CN108409186B - 一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊及其制备方法 - Google Patents

一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊及其制备方法。所述微胶囊的各原料按重量份数计为：石油树脂30～70份、二异氰酸酯30～70份。本发明所述二异氰酸酯微胶囊以二异氰酸酯为芯材、石油树脂为囊壁，石油树脂属于脆性较大的热塑性材料，当混凝土受外力作用产生微裂缝时，扩展的裂缝遇到微胶囊，在裂缝尖端扩展力的作用下石油树脂囊壁容易发生破裂，二异氰酸酯很容易扩散进入混凝土裂缝中，使裂缝得到修复；采用本发明所述二异氰酸酯微胶囊，能赋予混凝土裂缝自修复能力，延长混凝土的服役寿命。

Description

一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明属于混凝土技术领域，具体涉及一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊及其制备方法。
背景技术
自修复材料属于智能材料的一类，可通过材料内部的自诊断和自响应机制及时修复材料在使用过程中产生的局部损伤(微裂纹)，从而消除隐患，延长材料的使用寿命。根据自修复过程是否需要外加修复剂，自修复材料主要包括外援型自修复和本征型自修复。在材料中添加微胶囊是外援型自修复最常用的技术手段。自修复用微胶囊由囊壁和囊芯(修复剂)组成。预先将微胶囊掺入基体材料中，当基体材料出现损伤，产生微裂纹时，囊壁破裂，释放出内部的修复剂，通过化学反应对裂纹进行自修复。
水泥混凝土是一种重要的基础建筑材料，在民用建筑、道路桥梁、地铁隧道、水库大坝、水电站等领域有广泛应用。然而，混凝土为多孔脆性材料，受温度应力或其它外力作用容易产生裂缝，从而会加剧混凝土的化学侵蚀、冻融破坏、钢筋锈蚀和碱集料反应的发生，严重降低混凝土构筑物的耐久性。为提高混凝土的使用寿命，掺加微胶囊以赋予混凝土裂缝自修复能力已受到关注，然而，现有自修复用微胶囊的囊壁大多是交联固化型树脂，强度高，且不溶不熔。这类微胶囊用于混凝土自修复存在的问题是：因囊壁强度高，当混凝土产生微裂纹时，囊壁很难破裂，使内部修复剂不能释放出来且固化难，难以实现裂缝自修复的目的。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊，由石油树脂、二异氰酸酯所组成，各原料按重量份数计为：石油树脂30～70份、二异氰酸酯30～70份。
上述方案中，所述石油树脂与二异氰酸酯的质量比为1:2。
上述方案中，所述石油树脂为C9树脂。
上述方案中，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。
一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊的制备方法，包括如下步骤：
(1)按各原料所需的重量份数称取石油树脂30～70份、二异氰酸酯30～70份；
(2)将石油树脂加热至130～140℃，以300～500rpm转速搅拌15～30min，加入二异氰酸酯，保持温度为100～110℃，继续搅拌2～4h；
(3)停止加热，搅拌速度提升至1000～1200rpm，加入全氟三丁胺溶液，使混合物温度迅速降低，得到石油树脂包覆二异氰酸酯微胶囊的悬浮液；
(4)对悬浮液进行超声波分散处理，然后过滤分离出微胶囊，经烘干处理后，即得到水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊。
上述方案中，步骤(4)所述超声波分散处理的工艺为：超声波频率40kHz，超声时间15min。
上述方案中，步骤(4)所述烘干处理的温度为40～50℃。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述二异氰酸酯微胶囊以二异氰酸酯为芯材、石油树脂为囊壁，石油树脂属于脆性较大的热塑性材料，当混凝土受温度应力或外力作用产生微裂缝时，扩展的裂缝遇到微胶囊，在裂缝尖端扩展力的作用下石油树脂囊壁容易发生破裂，二异氰酸酯很容易扩散进入混凝土裂缝中，使裂缝得到修复；采用本发明所述二异氰酸酯微胶囊，能赋予混凝土裂缝自修复能力，延长混凝土的服役寿命；
(2)本发明以二异氰酸酯为芯材制备微胶囊，无需使用固化剂就可修复混凝土裂缝；异氰酸酯基(-NCO)反应性很强，遇水(或湿气)反应很容易发生，形成交联产物；混凝土是一种多孔材料，内部含有一定的水分，以二异氰酸酯为芯材制备的微胶囊，当混凝土裂缝产生时，裂缝尖端扩展使囊壁破裂，二异氰酸酯很容易扩散进入微裂缝中，遇水后立即发生反应，形成膨胀性凝胶产物，使裂缝得到及时修复。
附图说明
图1为实施例1所述掺加二异氰酸酯微胶囊的水泥混凝土自修复前后裂缝变化图。
图2为实施例2所述掺加二异氰酸酯微胶囊的水泥混凝土自修复前后裂缝变化图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊，通过如下方法制备得到：
(1)按各原料所需的重量份数称取C9石油树脂33份、六亚甲基二异氰酸酯67份；
(2)将33份石油树脂加入带加热套的三口烧瓶中，加热至130～140℃，搅拌速度为300～500rpm，搅拌时间为30min；
(3)将67份六亚甲基二异氰酸酯加入到三口烧瓶中，保持温度为100～110℃，搅拌速度为300～500rpm，搅拌3h；
(4)将加热套去除，搅拌速度提升至1000～1200rpm，向三口烧瓶中加入300份全氟三丁胺溶液，使混合物温度迅速降低，得到石油树脂包覆二异氰酸酯微胶囊悬浮液；
(5)对悬浮液进行超声波分散处理，超声波频率为40kHz，处理时间为15min，然后进行过滤，分离出的微胶囊放入40℃烘箱中干燥24h，即制得水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊。
测试本实施例制备的微胶囊的平均粒径和壁厚，并对包覆率和囊芯/囊壁质量比进行测试计算，结果列于表1。表1结果显示，本实施例制备的微胶囊，平均粒径小、壁厚薄、包覆率和囊芯/囊壁质量比高。
