脫附的影響Fig.4 Influence of mass fraction of microcapsule on the adsorption and the desorption for the self-healing cementitious composites

2.2 水泥自修復(fù)復(fù)合材料電性能

阻抗譜能反映材料的穩(wěn)定性. 通過Nyquist譜圖研究其電阻的變化，表征水泥自修復(fù)復(fù)合材料在電腐蝕方面的穩(wěn)定性. Nyquist譜圖橫坐標(biāo)表示電阻(Zre)，縱坐標(biāo)表示阻抗(Zim)，電阻越大說明離子遷移越困難，可以阻止氯離子遷移等導(dǎo)致的腐蝕[18-21]. 養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料Nyquist譜圖的影響如圖5.由圖5可見：① 養(yǎng)護(hù)齡期為3和7 d的復(fù)合材料阻抗譜的Nyquist圓并不明顯，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，Nyquist圓逐漸明顯，這表明水化初期材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為疏松，存在較多的聯(lián)通孔隙，其特性類似于溶液；② 電阻值隨著養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)有明顯的增加，電阻值越大，體系的總孔隙率越小，微觀結(jié)構(gòu)越致密；③ 摻入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)微膠囊的復(fù)合材料由于水化初期存在大量的大孔，并且孔隙中均充滿了液體，所以電阻率增加幅度并不大. 隨著水化的進(jìn)行，孔隙中的水分逐漸減少，孔結(jié)構(gòu)大小逐漸穩(wěn)定，且微膠囊囊壁是非導(dǎo)電材料，所以復(fù)合材料的電阻值開始增大，電阻率的增加幅度也開始穩(wěn)定.

圖5 養(yǎng)護(hù)齡期對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料 Nyquist譜圖的影響Fig.5 Influence of curing ages on the Nyquist spectrum for the self-healing cementitious composites

微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料Nyquist譜圖的影響如圖6.從復(fù)合材料電阻值的變化可見，微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，電阻值越高，材料對(duì)電腐蝕的防護(hù)效果越好. 這是因?yàn)殡S著微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，微球作用更加顯著，材料微觀結(jié)構(gòu)越致密. 微膠囊囊壁是非導(dǎo)電材料，對(duì)電腐蝕和電磁場(chǎng)等環(huán)境有較好的阻擊作用，因此水泥自修復(fù)復(fù)合材料可以更好地保護(hù)其內(nèi)部的鋼筋，避免受到電腐蝕[22].

圖6 微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料 Nyquist譜圖的影響Fig.6 Influence of mass fraction of microcapsule on the Nyquist spectrum for the self-healing cementitious composites

2.3 水泥自修復(fù)復(fù)合材料抗?jié)B透性

水泥材料表層吸水過程主要是通過毛細(xì)管的吸附作用，吸收液體來填充材料內(nèi)部的空隙. 因此，表層的吸水性能在很大程度上取決于材料本身的微觀結(jié)構(gòu). Autoclam自動(dòng)滲透性測(cè)試儀測(cè)得的吸水性系數(shù)能夠表征材料抗?jié)B透能力的強(qiáng)弱，吸水性能直接反映建筑材料通過毛細(xì)管作用吸收的鹽水和其它有害液體的量[23]. 水泥自修復(fù)復(fù)合材料的養(yǎng)護(hù)齡期與吸水量、吸水性系數(shù)的關(guān)系如表1和圖7所示. 圖7中直線的斜率即為吸水性系數(shù)，它反映了材料吸水性的強(qiáng)弱. 系數(shù)越大，吸水性越強(qiáng)，抗?jié)B性越弱. 由圖7可知，養(yǎng)護(hù)齡期為1 d的吸水性系數(shù)為0.332 3，經(jīng)過2 d的快速養(yǎng)護(hù)后，其吸水性系數(shù)降至0.059 0，而當(dāng)試樣再置于空氣中25 d后，吸水性系數(shù)進(jìn)一步降低至0.053 3. 水泥材料在空氣中水化時(shí)由于材料的自縮會(huì)產(chǎn)生空隙，降低了材料的抗?jié)B性能，吸水性系數(shù)會(huì)增大. 然而實(shí)驗(yàn)測(cè)得復(fù)合材料的吸水性系數(shù)并沒有隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而增大，這是因?yàn)槲⒛z囊在水泥基體中起到了增韌的作用，能夠補(bǔ)償部分基體的自縮，所以隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)密實(shí)性增強(qiáng)，吸水性系數(shù)進(jìn)一步降低.

