CN108439868A - 一种自修复生态水泥道路材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料领域，提供了一种自修复生态水泥道路材料及制备方法，利用生物质相变材料作为自修复剂的载体，所述自修复剂是由钙盐和碳酸组成，所述生物质相变材料是由竹粉、木粉或玉米秸秆粉中的一种或多种与相变材料组成，将生物质材料磨成细粉添加到相变材料中，充分混合，制备成生物质相变材料，将碳酸吸附于多孔二氧化硅中，以生物质相变材料包覆得到胶囊；将钙盐用生物质相变材料包裹得到将囊；然后将上述步骤制得的两种微胶囊添加到水泥材料基体中。当道路产生破损时，相变材料在温度升高时发生溶解，其后Ca+与碳酸反应生成碳酸钙对道路进行修复。

Description

一种自修复生态水泥道路材料及制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种自修复生态水泥道路材料及制备方法。
背景技术
水泥混凝土是指由水泥、砂、石等用水混合结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料;与水(加或不加外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。水泥混凝土路面具有承载能力大、稳定性好、使用寿命长、日常养护费用少等优点，现广泛应用于飞机场跑道、高速公路、干线公路、城市道路、厂矿道路以及停车站场、隧道内路面和过水路面。水泥路面容易产生细微裂纹如不能及时修复，裂纹会扩大，造成路面损伤扩大。目前，水泥混凝土道路路面面层进行修复改造时，整体清除原有面层的工程量大，且造成大量建筑垃圾以及环境污染。在水泥混凝土路面的修复工程中，针对上述存在的问题，需要提出一种具有快速成形、节能环保以及能较大减少建筑垃圾的自修复水泥混凝土路材料。而现有技术下的自修复水泥道路材料的修复剂载体与水泥基材料相容性问题，以及体积较大的载体在其内部的修复剂流出后由载体自身所产生的孔洞造成基体缺陷，可能会影响水泥道路材料抗压、抗渗等力学性能。
公开号为CN101880146A，公开了一种水泥复合定形相变材料砂浆及其制备方法，属于建筑材料领域。包括以下物质：HLB值大于10非离子型表面活性剂改性的定形相变材料和改性水泥，其中定形相变材料是指高密度聚乙烯(HDPE)苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、膨胀石墨作包封支撑体的复合定形相变材料，改性定形相变材料在砂浆中的最大用量为570kg/m3，改性水泥包括聚合物胶凝材料和纤维增强材料，聚合物胶凝材料的用量按固含量占水泥重量的3～10％，纤维增强材料在砂浆中为0.7-1kg/m3，聚合物胶凝材料推荐采用丙烯酸酯共聚、苯乙烯-丙烯酸酯共聚、醋酸乙烯-丙烯酸酯共聚、有机硅-丙烯酸酯共聚乳液及其可再分散胶粉，醋酸乙烯-乙烯(VA/E)、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯-乙烯(VA/VV/E)、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯-乙烯-丙烯酸酯(VA/VV/E/AC)共聚乳液及其可再分散胶粉，聚乙烯醇乳液及其可再分散胶粉。纤维增强材料推荐采用丙纶纤维和维纶纤维，这些材料在市场均有销售，推荐采用纤维长度为9-21mm。在改性水泥中加入砂子，粉体填料，增稠剂、消泡剂等常规外加剂也是通行的调节砂浆性能的方法。
上述专利所采用的相变材料是一种石蜡类物质作为主贮热剂，高密度聚乙烯(HDPE)苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物(SBS)、膨胀石墨作包封支撑体的复合定形相变材料，表现为很高的憎水性，与水泥基材料相容性差。首先采用表面活性剂对相变材料进行处理，由憎水性转变为亲水性，大量定形相变材料的存在将降低复合材料的力学性能，如抗压强度、抗折强度、粘接强度等和抗裂性，通常可以采用聚合物改性水泥提高其强度性能。
上述专利的缺点在于：相变材料选用石蜡类作为原材料，提高了成本，使得其经济效益降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种自修复生态水泥道路材料及制备方法，用生物质相变材料作为自修复剂的载体，所述自修复剂是由钙盐和碳酸组成，所述生物质相变材料是由竹粉、木粉或玉米秸秆粉中的一种或多种与相变材料组成，选用材料均为成本低廉的农业产品材料。
本发明涉及的具体技术方案如下：
一种自修复生态水泥道路材料制备方法，包括以下步骤：
S01：将生物质材料磨成细粉添加到相变材料中，充分混合，制备成生物质相变材料；
S02：将钙盐和碳酸分别包裹生物质相变材料制成钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、碳酸生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:1:（10-50）混合均匀得到自修复生态水泥道路材料。
