CN104844048A - 一种制备智能混凝土裂缝自修复材料方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备智能混凝土裂缝自修复材料方法，其步骤包括：按照以下质量分数称取原材料，活性化学组分30%～50%，反应促进剂10%～20%，Al³⁺助剂10%～20%，硅酸根助剂10%～20%，Ca²⁺助剂10%～20%；先将活性化学组分、Ca²⁺助剂、硅酸根助剂、Al³⁺助剂按重量比称重混合均匀；将混合料置于球磨机内球磨（控制转速为400r/min）30min，80um方孔筛筛余量小于5%，最后加入反应促进剂混合研磨15min制成混凝土裂缝自修复材料母料；当用作涂料时按1:10:20的质量比例将母料与石英砂、水泥混合均匀即可制得混凝土裂缝自修复涂料。本发明简易实用，与传统工艺相比，可以内掺到混凝土内部使用，也可涂刷在有裂缝的混凝土表面，使用方便易普及。同时可起到良好的修复微裂缝的效果，弥补了仿生自修复混凝土结构方法的施工难度大，修补效果欠佳的不足。

Description

一种制备智能混凝土裂缝自修复材料方法

技术领域

本发明涉及混凝土智能修复材料领域，尤其是一种制备智能混凝土裂缝自修复材料方法。

背景技术

混凝土开裂是世界性技术难题，开裂导致的提前破坏给混凝土结构的维护带来了巨大的经济损失，同时如果检测或维修不到位还会埋下安全隐患，造成更加严重的后果。

在微裂缝修复方面，混凝土自修复材料具有传统手段无法比拟的优势，当裂缝产生后，就能够激活混凝土自修复机制，进行一系列反应或动作实现修复。微观的损伤在发展成宏观裂缝之前，如果能得到有效的修复，将大大提高结构的安全性和使用寿命。因此这种主动地、自动地对微裂纹和损伤部位进行修复的手段是我们现阶段实现建筑智能化的迫切需要。随着智能材料、智能混凝土结构的发展和应用，混凝土裂缝自修复材料的研究越来越受到人们的重视。目前主要形成了仿生自修复混凝土结构为主的研究方向。

仿生型混凝土裂缝自修复结构工作原理简单明确，科研成果丰富，国内外学者制备了各种各样的试验装置来验证混凝土的修复效果，但是在实际操作中存在很多问题难以解决，阻碍了仿生型裂缝混凝土自修复结构的推广和应用，其中主要包括以下几点：

(1)玻璃纤维管或微胶囊的数量难以确定。不同配比的混凝土基体具有不同的性能，玻璃管或胶囊的数量直接决定了基体混凝土的自修复程度，数量过少裂缝修复不够彻底，数量太多又可能会破坏基体混凝土的宏观性能。

(2)玻璃纤维管或微胶囊与基体材料的性能匹配问题难以解决。单从抗压强度来分，不同标号的混凝土力学性能具有很大的差异，要保证混凝土裂缝得以修复必须保证混凝土基体与玻璃管或胶囊同时开裂，即力学匹配。如果两者匹配性不良，可能混凝土开裂但玻璃纤维管或微胶囊完好，也可能混凝土结构未开裂时在内部应力的作用下纤维管或微胶囊已经破裂，内部修补剂流出而失去自修复性能。如何将混凝土基体和修复机制恰当的匹配起来是一项艰难而复杂的工作。

(3)粘结剂的修复效果，现有的粘结剂以粘度较大的有机物粘结剂为主，黏度过大会大大降低粘结剂在混凝土裂缝中的流动性，这对于宽度较小的微裂缝是不利的。另一方面，有机粘结剂对混凝土基体的粘结强度也有待于进一步提高。

(4)施工困难，难以大规模应用。玻璃纤维管或微胶囊需要预先埋入混凝土基体中，在现有的技术条件下，在混凝土搅拌过程中玻璃纤维管或微胶囊将会遭到破坏而失去应有的作用。

(5)粘结剂的耐久性问题，混凝土化学稳定性良好，在非侵蚀环境下的寿命可达数百年。而现有粘结剂多数保质期较短，在外界光热条件下容易发生老化失效，粘结剂在流出之前可能已丧失原有粘结剂的特性，已经流出的修补剂也可能因为老化而导致性能劣化影响混凝土的修复效果。

