摘要
在水泥基体中掺入内含修复剂的玻璃微管是实现水泥基材料自修复的技术途径之一。当基体中玻璃微管呈三维随机分布时，与裂缝平行的玻璃微管不易破裂，修复剂难以流出，影响修复效果。调整玻璃微管方向使其垂直于裂缝，可以改善自修复性能。为了改进玻璃微管定向方式，进而提高自修复性能，本文通过磁场驱动玻璃微管与钢纤维组合体转动，使玻璃微管调整到垂直于裂缝方向分布，制备出定向玻璃微管水泥基自修复材料。通过力学和裂缝物质传输性能试验，研究其自修复性能。本文主要工作和结论如下。 (1)研究了定向玻璃微管自修复水泥基复合材料的制备方法。将玻璃微管-钢纤维组合修复体掺入水泥基拌合物中，在基体振捣密实阶段，外部施加匀强磁场，磁化钢纤维产生磁场力驱动玻璃微管，使玻璃微管转动到垂直于裂缝的方向，制备出定向玻璃微管水泥基自修复材料试件。测试玻璃微管的定向效果良好，其方向系数可达到0.89。 (2)通过修复前后的三点弯曲试验，定量分析了玻璃微管分布方向、方向角度、携带钢纤维数量对定向和随机乱向玻璃微管自修复水泥基复合材料试件的抗折强度恢复率、荷载-裂缝开口位移和韧性的影响。结果表明，随着钢纤维数量增加和玻璃微管方向角减小，定向玻璃微管较随机乱向玻璃微管水泥基自修复材料的抗折强度恢复率和变形能力有明显提高。 (3)通过裂缝渗透性和吸水性试验，定量分析了玻璃微管分布方向、裂缝宽度对定向和随机乱向玻璃微管自修复水泥基复合材料试件的渗透率和吸水系数的影响。结果表明，定向玻璃微管自修复水泥基材料微裂缝抗渗透性能和抗吸水性能优于随机乱向玻璃微管自修复水泥基材料；同等条件下定向和随机乱向玻璃微管自修复试件渗透率差距以及吸水系数差值随着裂缝宽度的增大逐步减小。 (4)推导了钢纤维驱动玻璃微管转动的力学模型，验证了玻璃管磁力定向的理论可行性。分析建立了玻璃微管分布方向影响管中修复剂的流出量和玻璃微管数量的机理模型，对比渗透试验结果，验证了机理分析计算的可靠性。结果表明，玻璃微管定向分布时，裂缝处玻璃微管数量和管中修复剂的流出量均多于玻璃微管随机乱向分布，定向玻璃微管自修复水泥基复合材料抗渗性更好，裂缝修复效果更好。使用钢纤维定向技术驱动玻璃微管定向分布，提高了材料的修复效率，降低了玻璃微管用量。
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