CN107601942A - 一种自修复微胶囊混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自修复微胶囊混凝土，所述自修复微胶囊混凝土包括分散在自密实混凝土中的钢胶囊，所述钢胶囊的胶囊壁上具有凹槽，凹槽中设置有陶瓷环，且所述钢胶囊的内腔中包括隔板，将钢胶囊内腔分隔成封闭的第一腔室以及封闭的第二腔室，其中所述第一腔室包括含钙材料，且所述第二腔室包括碳酸溶液。受到外界应力时，陶瓷环破损，凹槽相应地破损，隔板发生位移或破损，从而使含钙材料与碳酸溶液发生混合或移动到钢胶囊外部，生成碳酸钙，修补裂缝。本发明的有益效果在于通过提供充足的游离钙离子和二氧化碳，实现混凝土结构的智能自修复。
Description
技术领域
本发明涉及自修复混凝土技术领域。具体来说，本发明涉及一种自修复微胶囊混凝土。
背景技术
水泥基材料的裂缝是导致建筑结构提前失效的根本原因。本领域一直致力于开发具有自修复功能的混凝土。
中国发明专利申请201210580233.4披露了一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统，其基本思路在于当混凝土出现裂缝时，使胶囊破裂，激活休眠的微生物，通过微生物呼吸释放的二氧化碳与水中游离的钙离子发生反应，生成固体碳酸钙，由此修补填充裂缝。但一方面氢氧化钙微溶于水，因此混凝土中游离的钙离子不足以生成修复微裂纹的碳酸钙。另一方面，微生物产生的二氧化碳的速度比较缓慢，导致修补速度缓慢。
中国发明专利申请201610169329.X披露了一种防核辐射的自愈合混凝土安全壳，披露了一种包括陶瓷环的铅钢胶囊，因为陶瓷是脆性材料，厚度适当，能及时破损，使铅钢胶囊内部的结构胶及时流出，修补裂纹。
为此，本领域迫切需要一种可提供足够游离钙离子且可快速修复的自修复微胶囊混凝土。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可提供足够游离钙离子且可快速修复的自修复微胶囊混凝土。具体来说，本发明的自修复微胶囊混凝土包括分散在自密实混凝土中的钢胶囊，所述钢胶囊的胶囊壁上具有凹槽，凹槽中设置有陶瓷环，且所述钢胶囊的内腔中包括隔板，将钢胶囊内腔分隔成封闭的第一腔室以及封闭的第二腔室，其中所述第一腔室包括含钙材料，例如氧化钙，且所述第二腔室包括碳酸溶液。当混凝土结构中出现裂纹时，在钢胶囊中形成应力，导致脆性陶瓷环破损，隔板发生位移或破损。然后，含钙材料与碳酸中的二氧化碳反应，生成碳酸钙，修补裂缝。
为了实现上述目的，本发明提供下述技术方案。
在第一方面中，本发明提供一种自修复微胶囊混凝土，所述自修复微胶囊混凝土包括分散在自密实混凝土中的钢胶囊，所述钢胶囊的胶囊壁上具有凹槽，凹槽中设置有陶瓷环，且所述钢胶囊的内腔中包括隔板，将钢胶囊内腔分隔成封闭的第一腔室以及封闭的第二腔室，其中所述第一腔室包括含钙材料，且所述第二腔室包括碳酸溶液；
其中所述凹槽处的胶囊壁厚度构造成在陶瓷环破损时也发生破损，从而使所述钢胶囊内腔的物质移动到钢胶囊外部；以及
其中所述隔板设置在与凹槽对应的位置，从而当所述凹槽破损时，所述隔板发生位移或破损，促进容纳在所述钢胶囊内腔的物质发生混合或移动到钢胶囊外部。
在第一方面的一种实施方式中，所述含钙材料包括氧化钙，氯化钙，氢氧化钙或硫酸钙。
在第一方面的另一种实施方式中，所述碳酸溶液是饱和碳酸溶液。
在第一方面的另一种实施方式中，所述钢胶囊的内表面上设置有耐酸碱防腐涂层。
在第一方面的另一种实施方式中，所述钢胶囊的外表面设置有凸起部分。
在第一方面的另一种实施方式中，所述陶瓷环的壁厚为0.2-0.3mm，高度为2-2.5mm。
在第一方面的另一种实施方式中，所述隔板由耐酸碱腐蚀材料制成。
在第一方面的另一种实施方式中，所述隔板是陶瓷板。
在第一方面的另一种实施方式中，以体积百分比为基准计，所述自修复微胶囊混凝土包括小于或等于30％的钢胶囊。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于通过提供充足的游离钙离子和二氧化碳，实现混凝土结构的智能自修复。
附图说明
图1示意性显示根据本发明的钢胶囊的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚和完整的描述。附图的尺寸与实际尺寸不成比例，为了清楚地显示某些特征，可能会夸大某些部件的尺寸。
