骨仿生自修复水泥基材料修复产物稳定性研究开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

目前混凝土依旧是世界使用范围最广并且用量最大的建筑材料。但是混凝土因其自身的脆性与较低的抗拉强度,极易由于各种不同的原因而产生裂缝,例如混凝土在自身服役期间会由于多种原因产生裂缝。对于水泥基材料而言,首先裂缝的出现使其结构的完整性被破坏,使得整体抗压强度下降;并且裂缝的产生会导致co2、h2o等物质加速进入混凝土之中,造成混凝土碳化、水化产物膨胀等不良后果,使得混凝土整体强度的下降;并且伴随着裂缝的不断扩展,有害物质例如cl-与so42-等进入混凝土内部的速度将显著增加,导致混凝土耐久性能下降以及钢筋锈蚀可能性的增加,进而降低了混凝土的服役寿命,将会造成显著的安全隐患与经济损失。于是混凝土维修和检测技术受到了广泛的关注,但是由于基础工程庞大的体积和混凝土漫长的时间,检测显然是有难度的,而且混凝土修补花费的资源也很多。故混凝土的自愈合研究是非常有必要的,它可以减少混凝土每年的损耗,延长其使用年限。

生物有机体的显著特点之一是具有再生机能,受到破坏以后机体能自行修补创伤。骨是具有自修复和自适应特性的一个范例,人们从生物体系统中得到启示,希望在混凝土结构中得到与生物体中相类似的修复系统,当混凝土中出现裂缝或损伤时,能够触发一种自动的修复反应,自动愈合。

现已经发展好几种裂缝仿生自复技术,其一为封闭裂缝自修复,其二为填充裂缝自修复。封闭裂缝自修复主要是利用形状记忆合金性能稳定,电阻率大,对应变敏感,可恢复应变大;当恢复受到约束时能产生较大的恢复力的特点,将形状记忆合金或聚合物预埋在混凝土结构中易产生裂缝的部位或构件,可制成裂缝白监测、自修复机敏混凝土。填充裂缝自修复混凝土是在混凝土中布置许多细小纤维(或多孔的形状记忆合金)管道,管中装有修复剂(交联聚合物或溶剂),或在混凝土中掺入内含修复剂的空心胶囊,在外界环境作用下,一旦混凝土开裂或出现损伤,内装的修复剂流出渗入损伤处,填充裂缝,并在两裂缝面之间形成黏结,使其愈合。现在所有的研究大致集中在3个方面:内置纤维管自修复混凝土、内置胶囊自修复混凝土、形状记忆合金智能自修复混凝土。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

水泥基材料微裂缝自修复机理的研究方法主要包括两个方面:1)水泥基材料微裂缝的模拟方法,难点在于对水泥基材料所处环境条件和微裂缝形成过程的模拟;2)水泥基材料微裂缝自修复性能的评价方法,比较自修复前后水泥基材料力学性能和微裂缝状态的变化。探明骨仿生自修复水泥性能最佳的条件和修复的过程机制。本研究的主要内容是在模拟修复条件下对水泥基材料的自修复性能进行评价及对修复产物的微观结构进行研究。羟基磷灰石(ca10(po4)6(oh)2,ha)是生物骨头和牙齿的主要组成部分,具有很好的稳定性和较好的力学性能,的由于羟基磷灰石的特殊结构使得骨骼自我修复较为容易进行,故决定以羟基磷灰石为技术核心,采用sem、edx和xrd来分析评价不同养护龄期时裂缝的修复情况以及裂缝中修复产物的微观结构及形貌,从而对之后的以磷酸钙类矿物为修复产物的自修复材料起到指导作用。

2.2研究目标

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3. 研究计划与安排

3.进度安排

第1-4周:查找相关文献,了解领域的研究前沿,制定实验计划;

第5-12周:有规划地做好实验,及时发现问题,纠正问题;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 张宏泉,李潇艳,文进.镁离子掺杂羟基磷灰石晶须的制备及热稳定性研究[j].人工晶体学报,2017,46(07):1220-1226.

[2] 基于微生物矿化技术的水泥基材料早期裂缝自修复.仇满德

[3] 混凝土裂缝自愈合性能的研究及进展

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