CN110105031A - 一种自修复灌浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自修复灌浆料及其制备方法，通过灌浆料粉与水混合制备得到，所述灌浆料粉包括以下质量百分比的原料组分：40％～50％的胶凝材料、5％～15％的微集料、40％～50％的细集料、0.01％～1％的外加剂以及1％～5％的自修复剂；所述制备方法，包括步骤1、制备硫铝酸盐熟料；步骤2、将各原材料按要求分别混合均匀；步骤3、选择配合的化学修复剂和催化剂；步骤4、按照质量百分比将原料组分混合均匀，制备得到灌浆料粉；步骤5、将灌浆料粉与水搅拌混匀制成自修复灌浆料。本发明的自修复灌浆料能够修复裂缝，制备步骤精简、操作方便且制备出的自修复灌浆料具有高强、高流动性和耐久性。

Description

一种自修复灌浆料及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种自修复灌浆料及其制备方法。

背景技术

预制混凝土构件在建筑业中的使用是一种新的发展趋势。当前预制混凝土构件的竖向连接方式主要包括套筒灌浆连接、浆锚连接和间接连接，其中以套筒灌浆连接为主。套筒灌浆连接的稳定性主要是由灌浆料性能决定的。目前市场上的灌浆料主要是水泥基灌浆料，水泥基灌浆料具有抗压强度高等特点。但是预制混凝土构件的外部长时间受力荷载以及预制混凝土构件的内部灌浆料受自身的微观特性以及环境的影响，极易造成灌浆料与钢筋连接节点部位出现裂缝、损伤或者灌浆料与钢筋连接节点部位的脱离，对此若不进行修补或者未能及时修补将会影响到装配式建筑结构的耐久性能和使用寿命，严重者甚至会影响整个装配式建筑结构的稳固性能。

综上所述，急需一种自修复灌浆料及其制备方法以解决现有技术中存在的灌浆料与钢筋连接节点部位出现裂缝、损伤或者灌浆料与钢筋连接节点部位的脱离问题，从而提高套筒灌浆料与钢筋连接节点的耐久性能、使用寿命和装配式建筑结构的稳固性能。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种自修复灌浆料，具体技术方案如下：

一种自修复灌浆料，通过灌浆料粉与水混合制备得到，所述灌浆料粉包括以下质量百分比的原料组分：40％～50％的胶凝材料、5％～15％的微集料、40％～50％的细集料、0.01％～1％的外加剂以及1％～5％的自修复剂。

优选的，所述自修复剂包括自修复胶囊、催化剂和氧化镁。

优选的，所述自修复胶囊包括用于修复裂缝的化学修复剂和用于包裹化学修复剂的胶囊外壳，所述胶囊外壳采用高分子膜材料制成，其中，高分子膜材料包括聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、尿素甲醛树脂和晶形蜡中的至少一种，所述化学修复剂在催化剂催化的情况下发生聚合反应。

优选的，所述化学修复剂包括环氧丙硅树脂、亚胺基二乙酸型螯合树脂、环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯中的至少一种，所述催化剂包括癸二酸二酰肼、正丁基缩水甘油醚和三丙二醇正丁醚中的至少一种。

优选的，所述化学修复剂包括钙离子络合物，所述催化剂包括乙二胺和盐酸氢铵中的至少一种。所述钙离子络合物为氯化钙/氢氧化钙中的钙离子与螯合剂氨基三乙酸/乙二胺四乙酸反应生成的产物。

优选的，所述胶凝材料包括以下质量百分比的组分：70％～90％硅酸盐水泥、5％～15％的硫铝酸盐熟料和5％～15％高活性矿物掺合料，所述高活性矿物掺合料包括超细粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉和硅灰，所述硅酸盐水泥的强度大于等于42.5MPa，所述硫铝酸盐熟料包括以下原料组分：碳酸钙、赤铁矿、高岭石、石膏、大理石和花岗岩。