现有技术下的自修复水泥道路材料的修复剂载体与水泥基材料相容性问题，以及体积较大的载体在其内部的修复剂流出后由载体自身所产生的孔洞造成基体缺陷，可能会影响水泥道路材料抗压、抗渗等力学性能。为了解决这个问题，本发明将生物质材料磨成细粉添加到相变材料中作为囊壁，再将钙盐和碳酸分别包裹生物质相变材料制成微胶囊，添加到水泥材料基体中。当道路产生破损时，相变材料在温度升高时发生溶解，其后Ca+与碳酸反应生成碳酸钙对道路进行修复。且以生物质相变材料作为囊壁不仅不会影响混凝土的力学性能，还可以有效提高水泥道路材料的韧性。
所述步骤S02中制备钙盐生物质相变材料胶囊是通过将钙盐加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分得到；碳酸生物质相变材料胶囊是将碳酸吸附于气相二氧化硅，加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分得到。
进一步，为了最大量负载碳酸，采用过量的碳酸与气相二氧化硅混合，然后滤除多余的碳酸。
用生物质相变材料别对钙盐和碳酸进行包裹制成胶囊状，最终形成钙盐和碳酸的外层包裹生物质相变材料的钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊，也就是说本发明中使用生物质相变材料作为囊壁包裹钙盐和碳酸，从而将钙盐和碳酸分离开来，然后将钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊于水泥材料基体按1:1:（10-50）混合均匀得到自修复生态水泥道路材料，在制备得到的自修复生态水泥道路材料中主要成分为水泥材料基体，然后钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊均匀分布在水泥材料基体中，存储状态下的自修复生态水泥道路材料中钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊彼此分离互补接触或仅仅是外层的生物质相变材料囊壁接触，也就是说将钙盐与碳酸之间并不发生反应。当道路产生破损时，相变材料裸露在外与空气接触，在夏天，地表温度通常高于40℃，从而使得钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊因高温发生溶解，钙盐与碳酸反应生成碳酸钙，碳酸钙紧紧吸附在裂缝中，相当于人工手动填补裂缝，而未裂缝的部分，由于未于外界高温接触且混凝土的传热效果较低，因此道路内部结构并不会发生影响。
作为本发明的进一步改进，所述生物质材料是由竹粉、木粉或玉米秸秆粉中的一种或多种混合而成。如果选用竹粉或玉米秸秆粉应剔除竹节和玉米秸秆粉的节头，其原因在于这个部分的材料较硬，对制备得到的相变材料会有影响。
作为本发明的进一步改进，所述相变材料是指相变温度在50~60℃之间的相变材料，如硬脂酸等。该温度选择的目的是防止相变材料随时发生状态变化，而通常情况下路面温度一般不容易达到50~60℃，从而使得路面结构更加稳定。
作为本发明的进一步改进，所述生物质材料、相变材料的混合比例为1：（3-5）。
作为本发明的进一步改进，所述生物质材料磨成细粉的粒径为微米级。
作为本发明的进一步改进，所述钙盐选择磷酸氢钙。
本发明进一步提供由上述方法制备得到的自修复生态水泥道路材料。
与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：将生物质材料磨成细粉添加到相变材料中作为囊壁，再将钙盐和碳酸分别包裹生物质相变材料制成微胶囊，添加到水泥材料基体中。当道路产生破损时，相变材料在温度升高时发生溶解，其后Ca+与碳酸反应生成碳酸钙对道路进行修复。且以生物质相变材料作为囊壁不仅不会影响混凝土的力学性能，还可以有效提高水泥道路材料的韧性。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其步骤如下：
S01：将竹粉采用55℃的温度烘烤干燥脱水，然后磨成微米级细粉添加到温度在50℃的相变材料硬脂酸中，充分混合，竹粉、相变材料的混合比例为1：3，制备成生物质相变材料。
S02：将磷酸氢钙加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；将碳酸吸附于气相二氧化硅，加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；得到钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、碳酸生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:1:10混合均匀得到自修复生态水泥道路材料。
实验检验：将本实施例制备得到的自修复生态水泥道路材料在实验室内铺设成长1m、宽30cm、厚度10cm的道路基面，在常温条件下保存5天，施加外部应力使路面产生宽度为0.5cm的裂缝，然后使用50℃的高温烘烤，24小时候后检测裂缝宽度，裂缝宽度变为0.21cm，48小时后再次检测，裂缝宽度0.12cm，72小时后裂缝无明显缝隙。
实施例2
一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其步骤如下：
S01：将木粉采用55℃的温度烘烤干燥脱水，然后磨成微米级细粉添加到温度在55℃的相变材料中，充分混合，木粉、相变材料的混合比例为1：4，制备成生物质相变材料。
