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第1章 自修复材料1

1.1智能材料1

1.2自修复材料的提出2

1.2.1天然生物材料的损伤自愈合性能3

1.2.2仿生自愈合材料4

1.3自修复材料的自修复设计理念与技术方法5

1.3.1自修复剂释放技术6

1.3.2可逆的交联技术11

1.3.3其他自修复技术15

1.4自修复材料的类型及特点18

1.4.1聚合物基自修复材料18

1.4.2陶瓷基自修复材料19

1.4.3金属基自修复材料22

1.4.4水泥基自修复材料24

1.4.5其他基材自修复材料24

1.5自修复材料的应用及展望26

1.5.1聚合物基自修复材料的应用26

1.5.2陶瓷基自修复材料的应用27

1.5.3金属基自修复材料的应用28

1.5.4水泥基自修复材料的应用28

参考文献28

第2章 水泥基自修复材料的自修复机制与设计方法33

2.1水泥基材料的特性33

2.2水泥基自修复材料的自修复机制与设计方法34

2.2.1水泥基自修复材料分类34

2.2.2水泥基自修复材料的自修复机制与设计方法35

2.3水泥基自修复材料的研究进展与展望50

参考文献52

第3章 水泥基自修复材料修复效果的表征方法56

3.1水泥基自修复材料裂缝的预制与检测方法56

3.1.1水泥基自修复材料裂缝的预制方法56

3.1.2水泥基自修复材料裂缝的检测方法59

3.2自修复效果宏观性能的表征方法66

3.2.1力学性能66

3.2.2渗透性能74

3.2.3耐久性84

3.3自修复效果细观性能的表征方法86

3.3.1共振频率分析86

3.3.2超声波测试86

3.3.3电化学阻抗测试87

3.4自修复效果微观性能的表征方法88

3.4.1计算机断层扫描88

3.4.2抗腐蚀性能91

3.4.3傅里叶变换红外光谱学——FTIR91

3.5其他特种环境作用下修复的表征方法91

3.5.1地下水腐蚀环境下的修复效果评估91

3.5.2低温环境下的修复效果评估94

参考文献95

第4章 天然水泥基自修复材料99

4.1基本现状99

4.2基本原理100

4.3愈合过程与效果103

4.3.1裂缝自愈合过程103

4.3.2愈合的影响因素与评价104

4.3.3自发自愈合的实验效果104

4.4微观结构108

4.5进展110

参考文献110

第5章 微胶囊水泥基自修复材料113

5.1前言113

5.1.1微胶囊技术概述113

5.1.2微胶囊自修复材料的研究现状114

5.1.3微胶囊水泥基自修复材料的研究现状116

5.2微胶囊水泥基自修复材料的原理117

5.2.1微胶囊水泥基自修复材料的组成117

5.2.2自修复水泥基材料的微胶囊分类118

5.3微胶囊水泥基自修复材料的愈合机理121

5.3.1修复剂组成与固化反应121

5.3.2囊芯在裂纹中的渗透行为125

5.4自修复微胶囊的制备与性能评价131

5.4.1微胶囊的制备131

5.4.2微胶囊的性能表征及影响因素分析132

5.5微胶囊对损伤水泥基体的修复效果评价138

5.5.1微胶囊对水泥基材料宏观性能的修复138

5.5.2微胶囊对水泥基材料细观性能的修复效果分析141

5.6微胶囊对损伤水泥基体耐久性能的修复148

5.6.1微胶囊对损伤水泥基体毛细吸水作用的改变148

5.6.2微胶囊对损伤水泥基体抗渗性能的改变150

5.7微胶囊水泥基自修复材料的微观结构152

5.7.1微胶囊水泥基自修复材料的孔结构152

5.7.2微胶囊在损伤水泥基体中的微观结构153

5.7.3微胶囊在损伤水泥基体中的行为156

5.8进展与应用157

参考文献158

第6章 矿物水泥基自修复材料161

6.1基本现状161

6.2矿物水泥基自修复材料技术原理与设计方法161

6.2.1矿物水泥基自修复材料热力学分析162

6.2.2矿物水泥基自修复材料动力学研究170

6.3愈合过程与修复效果179

6.4进展与展望190

参考文献190

第7章 电化学沉积法修复水泥基材料193

7.1引言193

7.2电化学沉积修复混凝土机理193

7.3电化学沉积修复混凝土的关键技术194

7.4电化学沉积修复混凝土试验研究195

7.5电化学沉积修复混凝土的理论建模196

7.5.1电化学沉积修复混凝土细观模型的物理基础196

7.5.2电化学沉积修复混凝土确定性细观力学模型200

7.5.3电化学沉积修复混凝土随机细观力学模型及若干结论202

7.6其他电化学修复方法206

7.7展望208

参考文献208

第8章 微生物水泥基自修复材料211

8.1基本现状211

8.2微生物自修复机理212

8.2.1微生物矿化机理212

8.2.2微生物诱导形成碳酸钙的胶结机理215

8.3自修复材料组分217

8.3.1微生物自修复剂217

8.3.2保护组分219

8.3.3缓冲液222

8.4自修复效果及微观结构222

8.4.1微生物自修复混凝土的修复效果222

8.4.2微观结构225

8.5最新进展及展望228

参考文献228

第9章 微胶囊水泥基自修复材料的修复模型231

9.1胶囊的粒径分布231

9.2裂纹碰到胶囊的概率232

9.2.1平面几何法233

9.2.2几何概率理论235

9.2.3蒙特卡洛法239

9.3胶囊破裂过程240

9.3.1均匀材料的标准裂纹分析240

9.3.2自修复材料中微胶囊外壳的断裂准则241

9.3.3利用有限元分析对微胶囊样品进行裂纹拓展研究242

9.4修复剂流动243

9.5胶囊外壳与材料结合力模型245

9.6修复过程的模拟246

9.6.1有限元分析法246

9.6.2修复损伤力学模型247

9.7修复效果模型250

参考文献251

第10章 地下水环境下水泥基材料的矿物自愈合模型254

10.1基于未水化胶凝材料继续水化的自愈合模型254

10.2基于碳酸钙结晶沉淀的水泥基材料自愈合模型256

10.2.1基于碳酸钙沉淀的水泥基材料结构背水面自愈合模型256

10.2.2基于碳酸钙沉淀的水泥基材料结构迎水面自愈合模型261

参考文献265

第11章 工程水泥基材料的自修复267

11.1基本现状268

11.2自修复原理269

11.3修复过程与效果270

11.3.1修复过程270

11.3.2修复效果测试方法271

11.3.3自修复效果评价273

11.3.4修复效果影响因素280

11.4微观结构282

11.4.1 ECC材料自修复产物282

11.4.2自修复后重新加载拉伸破坏裂缝的走向284

11.4.3冻融循环后的ECC自修复微观分析284

11.5进展与应用287

参考文献288