本发明的目的在于提供一种可提供足够游离钙离子且可快速修复的自修复微胶囊混凝土。具体来说，本发明的自修复微胶囊混凝土包括分散在自密实混凝土中的钢胶囊，所述钢胶囊的胶囊壁上具有凹槽，凹槽中设置有陶瓷环，且所述钢胶囊的内腔中包括隔板，将钢胶囊内腔分隔成封闭的第一腔室以及封闭的第二腔室，其中所述第一腔室包括含钙材料，例如氧化钙，且所述第二腔室包括碳酸溶液。当混凝土结构中出现裂纹时，在钢胶囊中形成应力，导致脆性陶瓷环破损，隔板发生位移或破损。然后，含钙材料与碳酸中的二氧化碳反应，生成碳酸钙，修补裂缝。
在第一方面中，本发明提供一种自修复微胶囊混凝土，所述自修复微胶囊混凝土包括分散在自密实混凝土中的钢胶囊，所述钢胶囊的胶囊壁上具有凹槽，凹槽中设置有陶瓷环，且所述钢胶囊的内腔中包括隔板，将钢胶囊内腔分隔成封闭的第一腔室以及封闭的第二腔室，其中所述第一腔室包括含钙材料，且所述第二腔室包括碳酸溶液。所述凹槽处的胶囊壁厚度构造成在陶瓷环破损时也发生破损，从而使所述钢胶囊内腔的物质移动到钢胶囊外部。所述隔板设置在与凹槽对应的位置，从而当所述凹槽破损时，所述隔板发生位移或破损，促进容纳在所述钢胶囊内腔的物质发生混合或移动到钢胶囊外部。
在第一方面的一种实施方式中，所述含钙材料包括氧化钙，氯化钙，氢氧化钙或硫酸钙。
在第一方面的另一种实施方式中，所述碳酸溶液是饱和碳酸溶液。
在第一方面的另一种实施方式中，所述钢胶囊的内表面上设置有耐酸碱防腐涂层。
在第一方面的另一种实施方式中，所述钢胶囊的外表面设置有凸起部分，从促进钢胶囊与混凝土的混合。
在第一方面的另一种实施方式中，所述陶瓷环的壁厚为0.2-0.3mm，高度为2-2.5mm。
在第一方面的另一种实施方式中，所述隔板由耐酸碱腐蚀材料制成。
在第一方面的另一种实施方式中，所述隔板是陶瓷板。
在第一方面的另一种实施方式中，以体积百分比为基准计，所述自修复微胶囊混凝土包括小于或等于30％的钢胶囊。
参考图1，图1显示根据本发明的钢胶囊100的结构示意图。根据本发明的自修复微胶囊混凝土包括分散在自密实混凝土中的钢胶囊。根据一种具体实施方式的钢胶囊100的胶囊壁上具有凹槽11，凹槽11中设置有陶瓷环12。凹槽11处的胶囊壁厚度构造成在陶瓷环破损时也发生破损。所述钢胶囊的内腔中包括隔板13，将钢胶囊内腔分隔成封闭的第一腔室201以及封闭的第二腔室202，其中所述第一腔室包括含钙材料301，所述第二腔室包括碳酸溶液302。当混凝土结构中形成裂纹时，产生应力，导致陶瓷环12破损，隔板13设置在与凹槽11的相应地位置，也受到应力，从而发生位移或破损。使得第一腔室201中的含钙材料301与第二腔室202中的碳酸溶液302排出到钢胶囊100外部。碳酸溶液302是二氧化碳的水溶液，不稳定。昼夜更迭和四季交替导致的温度变化会导致至少一部分的二氧化碳扩散到第二腔室202中。在钢胶囊100破损之后，碳酸溶液中的水可溶解相同钢胶囊或不同钢胶囊的含钙材料以提供充足的游离钙离子。二氧化碳则可扩散出钢胶囊与混凝土缝隙中已经存在的游离钙离子反应，和/或与相同钢胶囊或不同钢胶囊中的含钙材料溶解于水后形成的游离钙离子反应，生成碳酸钙，从而修补裂缝。
在本发明中，含钙材料的作用是提供额外的游离钙离子。具体来说，含钙材料可包括氧化钙、氢氧化钙、氯化钙或硫酸钙等。含钙材料可以固体粉末形式储存于钢胶囊的第一腔室中，在钢胶囊破损之后，溶解于相同钢胶囊或不同钢胶囊的碳酸溶液中，并与碳酸中的二氧化碳反应，生成碳酸钙，来修补裂缝。在一种优选的实施方式中，所述含钙材料是氧化钙。氧化钙溶于水后，生成氢氧化钙，虽然氢氧化钙微溶于水，但随着反应的进行，溶液中钙离子迅速消耗，加速氢氧化钙溶解。使用氧化钙作为含钙材料的一个优势是氧化钙溶于水时放出大量热量，促进二氧化碳从碳酸溶液中分离。可通过控制胶囊的数量或者钢胶囊中第一腔室和第二腔室的体积，来提供所需量的二氧化碳以及含钙材料。
因为本发明的钢胶囊中的含钙材料可提供额外的游离钙离子，即使混凝土中出现较大的微裂纹时，也可以即使修复。此外，钢胶囊中储存着现成的二氧化碳，无需等待其它生物或化学过程来制备，这使得可以在裂纹出现时就进行修复。
在一种实施方式中，本发明的钢胶囊在其内表面包括耐酸碱的防腐涂层。这可通过本领域常规的涂覆方法来获得，在此不再赘述。