表1 水泥自修復(fù)復(fù)合材料吸水量與養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系 (微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%)Table 1 Relationship between curing ages and water absorption for the self-healing cementitious composites (mass fraction of microcapsule is 4%)

圖7 水泥自修復(fù)復(fù)合材料吸水性系數(shù)與 養(yǎng)護(hù)齡期的關(guān)系Fig.7 Relationship between curing ages and water absorption coefficients for the self-healing cementitious composites

水泥自修復(fù)復(fù)合材料吸水性系數(shù)與微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖8所示. 由圖8可知，復(fù)合材料的吸水性系數(shù)隨著微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而降低，吸水性系數(shù)分別為0.358 2、0.274 7、0.110 5和0.053 3. 隨著微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料內(nèi)部的孔體積減小，所以吸水性系數(shù)會(huì)降低.

圖8 水泥自修復(fù)復(fù)合材料吸水性系數(shù)與摻入 微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.8 Relationship between water absorption coefficients and mass fraction of microcapsule for the self-healing cementitious composites

2.4 水泥自修復(fù)復(fù)合材料水化熱

水泥在水化過程中伴隨著放熱現(xiàn)象，水化熱是水泥的基本性質(zhì)之一. 水泥的水化熱及水化放熱速率在一定程度上可以更細(xì)微地描述水泥材料的水化過程. 微膠囊的摻入對(duì)水泥材料水化過程有一定影響. 水泥自修復(fù)復(fù)合材料在不同水化時(shí)間下的水化放熱速率與微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖9. 其中，圖9(a)為復(fù)合材料水化72 h的放熱速率曲線；圖9(b)為復(fù)合材料水化2 h的放熱速率曲線，能夠更清晰地描述不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微膠囊復(fù)合材料水化放熱速率的差異. 由圖9(a)可見，微膠囊的加入使復(fù)合材料的水化放熱速率減小，當(dāng)水化時(shí)間小于0.4 h時(shí)，未摻入微膠囊的水泥材料水化速率比摻入微膠囊的水泥復(fù)合材料的水化速率大，并且微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的復(fù)合材料水化速率比微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的復(fù)合材料水化速率大；當(dāng)水化時(shí)間大于0.4 h時(shí)，微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的復(fù)合材料水化速率大于未摻入微膠囊的水泥材料的水化速率；當(dāng)水化時(shí)間大于0.5 h時(shí)，微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的復(fù)合材料水化速率大于未摻入微膠囊的水泥材料的水化速率. 這是因?yàn)槲磽饺胛⒛z囊的水泥材料水化反應(yīng)劇烈，所以水化放熱速率的峰值最大，且放熱速率呈現(xiàn)升得快也降得快的趨勢(shì). 而當(dāng)復(fù)合材料摻入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微膠囊后，水化反應(yīng)變得相對(duì)緩和，水化放熱速率的峰值降低，并且放熱速率的變化呈現(xiàn)升高慢降低慢的趨勢(shì). 由此可見，微膠囊的加入對(duì)水泥復(fù)合材料的水化過程起到熱平衡作用，能讓復(fù)合材料水化反應(yīng)的放熱相對(duì)均勻，從而避免了由于劇烈的放熱所引起的急劇升溫，使材料內(nèi)部出現(xiàn)過大的溫度應(yīng)力而產(chǎn)生溫度裂縫[24].

