Page 75 - 水利学报2021年第52卷第11期

由于混凝土的裂缝主要集中在浆体部位，自愈合也是通过水泥浆体自愈来实现，为此以水泥砂
浆的自愈为目标开展试验研究。试验以水泥颗粒作为自愈因子，使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为外包
膜，组成水泥颗粒 PVP 类细胞体（CPVPC），使用硅烷偶联剂（KH550）作为水泥颗粒与 PVP 之间的连
接桥，起到桥接作用，使两者存在稳定的包覆与被包覆关系。另外，PVP 具有优秀的物理性质，在
与骨料的摩擦中不易出现破损，对内部物质可起到较好的保护作用 ［19］ 。 PVP 的化学性质特殊，在碱
性环境中会发生水解反应，所以 PVP 也符合混凝土的内部化学性质要求。本试验，将通过合理手段
观察水泥颗粒 PVP 微球的形态特征，测量 PVP 外包膜的具体厚度，验证 PVP 外包膜的分解情况，以
及试块在水泥颗粒 PVP 类细胞体添加下的自我修复能力。

2 试验方法设计

2.1 制备 CPVPC 考虑到 PVP 有可溶于无水乙醇与水的物理性质，水泥颗粒具有不与无水乙醇发生
反应的化学性质，所以在 CPVPC 的制备过程中，可使用无水乙醇作为两者结合的反应介质。但是，
现阶段的无水乙醇虽仍含有极其微量的水，但微量的水不足以对试验产生显著影响，因此不对此进
行考虑。本试验以磁力加热搅拌器作为搅拌仪器，选择聚四氟乙烯 B 型（8×40 mm）为搅拌转子。具体
制备步骤如下所述：（1）将水泥与无水乙醇采用 1g∶1.25 ml 的比例进行混合，本文将 100 g 水泥与相应
体积的无水乙醇混合，在恒温 70 ℃、转速 700 r/min 的环境下搅拌 3 min 后，加入 4gKH550，在恒温
70 ℃、转速 1000 r/min 环境下搅拌离心 30 min，获得表面附着硅烷偶联剂的水泥颗粒，随后在恒温环
境中静置 1 h，得到处理后的水泥颗粒，并进行干燥处理。（2）将 PVP 与处理后的水泥颗粒采用不同
比 例 混 合 ， 以 调 节 PVP 外 包 膜 厚 度 ， 如 表 1 所
示。将 PVP 加入到 250 ml 无水乙醇中，混合溶液 硅烷偶联剂处理 添加 PVP
在 恒 温 70 ℃下 以 转 速 800 r/min 搅 拌 混 合 3 min，
随后加入处理后的水泥颗粒，在恒温 70 ℃、转速
图 1 CPVPC 制备机理
1500 r/min 的 环 境 下 搅 拌 混 合 30 min， 最 后 得 到
处理后的 CPVPC，并进行干燥。制备机理如图 1 所示。

表 1 PVP 添加量设计
分组 P/C-0 P/C-4 P/C-8 P/C-12 P/C-16
PVP 添加量/g 0 4 8 12 16

2.2 水泥砂浆配合比设计及试块制备 按照规范 ［19］ 进行水泥砂浆配合比设计，如表 2 所示：

表 2 水泥砂浆配合比设计
类别 水泥 砂 水
质量/kg 101 302 42

采用 P·O42.5 的水泥，设计水灰比为 0.415，按照标准制备 70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 的正方形水
泥砂浆试块 ［21］ ，CPVPC 作为凝胶材料替代物，替代率为 15%，具体的试块数量及试验用途可见表 3。
浇筑好的试块在 24 h 后进行脱模，随后放入标准养护箱内进行养护，保持温度 25（±2）℃，保持湿度
95（±5）%，养护 3 d，对 M1 类别进行极限抗压强度测试，取 6 组抗压强度平均值。对 M2 类别施加预
压力，压力大小为 80%的极限压力。对施加预压力后的试块进行水养护，水面需超过试块顶面 1 cm。
当水养护龄期达到 7 d、14 d、28 d 时，分别取 6 块试块进行强度恢复测试。强度恢复率如式 1 所示。

P = f n - f 0 （1）
f 0
式中： f 0 为水泥砂浆试块在 7 d 时所能承受的极限压力，MPa； f n 为水泥砂浆试块在水养护后的 7 d、
14 d、28 d 时所能承受的极限压力，MPa。

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