新型微胶囊自修复混凝土界面特性与体系耐久性研究

The concept and application of microcapsule-based self-healing concrete has attracted widely attention from academia and industry. For microcapsule-based self-healing concrete system, the interface behavior between microcapsules and concrete plays a pivotal role. For one thing, the bond strength between microcapsules and concrete determine the trigger efficiency and the function of microcapsules in concrete. For another, the interface behavior also have a great effect on the mechanical properties and durability of entire self-healing concrete system. In this project, based on the proprietary microcapsule fabrication technology, aiming at realize broader application of microcapsule-based self-healing concrete, two routes of surface decoration methods were proposed to enhance the interface properties between microcaspules and cement paste and the durability of self-healing concrete system. This project can not only provides solutions for better investigation and application of microcapsule-based self-healing concrete, but also provides new thinking on other similar types of polymer-cementitious composite materials.

微胶囊自修复混凝土的理论和应用受到学术界和工业界的广泛关注。对于微胶囊自修复混凝土体系，微胶囊与混凝土结合区域的界面特征十分重要。首先，界面的结合强度直接决定了微胶囊能否在混凝土中被裂缝有效触发，进而实现其自修复功能。其次，结合区域的物理和化学特征对微胶囊混凝土自修复体系整体的力学性能和耐久性也会产生关键性的作用。本项目以申请人自有微胶囊制备技术为基础，以实现微胶囊基自修复混凝土在实际工况下大规模应用为最终目标，通过微胶囊表面化学改性与囊壁材料碳纤维复合优化两条路径，增强微胶囊与混凝土的结合强度，提升微胶囊在混凝土中的触发效率；改善微胶囊与水泥基体界面结合区域的微观物化特性，提升自修复混凝土体系的力学性能和耐久性。项目不仅为微胶囊自修复混凝土的科学研究和工程应用提供有效的解决方案，亦为其他类似有机-水泥基复合材料的界面增强和耐久性问题提供参考。

微胶囊自修复混凝土的理论和应用受到学术界和工业界的广泛关注。对于微胶囊自修复混凝土体系，微胶囊与混凝土结合区域的界面特征十分重要。本研究从改善自修复胶囊与水泥基体界面问题为出发点，探索了改善和提升胶囊型自修复混凝土体系修复效率和可靠性的整体方案。.为了提高自修复胶囊与基体的结合强度，提升高分子壁材微胶囊在水泥基体中的触发效率，本课题首先从酚醛树脂表面特性出发，选取3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲氧基硅烷 (KH792)作为表面改性剂，成功在高分子微胶囊表面与水泥基表面建立了一个分子桥。实验表明，通过一定的反应条件，微胶囊在水泥基体中的触发效率有了显著改善；此外，课题组还探索了采用无机材料作为胶囊壁材来提升胶囊触发效率的相关方法，无机壁材包括固废粉煤灰微珠和水泥基宏胶囊；为了进一步研究混凝土的修复方法，本课题组探索了使用硫铝酸盐水泥作为基材的纤维增强水泥基修复剂（CSA-ECC）在混凝土结构单元修复中的作用；研究团队针对水泥基微胶囊的囊壁进行了进一步的优化。研究团队以环境友好型材料聚乳酸（PLA）作为水泥基胶囊的外层闭水层，通过构立一个包含“断裂点”（一种RNA磷酸二酯类似物）的PLA衍生物库，获得在胶囊在水中从数年到数周不等的降解速度，进而调节胶囊在水中的触发速度。该研究已经申请发明专利。最后，研究团队探索了使用无机矿物修复剂-硫铝酸盐水泥基材料作为修复剂进修复的耐久性和可靠性。.基于上述研究，本项目共发表SCI论文4篇，其中有三篇发表于中科院一区TOP期刊；申请中国发明专利2项；参与了多项学术会议交流活动；正在培养研究生2名。项目的研究成果不仅为微胶囊自修复混凝土的科学研究和工程应用提供有效的解决方案，亦为其他类似有机-水泥基复合材料的界面增强和耐久性问题提供参考。