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【原】Cement Concrete Res. ：含高吸水性聚合物堿激發(fā)礦渣體系的裂縫自修復(fù)能力

2023-06-07 11:53:26 來源：個人圖書館-智慧土木

文獻(xiàn)速讀


(相關(guān)資料圖)

Cement Concrete Res. ：含高吸水性聚合物堿激發(fā)礦渣體系的裂縫自修復(fù)能力

題目

Self-healing ability of cracks in alkali-activated slag systems incorporatingsuperabsorbent polymers

含高吸水性聚合物堿激發(fā)礦渣體系的裂縫自修復(fù)能力

關(guān)鍵詞

堿激發(fā)礦渣；內(nèi)養(yǎng)護(hù)；自修復(fù)；自愈合；高吸水性聚合物

來源

出版年份：2023年

來源：Cement and Concrete Research

課題組：同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院孫振平課題組、比利時根特大學(xué)Nele De Belie課題組和比利時布魯塞爾自由大學(xué)Didier Snoeck課題組

研究背景

堿激發(fā)礦渣（AAS）作為一種環(huán)保型膠凝材料，在某些特定應(yīng)用中是一種很有前途的硅酸鹽水泥替代材料。與硅酸鹽水泥相比，AAS體系水泥具有更高的抗壓強度、更好的耐化學(xué)性和防火性等優(yōu)點，但其收縮率更大，存在開裂風(fēng)險。特別是當(dāng)水玻璃作為堿激發(fā)劑時，AAS體系容易產(chǎn)生裂縫，使得有害物質(zhì)容易進(jìn)入其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其性能進(jìn)一步惡化。因此，高收縮率是限制AAS材料廣泛應(yīng)用的瓶頸。內(nèi)養(yǎng)護(hù)可有效地減少硅酸鹽水泥和AAS體系的自收縮。高吸水性聚合物（SAPs）是最有前途和應(yīng)用最廣泛的內(nèi)養(yǎng)護(hù)材料。當(dāng)SAPs摻入混凝土后，釋放水分補充混凝土中水化反應(yīng)和蒸發(fā)所消耗的自由水，減輕混凝土內(nèi)部相對濕度下降，從而降低毛細(xì)壓力，減少自收縮。已有研究表明，SAPs還可提高硅酸鹽水泥的裂縫自修復(fù)能力。

研究出發(fā)點

SAPs促進(jìn)裂縫自修復(fù)的研究仍局限于硅酸鹽水泥體系，其對AAS體系的裂縫自修復(fù)能力影響仍不清晰。

研究內(nèi)容

本文旨在通過實驗評估4種不同含SAPs的AAS體系的自修復(fù)能力。具體為：研究了水玻璃激發(fā)礦渣（WG-AAS）體系、Na2CO3激發(fā)礦渣（SCAAS）體系、Ca(OH)2激發(fā)礦渣（CH-AAS）體系和Na2CO3+ Ca(OH)2激發(fā)礦渣（SCCH-AAS）體系中含裂縫AAS試樣的抗壓強度、透水性、裂縫視覺閉合以及裂縫修復(fù)機制。

圖1 樣品制備流程

圖2不同AAS體系砂漿試件的抗壓強度

圖3 參考樣品和含1.0 wt%SAPs樣品的顯微圖像

圖4（a）水和（b）Na2CO3溶液再激發(fā)AAS漿體粉末的累積放熱量

圖5原始AAS凈漿（紅色曲線）以及水（橙色曲線）和Na2CO3（藍(lán)色曲線）激發(fā)礦渣后的XRD譜圖

圖6 裂縫內(nèi)部掃描電鏡（SEM）圖像：（a）WG-SAP1.0；（b）SC-SAP1.0；（c）CH-SAP1.0；（d）SCCH-SAP1.0

圖7 裂縫自修復(fù)機理示意：（a）WG-AAS體系；（b）SC-AAS和SCCH-AAS體系；（c）CH-AAS體系

主要結(jié)論

本文對4種經(jīng)高吸水性聚合物（SAPs）改性的堿激發(fā)礦渣（AAS）體系（水玻璃激發(fā)礦渣（WG-AAS）體系、Na2CO3激發(fā)礦渣（SCAAS）體系、Ca(OH)2激發(fā)礦渣（CH-AAS）體系和Na2CO3+ Ca(OH)2激發(fā)礦渣（SCCH-AAS）體系）的自修復(fù)能力進(jìn)行了實驗研究，主要結(jié)論如下：

（1）SAPs的加入在不同程度上降低了各AAS體系的抗壓強度，但隨水化齡期增加，較參考樣品，SAPs對抗壓強度的提高效果更為顯著；由于WG-AAS體系具有致密結(jié)構(gòu)，故其具有優(yōu)異的抗壓強度，但其優(yōu)異的抗壓強度限制了Ca2+從砂漿基體中浸出，導(dǎo)致了其裂縫自修復(fù)能力較差。

（2）WG-AAS體系的裂縫自修復(fù)能力最差，歸因于Ca2+浸出困難以及形成碳酸鹽沉淀的CO32-只能從空氣中獲得；CH-AAS體系的Ca2+最易浸出，但CO32-來源（只能從空氣中獲得）限制了碳酸鹽沉淀形成；在SC-AAS和SCCH-AAS體系中，堿激發(fā)劑的CO32-為碳酸鹽沉淀形成提供了更多可能性。

（3）碳酸鹽沉淀形成是影響AAS體系裂縫自修復(fù)的主因，而非AAS的進(jìn)一步水化作用；CO32-對于碳酸鹽沉淀形成必不可少，但使用Na2CO3溶液進(jìn)行干濕修復(fù)并非促進(jìn)裂縫自修復(fù)的有效策略；堿溶液確實促進(jìn)了AAS的進(jìn)一步水化，但碳酸鹽沉淀形成與此并不顯著相關(guān)。

（4）在AAS體系中使用SAPs增強其裂縫自修復(fù)能力主要與SAPs在裂縫處的溶脹作用以及隨后促進(jìn)碳酸鹽沉淀形成有關(guān)；這很大程度上取決于堿激發(fā)劑的類型；對于WG-AAS體系而言，裂縫自修復(fù)很難實現(xiàn)，故添加SAPs并無多大作用。

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