优选的，所述微集料包括粒径为3～10μm的石粉、钢渣微粉、玻璃微珠和陶瓷微珠中的至少一种。

优选的，所述细集料包括粒径小于等于4.75mm的石英砂和金刚砂中的至少一种。

优选的，所述外加剂包括以下质量百分比的组分：5％～10％的稠度调节剂、40％～50％的减水剂、25％～35％的增效剂和5％～15％的消泡剂，所述稠度调节剂包括黄原胶、聚丙烯酰胺和纤维素醚，所述减水剂为粉状聚羧酸减水剂，所述增效剂包括三乙醇胺和乙醇胺，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

本发明的第二目的在于提供一种自修复灌浆料的制备方法，具体技术方案如下：

一种自修复灌浆料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备硫铝酸盐熟料，具体是按照质量比为碳酸钙：赤铁矿：高岭石：石膏＝3:2:3:1混匀并在1300℃～1350℃煅烧30～45min，煅烧后再加入质量百分比为5％～8％的大理石和5％～8％的花岗岩经粉磨制成硫铝酸盐熟料；

步骤2、将各原材料按要求分别混合均匀，制备得到所述自修复灌浆料中的胶凝材料组分、微集料组分、细集料组分和外加剂组分；

步骤3、选择配合的化学修复剂和催化剂，将化学修复剂与胶囊外壳通过分散聚合法制成胶囊后，再与催化剂和氧化镁混合均匀，制备得到所述自修复灌浆料中的自修复剂组分；

步骤4、按照质量百分比将胶凝材料组分、微集料组分、细集料组分、外加剂组分和自修复剂组分混合均匀，制备得到灌浆料粉；

步骤5、将灌浆料粉与水搅拌混匀制成所述自修复灌浆料，其中水与灌浆料粉的质量比为0.2～0.3:1。

应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

(1)本发明所述的自修复灌浆料适用于钢筋套筒灌浆连接，其中，所述自修复剂包括自修复胶囊、催化剂和氧化镁，在自修复灌浆料内部以及自修复灌浆料与钢筋/套筒间的接触面出现裂缝并当裂纹扩展至自修复胶囊处时，胶囊外壳因裂纹尖端的应力集中而破裂，微胶囊中填埋的化学修复剂便根据毛细管的虹吸原理沿着裂纹进行填充，当与之前混合在自修复灌浆料中的催化剂相遇后引发聚合反应，反应生成的产物与裂纹周围的自修复灌浆料重新形成很好的粘结以及对裂纹的填充，达到灌浆料中裂缝自修复的目的；氧化镁与水发生反应产生氢氧化镁，在该反应过程中生成的产物体积发生膨胀，通过体积膨胀增大灌浆料的竖向膨胀率，在刚性束缚下，便可有效抑制灌浆料在后期体积收缩时产生的裂缝，进而使使质量损失率降低。本发明所述的自修复灌浆料具有提高套筒灌浆料与钢筋连接节点的耐久性能、使用寿命和装配式建筑结构的稳固性能。

(2)本发明中所述胶凝材料包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐熟料和高活性矿物参合料。所述硅酸盐水泥作为自修复灌浆料的主要成分，与水混合后发生水化反应，生成水化产物包裹自修复灌浆料中其他物质并逐渐失去塑性，形成具有高强度的水泥石结构，起到将细集料和微集料粘结成一个整体的作用；所述硫铝酸盐熟料在自修复灌浆料中有提高自修复灌浆料早期强度的作用和起到膨胀源的作用，在自修复灌浆料中，加入具有膨胀性能的硫铝酸盐熟料，使自修复灌浆料具有微膨胀效应，自修复灌浆料在灌浆套筒内部硬化后随着时间的变化逐渐产生微小膨胀，在灌浆套筒刚性束缚下逐渐缩小灌浆料内部的缝隙；所述高活性矿物掺合料在水泥水化过程中，能够起到促进水化反应的作用，增强自修复灌浆料的早期强度，提高自修复灌浆料的流动性和粘聚性等性能，改善硅酸盐水泥因高水化热产生的微裂纹结构缺陷，此外，硫铝酸盐熟料的膨胀特性有助于缩小高水化热产生的微裂纹的宽度。