表1实施例1制备的微胶囊
平均粒径(μm) 壁厚(nm) 包覆率(％) 囊芯/囊壁质量比
80 850 87.21 2.17
对掺加实施例1制备的水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊的水泥混凝土进行自修复实验：
1)自修复混凝土的制备成型与养护：将上述制备的微胶囊混合物加入到混凝土中(掺加量为水泥用量的10％)，制得自修复混凝土，将其倒入500mm×100mm×50mm的模具中，振捣抹平后，放置24小时后脱模，将试件移至养护室，养护至28天时取出，室温放置7天；
2)裂缝预制与自修复：利用三点弯曲试验方法(即将试件放在有一定距离的两个支撑点上，在两个支撑点中点上方向试件施加向下的载荷)，使试件表面产生微细裂缝，立即取下试件，测量初始裂缝宽度，室温放置24h，然后测试该裂缝的宽度。裂缝宽度的变化结果如图1所示，图1表明：掺加实施例1制备的水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊后，0.29mm的裂缝可以自修复。
实施例2
一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊，各原料的重量份数为：C9石油树脂42份、苯二亚甲基二异氰酸酯58份；制备方法同实施例1。
测试本实施例制备的微胶囊的平均粒径和壁厚，并对包覆率和囊芯/囊壁质量比进行测试计算，结果列于表2。表2结果显示，本实施例制备的微胶囊，平均粒径小、壁厚薄、包覆率和囊芯/囊壁质量比高。
表2实施例2制备的微胶囊
平均粒径(μm) 壁厚(nm) 包覆率(％) 囊芯/囊壁质量比
95 962 82.86 2.03
对掺加实施例2制备的水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊的水泥混凝土进行自修复实验：将上述制备的微胶囊加入到混凝土中(掺加量为水泥用量的8％)，制得自修复混凝土；自修复混凝土的制备成型与养护、裂缝预制与自修复方法同实施例1；裂缝宽度的变化结果如图2所示，图2表明：掺加实施例2制备的水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊修后，0.24mm的裂缝可以自修复。
实施例3
一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊，各原料的重量份数为：C9石油树脂45份、异佛尔酮二异氰酸酯55份；制备过程同实施例1。
测试本实施例制备所得微胶囊的平均粒径和壁厚，并对包覆率和囊芯/囊壁质量比进行测试计算，结果列于表3。表3结果显示，本实施例制备的微胶囊，平均粒径小、壁厚薄、包覆率和囊芯/囊壁质量比高。
表3实施例3制备的微胶囊
平均粒径(μm) 壁厚(nm) 包覆率(％) 囊芯/囊壁质量比
110 1110 79.16 1.94
实施例4
一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊，各原料的重量份数为：C9石油树脂66份、六亚甲基二异氰酸酯34份；制备方法同实施例1。
测试本实施例制备所得微胶囊的平均粒径和壁厚，并对包覆率和囊芯/囊壁质量比进行测试计算，结果列于表4。表4结果显示，本实施例制备的微胶囊，平均粒径小、壁厚薄、包覆率和囊芯/囊壁质量比高。
表4实施例4制备的微胶囊
平均粒径(μm) 壁厚(nm) 包覆率(％) 囊芯/囊壁质量比
150 1520 74.61 1.83
实施例5
一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊，各原料的重量份数为：C9石油树脂62份、六亚甲基二异氰酸酯38份；制备方法同实施例1。
测试本实施例制备所得微胶囊的平均粒径和壁厚，并对包覆率和囊芯/囊壁质量比进行测试计算，结果列于表5。表5结果显示，本实施例制备的微胶囊，平均粒径小、壁厚薄、包覆率和囊芯/囊壁质量比高。
表5实施例5制备的微胶囊
Figure BDA0001609853760000051
Figure BDA0001609853760000061
实施例6
一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊，各原料的重量份数为：C9石油树脂30份、六亚甲基二异氰酸酯70份；制备过程同实施例1。
实施例7
一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊，各原料的重量份数为：C9石油树脂70份、六亚甲基二异氰酸酯30份；制备过程同实施例1。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按各原料所需的重量份数称取石油树脂30~70份、二异氰酸酯 30~70份；所述石油树脂与二异氰酸酯的质量比为1:2；
（2）将石油树脂加热至130~140℃，以300~500 rpm转速搅拌15~30 min，加入二异氰酸酯，保持温度为100~110℃，继续搅拌2~4h；
（3）停止加热，搅拌速度提升至1000~1200 rpm，加入全氟三丁胺溶液，使混合物温度迅速降低，得到石油树脂包覆二异氰酸酯微胶囊的悬浮液；
（4）对悬浮液进行超声波分散处理，然后过滤分离出微胶囊，经烘干处理后，即得到水泥混凝土裂缝自修复二异氰酸酯微胶囊。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述超声波分散处理的工艺为：超声波频率40kHz，超声时间15min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述烘干处理的温度为40~50℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石油树脂为C9树脂。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯。
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