S02：将磷酸氢钙加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；将碳酸吸附于气相二氧化硅，加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；得到钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、碳酸生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:1:20混合均匀得到自修复生态水泥道路材料。
实验检验：将本实施例制备得到的自修复生态水泥道路材料在实验室内铺设成长1m、宽30cm、厚度10cm的道路基面，在常温条件下保存7天，施加外部应力使路面产生宽度为0.8cm的裂缝，然后使用55℃的高温烘烤，24小时候后检测裂缝宽度，裂缝宽度变为0.43cm，48小时后再次检测，裂缝宽度0.21cm，72小时后裂缝0.09cm。
实施例3
一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其步骤如下：
S01：将玉米秸秆粉采用55℃的温度烘烤干燥脱水，然后磨成微米级细粉添加到温度60℃的相变材料中，充分混合，玉米秸秆粉、相变材料的混合比例为1：4，制备成生物质相变材料。
S02：将磷酸氢钙加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；将碳酸吸附于气相二氧化硅，加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；得到钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、碳酸生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:1:30混合均匀得到自修复生态水泥道路材料。
实验检验：将本实施例制备得到的自修复生态水泥道路材料在实验室内铺设成长1m、宽30cm、厚度12cm的道路基面，在常温条件下保存5天，施加外部应力使路面产生宽度为1cm的裂缝，然后使用60℃的高温烘烤，24小时候后检测裂缝宽度，裂缝宽度变为0.49cm，48小时后再次检测，裂缝宽度0.22cm，72小时后裂缝0.11cm。
实施例4
一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其步骤如下：
S01：将由竹粉、木粉混合（随意比例混合）而成的生物质材料采用55℃的温度烘烤干燥脱水，然后磨成微米级细粉添加到温度在60℃的相变材料中，充分混合，生物质材料、相变材料的混合比例为1：5，制备成生物质相变材料。
S02：将磷酸氢钙加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；将碳酸吸附于气相二氧化硅，加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；得到钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、碳酸生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:1:40混合均匀得到自修复生态水泥道路材料。
实验检验：将本实施例制备得到的自修复生态水泥道路材料在实验室内铺设成长1m、宽30cm、厚度10cm的道路基面，在常温条件下保存5天，施加外部应力使路面产生宽度为0.3cm的裂缝，然后使用55℃的高温烘烤，24小时候后检测裂缝宽度，裂缝宽度变为0.09cm，48小时后再次检测，裂缝宽度0.01cm，72小时后裂缝无明显缝隙。
实施例5
一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其步骤如下：
S01：将竹粉和玉米秸秆粉混合而成的生物质材料采用55℃的温度烘烤干燥脱水，然后磨成微米级细粉添加到温度在55℃的相变材料中，充分混合，生物质材料、相变材料的混合比例为1：5，制备成生物质相变材料。
S02：将磷酸氢钙加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；将碳酸吸附于气相二氧化硅，加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；得到钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、碳酸生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:1:50混合均匀得到自修复生态水泥道路材料。
实验检验：将本实施例制备得到的自修复生态水泥道路材料在实验室内铺设成长1m、宽30cm、厚度12cm的道路基面，在常温条件下保存7天，施加外部应力使路面产生宽度为0.5cm的裂缝，然后使用55℃的高温烘烤，24小时候后检测裂缝宽度，裂缝宽度变为0.19cm，48小时后再次检测，裂缝宽度0.10cm，72小时后裂缝无明显缝隙。
实施例6
一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其步骤如下：
S01：将由木粉、玉米秸秆粉混合而成的生物质材料采用55℃的温度烘烤干燥脱水，然后磨成微米级细粉添加到温度在60℃的相变材料中，充分混合，生物质材料、相变材料的混合比例为1：5，制备成生物质相变材料。