(3)本发明中所述的微集料和细集料在自修复灌浆料中主要起到固体填充颗粒的作用。所述微集料和细集料按照特定的质量百分比加入自修复灌浆料中能够形成紧密堆积的骨架，有助于减少自修复灌浆料内部质量缺陷以及降低孔隙率。此外，微集料和细集料形成紧密堆积的骨架还有利于保证自修复灌浆料的膨胀特性和自修复特性正常发挥。

(4)本发明中所述外加剂中的增效剂对胶凝材料中的硅酸盐水泥发生的水化反应具有促进作用，有利于提高自修复灌浆料的早期强度。

(5)本发明所述的自修复灌浆料的制备方法，步骤精简、操作方便且制备出的自修复灌浆料具有高强、高流动性和耐久性等特点。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照实施例，对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种自修复灌浆料，通过灌浆料粉与水混合制备得到，所述灌浆料粉以制备100kg自修复灌浆料计算，包括以下质量的原料组分：45kg的胶凝材料、10kg的微集料、40kg的细集料、0.05kg的外加剂以及4.95kg的自修复剂。

所述自修复剂包括1.5kg自修复胶囊、2kg催化剂和1.45kg氧化镁。

所述自修复胶囊包括用于修复裂缝的化学修复剂和用于包裹化学修复剂的胶囊外壳，所述胶囊外壳采用高分子膜材料制成，其中，高分子膜材料为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯，所述化学修复剂和催化剂发生聚合反应。

所述化学修复剂为环氧丙硅树脂，所述催化剂为癸二酸二酰肼。

所述胶凝材料包括以下质量组分：36kg硅酸盐水泥、4.5kg的硫铝酸盐熟料和4.5kg高活性矿物掺合料，所述高活性矿物掺合料包括质量为1.5kg的超细粉煤灰、1.5kg的粒化高炉矿渣微粉和1.5kg的硅灰，所述硅酸盐水泥的强度大于等于42.5MPa，所述硫铝酸盐熟料包括以下质量的原料组分：1.32kg碳酸钙、0.88kg赤铁矿、1.32kg高岭石、0.44kg石膏、0.27kg大理石和0.27kg花岗岩。

所述微集料包括粒径为3～10μm的石粉(优选花岗石石粉)和钢渣微粉，其中，花岗石石粉的质量为5kg，钢渣微粉的质量为5kg。

所述细集料包括粒径小于等于4.75mm的石英砂。

所述外加剂包括以下质量组分：0.005kg的稠度调节剂、0.0225kg的减水剂、0.015kg的增效剂和0.0075kg的消泡剂，所述稠度调节剂为黄原胶，所述减水剂为粉状聚羧酸减水剂，所述增效剂为三乙醇胺，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

一种自修复灌浆料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备硫铝酸盐熟料，具体是按照质量比为碳酸钙：赤铁矿：高岭石：石膏＝3:2:3:1混匀并在1320℃煅烧40min，煅烧后再加入质量为0.27kg的大理石和0.27kg的花岗岩经粉磨制成硫铝酸盐熟料；

步骤2、将各原材料按要求分别混合均匀，制备得到所述自修复灌浆料中的胶凝材料组分、微集料组分、细集料组分和外加剂组分；

步骤3、选择配合的化学修复剂和催化剂，将化学修复剂与聚甲基丙烯酸缩水甘油酯通过分散聚合法制成胶囊后，再与催化剂和氧化镁混合均匀，制备得到所述自修复灌浆料中的自修复剂组分；

