哈尔滨工业大学、哈尔滨工业大学重庆研究院Shengyi Cong等–氧化石墨烯/微胶囊自愈混凝土的疲劳性能和微观结构

为满足西北地区改造工程对混凝土材料耐久性和导电性的独特要求，采用物理方法合成了具有修复性能的微胶囊。采用氧化石墨烯作为导电介质制备标准混凝土复合部件。通过正交试验确定了氧化石墨烯和微胶囊的最佳用量。对混凝土在静载和动静复合荷载作用下的疲劳试验和微观结构进行了研究，对比分析了氧化石墨烯和微胶囊对混凝土抗疲劳性能的影响。最后，利用扫描电镜(SEM)对混凝土的微观形貌进行了分析，提出了改善混凝土力学性能和减少疲劳损伤的微观作用机理。结果表明，28 d后混凝土的最佳配合比为微胶囊掺量3%、氧化石墨烯掺量0.1%、水灰比0.5。氧化石墨烯可以促进水泥的水化过程，改善水泥基体的孔隙结构，弥补微胶囊造成的混凝土内部结构强度损失。强度增长率不小于20%。在不同应力水平下，单独掺杂0.1%氧化石墨烯组和最佳配比组的疲劳寿命损失相对较小。微胶囊均匀地嵌入水泥基体中，氧化石墨烯促进了材料内部致密微观结构的形成。两者的协同作用保证了结构的完整性和致密性。

图1. 定西-兰临输电线路临洮段位置及远景:(a)中国地图，(b)甘肃省地形图，(c)野外图。

图2. 一些测试样本。

图3. 岩石高压动态试验系统。

图4. 混凝土试件在压缩试验中的破坏。

图5. 混凝土压缩试验损伤过程:(a) 3 d， (b) 7 d， (c) 28 d。

图6. 混凝土试件在疲劳试验中的损伤模式:(a)静载荷和(b)动静复合加载。

图7. 静载下混凝土应力-应变曲线:(a) W₀G₀， (b) W₀G_0.1、(c) W₀G_0.2、(d) W₃G_0.1。

图8. 应力水平与平均疲劳寿命的关系。

图9. 混凝土中微胶囊和氧化石墨烯的微观形态:(a)整体形状和(b)具体形态。

图10. 疲劳试验后各试样的SEM图像:(a) W₀G₀， (b) W₀G_0.1、(c) W₀G_0.2、(d) W₃G_0.1。

相关研究成果由哈尔滨工业大学土木工程学院、哈尔滨工业大学重庆研究院Shengyi Cong等人于2023年发表在Journal of Building Engineering (https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.106264)上。原文：Fatigue properties and microstructure of graphene oxide/microcapsule self-healing concrete。