上述仿生自修复混凝土结构方法存在自身的缺点和不足，阻碍了仿生自修复混凝土材料的推广使用，基于工业自修复混凝土材料的需求，研究一种制备智能混凝土裂缝自修复材料方法具有重大的现实意义。

本发明以柠檬酸钠作为活性化学组分，以粉状Ca(OH)₂作为Ca²⁺助剂，以Na₂SiO₃·9H₂O作为硅酸根助剂，KAl(SO₄)₂·12H₂O作为Al³⁺助剂，以氯化胆碱作为反映促进剂。本发明可使预留缝混凝土养护28d的抗压强度提高15.2%，56d抗压强度提高21.9%。并且大幅度提高混凝土抗渗能力，28d龄期内掺试件二次抗渗压力是空白试件的两倍，56d龄期内掺试件二次抗渗压力达到空白试件的2.8倍。另外可以使混凝土的吸水率下降，致密度得到提高。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种简易实用的制备智能混凝土裂缝自修复材料方法，与传统工艺相比，可以内掺到混凝土内部使用，也可涂刷在有裂缝的混凝土表面，使用方便易普及。同时可起到良好的修复微裂缝的效果，弥补了仿生自修复混凝土结构方法的施工难度大，修补效果欠佳的不足。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种制备智能混凝土裂缝自修复材料方法，其步骤包括：

1）按照以下质量分数称取原材料，活性化学组分30%～50%，反应促进剂10%～20%，Al³⁺助剂10%～20%，硅酸根助剂10%～20%，Ca²⁺助剂10%～20%；

2）先将活性化学组分、Ca²⁺助剂、硅酸根助剂、Al³⁺助剂按重量比称重混合均匀；

3）将混合料置于球磨机内球磨（控制转速为400r/min）30min，80um方孔筛筛余量小于5%，最后加入反应促进剂混合研磨15min制成混凝土裂缝自修复材料母料；

4）当用作涂料时按1:10:20的质量比例将母料与石英砂、水泥混合均匀即可制得混凝土裂缝自修复涂料。

作为优选，以柠檬酸钠作为活性化学组分，以粉状Ca(OH)₂作为Ca²⁺助剂，以Na₂SiO₃·9H₂O作为硅酸根助剂，KAl(SO₄)₂·12H₂O作为Al³⁺助剂，以氯化胆碱作为反应促进剂。

本发明提供一种制备智能混凝土裂缝自修复材料方法，其机理如下：自修复材料的作用机理归结为络合渗透结晶作用，活性化学组分络合Ca²⁺生成较稳定、易溶于水的络合物，这些络合物和游离硅酸根类离子相遇后发生离子交换，络合物中的Ca²⁺被“夺走”，生成更加稳定的C-S-H凝胶体堵塞微裂缝。络合结晶过程消耗了Ca²⁺，打破了水泥水化反应平衡，促使水泥二次水化，起到修复作用。

本发明与传统工艺技术相比，可以内掺到混凝土内部使用，也可涂刷在有裂缝的混凝土表面，使用方便易操作。同时可起到良好的修复微裂缝的效果，弥补了仿生自修复混凝土结构方法的施工难度大，修补效果欠佳的不足。本发明可使预留缝混凝土养护28d的抗压强度提高15.2%，56d抗压强度提高21.9%。并且大幅度提高混凝土抗渗能力，28d龄期内掺试件二次抗渗压力是空白试件的两倍，56d龄期内掺试件二次抗渗压力达到空白试件的2.8倍。另外可以使混凝土的吸水率下降，致密度得到提高。

附图说明

图1是内掺试件与空白试件水化3d的X射线衍射图谱；

图2是内掺试件与空白试件水化28d的X射线衍射图谱；

图3是水泥净浆空白试件3d的扫描电镜图；

图4是水泥净浆内掺试件3d的扫描电镜图；

图5是水泥净浆空白试件28d的扫描电镜图；

图6是水泥净浆内掺试件28d的扫描电镜图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例1：柠檬酸钠为40%，氯化胆碱为18%，KAl(SO₄)₂·12H₂O为15%，Na₂SiO₃·9H₂O为15%，Ca(OH)₂为15%。本试验采用厚度为0.2mm的塑料板制作预留裂缝，裂缝长度100mm、宽度0.2mm、深度50mm。自修复材料掺量0%，普通混凝土试件28d抗压强度39.2MPa，自修复材料掺量0.5%，普通混凝土试件28d抗压强度42.9MPa。自修复材料掺量0%，预留缝混凝土试件28d抗压强度35.9MPa，自修复材料掺量0.5%，预留缝混凝土试件28d抗压强度36.2MPa。