步骤4、按照质量百分比将胶凝材料组分、微集料组分、细集料组分、外加剂组分和自修复剂组分混合均匀，制备得到灌浆料粉；

步骤5、将灌浆料粉与水采用搅拌机混合搅拌3～5min，搅拌混匀制成所述自修复灌浆料，其中水与灌浆料粉的质量比为0.25:1。

实施例2：

与实施例1不同的是所述自修复剂包括2.5kg自修复胶囊、2kg催化剂和0.45kg氧化镁。

实施例3：

与实施例1不同的是所述自修复剂包括1.5kg自修复胶囊、1.5kg催化剂和1.95kg氧化镁。

实施例4：

与实施例1不同的是所述化学修复剂为亚胺基二乙酸型螯合树脂，所述催化剂为正丁基缩水甘油醚。

实施例5：

与实施例1不同的是所述化学修复剂为钙离子络合物，所述催化剂为乙二胺。所述钙离子络合物为氯化钙中的钙离子与螯合剂氨基三乙酸生成的产物。

实施例6：

与实施例1不同的是所述化学修复剂为钙离子络合物，所述催化剂为盐酸氢铵。所述钙离子络合物为氢氧化钙中的钙离子与螯合剂乙二胺四乙酸反应生成的产物。

对比例1：

与实施例1不同的是自修复剂的加入量为零，其它条件不变。

对比例2：

与实施例1不同的是自修复剂中自修复胶囊的加入量为零，其它条件不变。

对比例3：

与实施例1不同的是自修复剂中催化剂的加入量为零，其它条件不变。

对比例4：

与实施例1不同的是自修复剂中氧化镁的加入量为零，其它条件不变。

由实施例1～6和对比例1～4制备的自修复灌浆料的通过试验测定各项性能参数，并与《水泥基灌浆材料》(JC/T986-2018)进行比较。对于本发明制备的自修复灌浆料在裂缝自修复性能方面，目前还没有独立的参考标准。故本发明选用灌浆料的耐久性能中抗冻性(50次冻融循环)的强度损失率和质量损失率作为自修复性能的评估指标，具体试验方法参考《JGJT193-2009混凝土耐久性检验评定标准》。本发明通过多次冻融循环产生的应力使灌浆料内部产生微裂缝，通过控制自修复灌浆料中的自修复剂为变量，将强度损失率和质量损失率作为检测自修复性能的参考依据，对自修复的效果进行分析，具体如下：强度损失率数值越小，表明自修复灌浆料在经历抗冻循环后内部缺陷(主要指自修复灌浆料内部产生的微裂纹)越少，表明自修复效果越好；质量损失率数值越小，表明自修复灌浆料在经历抗冻循环后产生的裂缝越小，表明自修复效果越好。

具体试验结果见表1。

表1实施例1～6和对比例1～6制备的自修复灌浆料性能测试结果

由表1数据分析知，

根据实施例1～6知，本发明制备的自修复灌浆料在流动度、抗压强度和竖向膨胀率方面均能满足《水泥基灌浆材料》(JC/T986-2018)规定的标准值，且在在耐久性(抗冻性)50次冻融循环实验后，实施例1～6制备的自修复灌浆料在强度损失率(0.3％～0.7％)和质量损失率(0.19％～0.39％)方面均较小。由实施例1与对比例1～4知，自修复剂加入量为零以及自修复剂中其它组分(自修复胶囊、催化剂和氧化镁)加入量为零，所制备的灌浆料在流动度和抗压强度性能方面均无明显影响，但在耐久性(抗冻性)50次冻融循环实验后可以看出，对比例1～4在强度损失率(1.1％～1.6％)和质量损失率(1.7％～2.2％)方面均明显增大，表明对比例1～4所制备的灌浆料存在的内部缺陷和裂缝增多，其中，对比例1和4所制备的灌浆料在竖向膨胀率方面只能维持《水泥基灌浆材料》(JC/T986-2018)规定的最低标准值，表明对比例1和4所制备的灌浆料因原料中缺少氧化镁而无法有效保证竖向膨胀率，继而也无法在刚性束缚下有效抑制裂缝的产生，最终造成灌浆料在强度损失率和质量损失率方面都增大。通过上述分析知，本发明中自修复剂的存在对裂缝具有很好的修复效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自修复灌浆料，其特征在于，通过灌浆料粉与水混合制备得到，所述灌浆料粉包括以下质量百分比的原料组分：40％～50％的胶凝材料、5％～15％的微集料、40％～50％的细集料、0.01％～1％的外加剂以及1％～5％的自修复剂。

