新型自修复水泥基材料——物理触发微胶囊制备与应用

本书以物理触发自修复微胶囊与水泥基材料的界面性能为切入点，通过改善微胶囊囊壁材料的柔韧性对物理触发微胶囊进行优化，探究不同聚合物物理性能随温度的变化规律。在此基础上，制备出具有不同响应温度的温度响应型微胶囊，并系统研究了微胶囊结构性能对自修复体系修复效果的影响规律及作用机理。本书研究分析了搅拌温度与微胶囊掺量对基于温度响应型微胶囊的自修复混凝土新拌性能、硬化性能与修复性能的影响，并采用拉曼光谱等手段对微胶囊自修复胶凝体系中的修复行为进行检测，据此系统建立了微胶囊自修复胶凝材料的力学性能评价体系。
本书适合建筑材料、土木工程、无机非金属材料等专业的高校师生，以及从事土木工程材料相关工作的科研人员参考。

混凝土材料是当前应用最广泛的建筑材料，但是由于其固有的材料特性，混凝土基体的开裂问题一直是影响混凝土结构耐久性、安全性的主要因素之一。传统的修复方法，如注浆法、纤维布包裹法以及加大截面加固法等，属于事后被动修补方式，不仅费时费力，而且由于裂缝出现位置难以确定，难以在裂缝产生时迅速做出反应，同时，材料内部裂缝也难以修复。因此，亟须发展具有自诊断与自修复功能的自修复技术，而基于微胶囊的自修复混凝土为解决这一问题提供了方向。微胶囊由壁材包裹具有修复作用的芯材，在混凝土裂缝出现初期，会触发微胶囊壁材破坏，使芯材流出并迅速修补裂缝，从而达到自修复效果。同时不同粒径的微胶囊也可满足不同孔结构材料的修复要求。基于微胶囊的自修复方法能够在裂缝出现的初期便迅速做出反应，自响应触发修复机制并抑制裂缝的进一步扩展，最终实现智能化修补裂缝。微胶囊自修复技术作为一种有助于解决混凝土裂缝问题的自修复方法，在未来将获得更多的应用。基于当前自修复混凝土新的发展趋势，本书全面总结了笔者在微胶囊自修复方面的研究工作，有助于读者快速了解微胶囊自修复混凝土这门技术。
本书共分为6章，第1章分析了自修复微胶囊在水泥基胶凝材料中的修复原理，系统综述了自修复微胶囊囊芯和囊壁材料以及制备工艺在国内外的研究现状。第2章介绍了温度响应型囊壁的制备、表征以及其温度响应性能的测试。第3章主要介绍基于温度响应型囊壁材料的微胶囊的制备以及性能测试，并进一步探讨了微胶囊在水泥基胶凝材料中的修复效果。第4章主要探讨不同搅拌温度下温度响应型微胶囊对水泥基胶凝材料性能的影响以及修复效果。第5章主要介绍了拉曼光谱在检测微胶囊自修复胶凝体系中修复行为的应用，包括拉曼光谱表征的机理，拉曼响应型微胶囊的制备和优化，及其在水泥基胶凝材料中的修复情况。第6章主要介绍了物理触发微胶囊对水泥基胶凝材料的力学性能行为的影响。本书从微胶囊的自修复原理、研究现状到微胶囊囊壁和囊芯的选取、制备和表征以及温度响应的测试，最终探讨了微胶囊对水泥基胶凝材料的性能和自修复性能的影响，并且提出了当前研究过程中待解决的问题，系统全面地总结了笔者在深圳大学博士后期间的研究成果，以及在云南大学工作期间进行的一些后续研究。其间，得到了很多学者友人的帮助，在此诚挚感谢！
时光荏苒，本书的撰写已完成。本书旨在帮助读者了解微胶囊自修复混凝土的基本方法和原理。由于水平有限，书中难免有疏忽之处，恳请广大读者不吝批评指正。

著者

第1章绪论001～013
1.1物理触发自修复微胶囊的提出002
1.2物理微胶囊自修复混凝土研究概述004
1.3微胶囊自修复混凝土的制备研究006
1.3.1物理触发微胶囊制备材料的研究006
1.3.2物理触发微胶囊制备工艺的研究008
1.3.3物理触发微胶囊机理及性能研究009
参考文献010

第2章温度响应型囊壁的制备与表征014～032
2.1概述015
2.2囊壁材料研究内容与思路016
2.3实验方法016
2.3.1实验用材料016
2.3.2囊壁材料制备过程017
2.3.3囊壁材料性能表征017
2.4囊壁材料性能表征与分析017
2.4.1单体初选017
2.4.2温度响应型囊壁制备工艺优化020
2.4.3温度响应型囊壁材料的制备023
2.4.4温度响应型囊壁材料的表征024
2.4.5温度响应型囊壁材料的性能研究028
2.5本章小结030
参考文献030

第3章温度响应型微胶囊的制备与优化033～058
3.1概述034
3.2温度响应型微胶囊研究内容与思路034
3.3实验方法035
3.3.1原材料035
3.3.2囊芯的制备过程036
3.3.3温度响应型微胶囊的制备过程036
3.3.4温度响应型微胶囊性能表征方法037
3.3.5水泥基胶凝材料修复效果038
3.4温度响应型微胶囊性能表征039
3.4.1囊芯材料的表征039
3.4.2温度响应型微胶囊制备工艺优化040
3.4.3温度响应型微胶囊的表征042
3.4.4温度响应型微胶囊的包覆性能研究048
3.4.5微胶囊在水泥基胶凝材料中修复效果的研究053
3.5本章小结055
参考文献056

第4章基于温度响应型微胶囊的自修复水泥基胶凝材料性能与机理059～081
4.1概述060
4.2温度响应型自修复水泥基材料研究内容与思路061
4.3实验方法062
4.3.1原材料062
4.3.2温度响应型微胶囊的制备062
4.3.3自修复水泥基材料的制备064
4.3.4微胶囊及自修复材料性能测试与表征064
4.4自修复水泥基材料性能分析066
4.4.1微胶囊温度响应特征066
4.4.2水泥基胶凝材料早期性能066
4.4.3水泥基胶凝材料硬化性能071
4.4.4水泥基胶凝材料修复性能0734.5本章小结077
参考文献078

第5章拉曼光谱在检测微胶囊自修复胶凝体系中修复行为的应用082～105
5.1概述083
5.2拉曼响应型微胶囊制备与应用的研究内容与思路084
5.3实验方法085
5.3.1材料085
5.3.2微胶囊的制备085
5.3.3试样制备087
5.3.4样品表征087
5.4微胶囊表征与性能测试088
5.4.1微胶囊壁材和芯材拉曼光谱建立088
5.4.2水泥材料中微胶囊拉曼光谱建立090
5.4.3拉曼响应测试方法改进092
5.4.4拉曼响应型微胶囊的性能研究094
5.4.5拉曼响应型微胶囊自修复机理096
5.5本章小结098
参考文献099

第6章PMMA/环氧微胶囊自修复胶凝材料的力学性能评价106～151
6.1概述107
6.2微胶囊力学性能研究内容与思路108
6.3实验方法109
6.3.1材料109
6.3.2微胶囊的制备与表征109
6.3.3自修复性能的表征与评价112
6.3.4自修复性能评价的实验设计方法114
6.4自修复材料性能表征结果116
6.4.1对工作性能的影响116
6.4.2对力学性能的影响116
6.4.3各因素影响规律分析139
6.5数值优化的满意度函数140
6.6数值优化结果的验证142
6.7孔隙结构142
6.8本章小结146
参考文献147