实施例2：柠檬酸钠为40%，氯化胆碱为18%，KAl(SO₄)₂·12H₂O为12%，Na₂SiO₃·9H₂O为15%，Ca(OH)₂为15%。本试验采用厚度为0.2mm的塑料板制作预留裂缝，裂缝长度100mm、宽度0.2mm、深度50mm。自修复材料掺量0%，普通混凝土试件28d抗压强度39.2MPa，自修复材料掺量1%，普通混凝土试件28d抗压强度45.2MPa。自修复材料掺量0%，预留缝混凝土试件28d抗压强度35.9MPa，自修复材料掺量1%，预留缝混凝土试件28d抗压强度40.5MP。

实施例3：柠檬酸钠为40%，氯化胆碱为18%，KAl(SO₄)₂·12H₂O为12%，Na₂SiO₃·9H₂O为15%，Ca(OH)₂为15%。本试验采用厚度为0.2mm的塑料板制作预留裂缝，裂缝长度100mm、宽度0.2mm、深度50mm。自修复材料掺量0%，普通混凝土试件28d抗压强度39.2MPa，自修复材料掺量1.5%，普通混凝土试件28d抗压强度49.2MPa。自修复材料掺量0%，预留缝混凝土试件28d抗压强度35.9MPa，自修复材料掺量1.5%，预留缝混凝土试件28d抗压强度44.5MPa。

实施例4：柠檬酸钠为40%，氯化胆碱为18%，KAl(SO₄)₂·12H₂O为12%，Na₂SiO₃·9H₂O为15%，Ca(OH)₂为15%。本试验采用厚度为0.2mm的塑料板制作预留裂缝，裂缝长度100mm、宽度0.2mm、深度50mm。自修复材料掺量0%，普通混凝土试件28d抗压强度39.2MPa，自修复材料掺量2%，普通混凝土试件28d抗压强度44.2MPa。自修复材料掺量0%，预留缝混凝土试件28d抗压强度35.9MPa，自修复材料掺量2%，预留缝混凝土试件28d抗压强度42.5MPa。

从图1中可看出，掺加混凝土裂缝自修复材料的内掺试件和空白试件峰型相似，无明显的新物相生成，说明自修复材料并没有与Ca²⁺直接生成不溶性沉淀。在水泥净浆中掺入水泥质量1.5%的自修复材料，标准养护至一定龄期后取样做SEM形貌观察，并与空白试样的SEM形貌进行对比分析，如图2所示。内掺自修复材料能够明显的提高水泥石的致密程度，水化产物明显增多，孔和微裂缝数量较少。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种制备智能混凝土裂缝自修复材料方法，其步骤包括：

1）按照以下质量分数称取原材料，活性化学组分30%～50%，反应促进剂10%～20%，Al³⁺助剂10%～20%，硅酸根助剂10%～20%，Ca²⁺助剂10%～20%；

2）先将活性化学组分、Ca²⁺助剂、硅酸根助剂、Al³⁺助剂按重量比称重混合均匀；

3）将混合料置于球磨机内球磨30min，80um方孔筛筛余量小于5%，最后加入反应促进剂混合研磨15min制成混凝土裂缝自修复材料母料；

4）当用作涂料时按1:10:20的质量比例将母料与石英砂、水泥混合均匀即可制得混凝土裂缝自修复涂料。

2.根据权利要求1所述的制备智能混凝土裂缝自修复材料方法，其特征是：以柠檬酸钠作为活性化学组分，以粉状Ca(OH)₂作为Ca²⁺助剂，以Na₂SiO₃·9H₂O作为硅酸根助剂，KAl(SO₄)₂·12H₂O作为Al³⁺助剂，以氯化胆碱作为反应促进剂。

3.根据权利要求1或2所述的制备智能混凝土裂缝自修复材料方法，其特征是：所述球磨机转速为400r/min。