S02：将磷酸氢钙加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；将碳酸吸附于气相二氧化硅，加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；得到钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、碳酸生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:1:30混合均匀得到自修复生态水泥道路材料。
实验检验：将本实施例制备得到的自修复生态水泥道路材料在实验室内铺设成长1m、宽30cm、厚度12cm的道路基面，在常温条件下保存5天，施加外部应力使路面产生宽度为0.8cm的裂缝，然后使用55℃的高温烘烤，24小时候后检测裂缝宽度，裂缝宽度变为0.35cm，48小时后再次检测，裂缝宽度0.11cm，72小时后裂缝无明显缝隙。
对比例1
一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其步骤如下：
S01：将竹粉、相变材料硬脂酸按比例为3：1：3的混合，制备成生物质相变材料。
S02：将磷酸氢钙加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；将碳酸吸附于气相二氧化硅，加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；得到钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、碳酸生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:1:10混合均匀得到自修复生态水泥道路材料。
实验检验：将本实施例制备得到的自修复生态水泥道路材料在实验室内铺设成长1m、宽30cm、厚度10cm的道路基面，在常温条件下保存5天，施加外部应力使路面产生宽度为0.5cm的裂缝，然后使用50℃的高温烘烤，24小时候后检测裂缝宽度，裂缝宽度变为0.33cm，48小时后再次检测，裂缝宽度0.22cm，72小时后裂缝0.10。
对比例2
一种自修复水泥道路材料制备方法，其步骤如下：
S01：将将木粉采用55℃的温度烘烤干燥脱水，然后磨成微米级细粉添加到温度在55℃的相变材料中，充分混合，木粉、相变材料的混合比例为1：4，制备成生物质相变材料。
S02：将磷酸氢钙加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分；得到钙盐生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:10混合均匀得到自修复水泥道路材料。
实验检验：将本实施例制备得到的自修复生态水泥道路材料在实验室内铺设成长1m、宽30cm、厚度10cm的道路基面，在常温条件下保存7天，施加外部应力使路面产生宽度为0.8cm的裂缝，然后使用55℃的高温烘烤，24小时候后检测裂缝宽度，裂缝宽度变为0.56cm，48小时后再次检测，裂缝宽度0.46cm，72小时后裂缝0.32cm。基本无修复功能。

Claims (8)

1.一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S01：将生物质材料磨成细粉添加到相变材料中，充分混合，制备成生物质相变材料；
S02：将钙盐和碳酸分别包裹生物质相变材料制成钙盐生物质相变材料胶囊和碳酸生物质相变材料胶囊；
S03：将钙盐生物质相变材料胶囊、碳酸生物质相变材料胶囊、水泥材料基体按1:1:（10-50）混合均匀得到自修复生态水泥道路材料。
2.根据权利要求1所述一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其特征在于：所述生物质材料是由竹粉、木粉或玉米秸秆粉中的一种或多种混合而成。
3.根据权利要求1所述一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其特征在于：所述相变材料是指相变温度在50~60℃之间的相变材料。
4.根据权利要求1所述一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其特征在于：所述生物质材料、相变材料的混合比例为1：（3-5）。
5.根据权利要求1所述一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其特征在于：所述生物质材料磨成细粉的粒径为微米级。
6.根据权利要求1所述一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其特征在于：所述步骤S02中制备钙盐生物质相变材料胶囊是通过将钙盐加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分得到；所述碳酸生物质相变材料胶囊是将碳酸吸附于气相二氧化硅，加入熔化的生物质相变材料，裹覆、过滤、筛分得到。
7.根据权利要求6所述一种自修复生态水泥道路材料制备方法，其特征在于：所述钙盐选择磷酸氢钙。
8.权利要求1～7任一项所述方法制备得到的自修复生态水泥道路材料。
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