在一种实施方式中，设置在钢胶囊中的隔板由耐酸碱材料制成。例如，所述隔板可由陶瓷制成。隔板的作用是在钢胶囊破损之前，将钢胶囊的内腔分隔成封闭的第一腔室和封闭的第二腔室，由此隔离含钙材料和碳酸溶液，避免它们过早地发生反应。同时，在设置在钢胶囊凹槽的陶瓷环破损之后，所述隔板可相对于胶囊壁发生位移，使得容纳在第一腔室和第二腔室中的物质流动或扩散到胶囊外部。所述隔板也可以破损，使得相同胶囊的含钙材料和碳酸优先进行反应。
在一种实施方式中，本发明的钢胶囊包括至少一个凹槽，可只在一个凹槽的对应位置设置隔板。在另一种实施方式中，本发明的钢胶囊包括至少一个凹槽，可在每一个凹槽的对应位置设置隔板。即，将钢胶囊的内腔分隔成2个，3个或者更多个封闭的腔室。
在一种实施方式中，本发明的钢胶囊外壁上设置有凸起部分，以促进钢胶囊与混凝土的混合。在一种实施方式中，钢胶囊囊壁的厚度可为0.2-0.4mm。在一种实施方式中，凹槽处胶囊壁的厚度可为0.1-0.3mm，从而在陶瓷环破损时也发生破损，促进容纳在钢胶囊的各个封闭内腔之内的物质扩散或流出到钢胶囊外部。
在一种具体实施方式中，所述陶瓷环的壁厚为0.2-0.3mm，高度为2-2.5mm。
钢胶囊的制备方法可参见中国发明专利申请201610169329.X。例如可通过模具将钢胶囊压制成型，然后分别向胶囊的不同腔室中注入相应的含钙材料或碳酸溶液，然后设置隔板，最后在钢胶囊的凹槽处拼接上陶瓷环。
在一种实施方式中，为了确保混凝土的强度以及其它综合性能，需要控制混凝土中钢胶囊的量。但钢胶囊的量又不能太少，否则难以实现自修复功能。例如，以体积百分比为基准计，所述自修复微胶囊混凝土包括小于或等于30％的钢胶囊。在一种实施方式中，以体积百分比为基准计，所述自修复微胶囊混凝土包括10％，15％，20％，25％或30％的钢胶囊。
在本发明的实施方式中，使用自密实混凝土，以避免在振捣过程中使钢胶囊过早破损。没有特别限定自密实混凝土的具体种类，也可以根据需要在自密实混凝土中添加其它填料。
应理解，本发明中未详细描述的其它内容都是本领域技术人员可以理解的常规知识。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明披露的内容，在不脱离本发明范围和精神的情况下做出的改进和修改都本发明的范围之内。
Claims (9)
1.一种自修复微胶囊混凝土，所述自修复微胶囊混凝土包括分散在自密实混凝土中的钢胶囊，所述钢胶囊的胶囊壁上具有凹槽，凹槽中设置有陶瓷环，且所述钢胶囊的内腔中包括隔板，将钢胶囊内腔分隔成封闭的第一腔室以及封闭的第二腔室，其中所述第一腔室包括含钙材料，且所述第二腔室包括碳酸溶液；
其中所述凹槽处的胶囊壁厚度构造成在陶瓷环破损时也发生破损，从而使所述钢胶囊的内腔之内的物质移动到钢胶囊外部；以及
其中所述隔板设置在与凹槽对应的位置，从而当所述凹槽破损时，所述隔板发生位移或破损，促进容纳在所述钢胶囊的内腔之内的物质发生混合或移动到钢胶囊外部。
2.如权利要求1所述的自修复微胶囊混凝土，其特征在于，所述含钙材料包括氧化钙，氯化钙，氢氧化钙或硫酸钙。
3.如权利要求1所述的自修复微胶囊混凝土，其特征在于，所述碳酸溶液是饱和碳酸溶液。
4.如权利要求1所述的自修复微胶囊混凝土，其特征在于，所述钢胶囊的内表面上设置有耐酸碱防腐涂层。
5.如权利要求1所述的自修复微胶囊混凝土，其特征在于，所述钢胶囊的外表面设置有凸起部分。
6.如权利要求1所述的自修复微胶囊混凝土，其特征在于，所述陶瓷环的壁厚为0.2-0.3mm，高度为2-2.5mm。
7.如权利要求1所述的自修复微胶囊混凝土，其特征在于，所述隔板由耐酸碱腐蚀材料制成。
8.如权利要求1所述的自修复微胶囊混凝土，其特征在于，所述隔板是陶瓷板。
9.如权利要求1所述的自修复微胶囊混凝土，其特征在于，以体积百分比为基准计，所述自修复微胶囊混凝土包括小于或等于30％的钢胶囊。
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- 2017-10-17 CN CN201710977418.1A patent/CN107601942B/zh active Active
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