圖9 水泥自修復(fù)復(fù)合材料水化放熱速率與摻入 微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.9 Relationship between hydration exothermic rates and mass fraction of microcapsule for the self-healing cementitious composites

水泥自修復(fù)復(fù)合材料在不同水化時(shí)間下的水化放熱量與微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系如圖10. 圖10(a)為復(fù)合材料水化72 h的放熱總量曲線，從圖10(a)可見，未摻入微膠囊的水泥材料放熱量最大，隨著微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，放熱量逐漸減少，這是因?yàn)閾饺氲奈⒛z囊吸收了一部分水泥復(fù)合材料水化反應(yīng)熱；圖10(b)為復(fù)合材料水化2 h的放熱總量曲線，由圖10(b)可見，在水化反應(yīng)的最初2 h內(nèi)，水泥復(fù)合材料水化放熱量隨著微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而減小，這與水化反應(yīng)速率曲線基本一致. 由此可見，微膠囊的加入使水泥材料的水化放熱更加均勻，避免在水化過程中水泥材料內(nèi)部出現(xiàn)溫度的急劇升高，材料內(nèi)外溫差過大所導(dǎo)致的溫度應(yīng)力使材料產(chǎn)生裂縫，從而降低材料的強(qiáng)度和其他性能. 因此，微膠囊的加入有可能改善水泥材料水化放熱不均勻的問題，這對(duì)于大體積混凝土材料尤為重要[25]，關(guān)于微膠囊對(duì)水泥材料水化過程中材料內(nèi)部溫度的控制，值得進(jìn)行更深入的研究.

圖10 水泥自修復(fù)復(fù)合材料水化放熱量與摻入 微膠囊的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.10 Relationship between hydration heat and mass fraction of microcapsule for the self-healing cementitious composites

結(jié) 語(yǔ)

隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增長(zhǎng)，水泥自修復(fù)復(fù)合材料內(nèi)部的累積孔體積與出現(xiàn)幾率最大的孔徑體積不斷減少，電阻值明顯增大，吸水量與吸水性系數(shù)降低. 隨著微膠囊質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的累積孔體積減少，吸附量與脫附量也相應(yīng)地減少，電阻值明顯增加，吸水量與吸水性系數(shù)降低，水化放熱總量與放熱速率的峰值降低. 因此，微膠囊的摻入一定程度上可以提高水泥基復(fù)合材料的耐久性、抗電腐蝕性和抗?jié)B透性，并有可能改善水泥材料水化放熱不均勻的問題.

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【中文責(zé)編：坪 梓；英文責(zé)編：木 南】

Influence of microcapsule on microcosmic structure of self-healing cementitious composite

Ni Zhuo1, Xing Feng2?, Shi Kaiyong2, Huang Zhan2,Huang Jiancheng1, and Bi Cheng1

1) College of Chemistry and Chemical Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518061, P.R.China 2) College of Civil Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518061, P.R.China

Self-healing cementitious composites were prepared based on the preparation methods for epoxy microcapsules. The impacts of the curing age and the microcapsule content on microcosmic structure for the self-healing cementitious composites were studied. The pore structure and distribution, the electrical property, the penetration resistance and the hydration heat of composites were analyzed by various instruments. The results show a significant increase in resistance and decreases in cumulative pore volume and coefficient of water absorption with the increase of curing age. When increasing the microcapsule content, we find an increase in resistance as well as decreases in absorption and desorption, the cumulative pore volume, the coefficient of water absorption, the hydration exothermic rate and the hydration heat.

construction material; concrete; self-healing cementitious composite; microcapsule; permeability; impedance spectroscopy; hydration heat

：Ni Zhuo, Xing Feng, Shi Kaiyong，et al．Influence of microcapsule on microcosmic structure of self-healing cementitious composite[J]. Journal of Shenzhen University Science and Engineering, 2015, 32(1): 68-75.(in Chinese)

TU 528

A

10.3724/SP.J.1249.2015.01068

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51378315)； 深圳市戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(JCYJ20130329114709 152)

倪 卓(1963—)，男(漢族)，吉林省通化市人，深圳大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師.E-mail：royzhuoni@hotmail.com

Received：2014-06-22；Accepted：2014-10-11

Foundation：National Natural Science Foundation of China (51378315);Major Basic Research Development Program of Shenzhen(JCYJ20130329114709152)

? Corresponding author：Professor Xing Feng．E-mail:xingf@szu.edu.cn

引 文：倪 卓，邢 鋒，石開勇，等．微膠囊對(duì)水泥自修復(fù)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響[J]. 深圳大學(xué)學(xué)報(bào)理工版，2015，32(1)：68-75.