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水 利 学 报

2021 年 11 月 SHUILI XUEBAO 第 52 卷 第 11 期

文章编号：0559-9350（2021）11-1332-08

水泥砂浆的自愈类细胞体制备及自愈性能研究

郭皓隆 ，李 昊 ，张 园 ，张卓森 ，孙常伟 1
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（1. 内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，内蒙古 呼和浩特 010018；
2. 内蒙古建筑职业技术学院，内蒙古 呼和浩特 010070）
摘要：为获得水泥砂浆更优的自愈性能，通过试验研究提出了一种水泥砂浆自修复的新方法。试验以水泥熟料为
自愈材料，将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为外包膜，采用硅烷偶联剂（KH550）为两者连接桥，在乙醇环境中组合为
可自溶解的类细胞体。通过场发电子显微镜及能谱仪确认水泥熟料外表覆盖 PVP 薄膜形成类细胞体外观结构。使
用激光粒度仪确定类细胞体粒径级配以及 PVP 外包膜厚度，类细胞体粒径级配符合国家规范，外包膜随 PVP 添加
量增加逐渐增大，在 3.82～9.3 μm 之间变化。试验结果表明，含有类细胞体试样的抗压强度恢复量均大于普通试
样，养护 28 d 时，最大高出普通试样 22%。损伤度在类细胞体加入后也出现了更大的下降，类细胞体试样的最优
恢复期随外包膜厚度增加而逐渐推迟，添加类细胞体试样较普通试样内部孔隙组成也更加优化。
关键词：自修复；水泥熟料；聚乙烯吡咯烷酮；粒径级配；类细胞体
中文分类号：TV432 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20210640

1 研究背景

混凝土由于其具备良好的工作性质，被广泛的应用于水利工程、房屋建筑工程和道路桥梁工程
［1］
建设之中 。虽然混凝土抗压强度表现优异，但是抗折强度与抗拉强度存在着明显不足。在服役过
程中，混凝土表面所遭遇的由于温、湿度变化而导致的冻融破坏、干湿破坏、收缩破坏等，会导
致混凝土表面出现裂缝，若不及时加以修复，裂缝会随着时间发展成为网状的贯通裂缝，并逐步
向混凝土内部发展，最终裂缝会导致钢筋的锈蚀、加速结构的盐碱破坏，最终导致混凝土结构的
寿命缩短 ［2-4］ 。因此在混凝土出现裂缝之后，应及时采取措施进行修复，现阶段的混凝土修复措施包
括：外加应力封装、树脂灌注法、聚合物侵入等方法 ［5-6］ 。但是，这些方法都需要大量的人力介入，
产生高额的人工费用和相应的经济损失，而当遇到裂缝首先发生在结构内部、裂缝由外部已经发展
到结构深处、裂缝位于不易人工施工的地方的情况，都会导致不同程度的修复不彻底 ［7-10］ 。考虑到这
些问题的存在，关于混凝土化学自愈的概念被提出 ［11-12］ ，自愈是凝胶材料所具有的能力之一，混凝土
的化学自愈，即是通过混凝土中浆体材料发生化学反应来实现自我修复的能力 ［13-14］ 。由于混凝土的
裂缝集中于浆体部位，所以自愈是通过水泥颗粒与水分子发生水化反应以及氢氧化钙与空气中的二
氧化碳发生碳化反应实现的 ［14-15］ 。但是，在混凝土的内部环境中，无法准确控制水泥熟料的反应时
间，存在没有产生裂缝熟料就被消耗的可能性。此时，参考细胞自破裂释放其内部自愈因子，以实
现生物体自愈的自融解行为，物质颗粒自溶解由此被提出 ［16-18］ 。此方法即为物质颗粒与外包膜组成类
细胞体，使外包膜在合适的时间段破裂，释放内部物质颗粒，以达到自愈的目的。

收稿日期：2021-07-15；网络首发时间：2021-09-29
网络首发地址：http：/kns.cnki.net/kcms/detail/11.1882.TV.20210929.1104.002.html
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基金项目：内蒙古自然科学基金项目（2021MS05045）；内蒙古教育厅重点项目（NJZZ18044）；内蒙古农业大学博士启动费（RZ1900002013）
作者简介：郭皓隆（1996-），硕士生，主要从事土木工程材料研究。E-mail：Guohl_9610@163.com
通讯作者：李昊（1974-），博士，副教授，主要从事土木工程结构、材料研究。E-mail：hao.li@imau.edu.cn
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