2.根据权利要求1所述的自修复灌浆料，其特征在于，所述自修复剂包括自修复胶囊、催化剂和氧化镁。

3.根据权利要求2所述的自修复灌浆料，其特征在于，所述自修复胶囊包括用于修复裂缝的化学修复剂和用于包裹化学修复剂的胶囊外壳，所述化学修复剂和催化剂发生聚合反应。

4.根据权利要求3所述的自修复灌浆料，其特征在于，所述化学修复剂包括环氧丙硅树脂、亚胺基二乙酸型螯合树脂、环氧丙烯酸酯和聚氨酯丙烯酸酯中的至少一种，所述催化剂包括癸二酸二酰肼、正丁基缩水甘油醚和三丙二醇正丁醚中的至少一种。

5.根据权利要求3所述的自修复灌浆料，其特征在于，所述化学修复剂包括钙离子络合物，所述催化剂包括乙二胺和盐酸氢铵中的至少一种。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的自修复灌浆料，其特征在于，所述胶凝材料包括以下质量百分比的组分：70％～90％硅酸盐水泥、5％～15％的硫铝酸盐熟料和5％～15％高活性矿物掺合料，所述高活性矿物掺合料包括超细粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉和硅灰，所述硫铝酸盐熟料包括以下原料组分：碳酸钙、赤铁矿、高岭石、石膏、大理石和花岗岩。

7.根据权利要求6所述的自修复灌浆料，其特征在于，所述微集料包括粒径为3～10μm的石粉、钢渣微粉、玻璃微珠和陶瓷微珠中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的自修复灌浆料，其特征在于，所述细集料包括粒径小于等于4.75mm的石英砂和金刚砂中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的自修复灌浆料，其特征在于，所述外加剂包括以下质量百分比的组分：5％～10％的稠度调节剂、40％～50％的减水剂、25％～35％的增效剂和5％～15％的消泡剂，所述稠度调节剂包括黄原胶、聚丙烯酰胺和纤维素醚，所述减水剂为粉状聚羧酸减水剂，所述增效剂包括三乙醇胺和乙醇胺，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

10.一种如权利要求6～9任一项所述的自修复灌浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制备硫铝酸盐熟料，具体是按照质量比为碳酸钙：赤铁矿：高岭石：石膏＝3:2:3:1混匀并在1300℃～1350℃煅烧30～45min，煅烧后再加入质量百分比为5％～8％的大理石和5％～8％的花岗岩经粉磨制成硫铝酸盐熟料；

步骤2、将各原材料按要求分别混合均匀，制备得到所述自修复灌浆料中的胶凝材料组分、微集料组分、细集料组分和外加剂组分；

步骤3、选择配合的化学修复剂和催化剂，将化学修复剂与胶囊外壳通过分散聚合法制成胶囊后，再与催化剂和氧化镁混合均匀，制备得到所述自修复灌浆料中的自修复剂组分；

步骤4、按照质量百分比将胶凝材料组分、微集料组分、细集料组分、外加剂组分和自修复剂组分混合均匀，制备得到灌浆料粉；

步骤5、将灌浆料粉与水搅拌混匀制成所述自修复灌浆料，其中水与灌浆料粉的质量比为0.2～0.3:1。