水泥基材料在服役过程中受荷载作用及使用环境的影响,极易出现微裂缝和局部损伤,故而水泥基材料的裂缝自修复研究越来越受到关注。本文以研制能够在开裂渗流状态下发生自修复的水泥砂浆为研究目标,对具有物理和化学双重作用的微胶囊及其自修复砂浆制备技术进行试验研究;分析微胶囊的粒径、掺量对自修复砂浆工作性能和力学性能的影响,确定合理的微胶囊粒径及掺量;设计渗透装置对自修复砂浆的修复性能进行评价,通过正交分析确定微胶囊最优组分;同时,利用渗透性测试揭示微胶囊掺量及裂缝宽度对水泥基体自修复效果的影响,依据扩散控制化学反应动力学方程,结合试验结果,建立自修复水泥基砂浆修复动力学模型。本研究的主要结论包括:(1)根据对自修复微胶囊的性能要求,以膨润土、膨胀剂、反应修复剂等物质作为芯材、以溶胀性树脂作为壁材,采用圆锅造粒的方法制备自修复微胶囊。通过正交分析研究了溶胀性树脂用量、原材料组成以及搅拌速率等工艺因素对微胶囊产率的影响,以此确定了最优工艺。(2)利用微胶囊制备自修复水泥砂浆,研究微胶囊掺量和粒径对自修复砂浆力学性能和工作性的影响。试验发现相同微胶囊掺量下,微胶囊粒径对自修复水泥砂浆强度的影响并不显著。而微胶囊掺量对自修复水泥砂浆强度的影响比较显著,砂浆的抗压强度随着微胶囊掺量的增加而降低。除此之外,微胶囊的掺量也明显影响砂浆的流动性,随着微胶囊掺量的增加,砂浆的流动性下降。(3)采用渗透性试验评价自修复砂浆的修复性能。根据正交分析确定了微胶囊的最优组分:膨润土25%,膨胀剂20%,溶胀性树脂粉末4%,反应修复剂51%。研究裂缝宽度和微胶囊掺量对自修复砂浆修复效果的影响,结果表明自修复水泥基体的修复效果随着裂缝宽度的增大而降低,随着微胶囊掺量的增加而提高。(4)通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析,发现修复产物主要是碳酸钙和钙矾石。在试验结果基础上,建立了微胶囊自修复砂浆的裂缝修复动力学模型,并进行了验证。