CN110156383B - 一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂及其制备方法，属于混凝土损伤修复领域。本发明由以下重量份的原材料组成：水泥200~400份、石膏10~20份、硅灰10~30份、结晶诱导剂1~10份、纳米材料分散剂0.2~3份；活化剂0.5~5份、碳化加速剂0.5~5份、钙离子补充剂1~10份、表面活性剂0.2~4份、水100~200份；所述结晶诱导剂由纳米二氧化硅和纳米碳酸钙复配而成。本发明加水拌和后具有良好的渗透结晶性能，能快速渗透到混凝土裂缝和空隙中并结晶，促进水泥的水化，生成水化硅酸钙凝胶，还能快速生成碳酸钙沉淀填充裂缝和空隙，提高受损混凝土的力学性能和抗渗性能，具有良好的修复裂缝功能。

Description

一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土损伤修复领域，特别涉及一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂及其制备方法。

背景技术

混凝土在过载和体积变化时很容易受损开裂。这些裂缝为氯离子、二氧化碳和硫酸根等侵蚀介质提供了通道，从而会加速钢的腐蚀和混凝土结构的失效，更严重的将会带来巨大的经济损失和严重的安全事故。因此，及时有效地修复混凝土裂缝变得越来越重要。

目前，建筑工程领域普通采用人工修复的方式进行补救，如修补砂浆、钢筋加工和新拌混凝土替换等方法。这种人工修复的方法需要大量的人力、物力和财力，而且对于很难及时发现的微小裂缝以及难以接近的地下和海工等混凝土结构几乎无效。开发一种预防和自愈合的混凝土裂缝修复剂将会使上述问题迎刃而解。

实际上混凝土具有自我修复的能力，因为未水化水泥的继续水化和氢氧化钙的碳酸化将会对裂缝修复发挥作用。而且，水中的杂质和基质的吸水膨胀也会使非常微小的裂缝趋于愈合。但是，这些作用比较弱，很难快速发挥效果。因此，为了获得更好的自愈效果，就需要将混凝土继续水化和碳酸化的能力加强。即，研究“如何提升混凝土继续水化和碳酸化的能力”意义重大。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂及其制备方法，为混凝土裂缝的修复提供了更好、更便捷的途径。

本发明的技术方案为：

一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，由以下重量份数的原材料组成：水泥 200~400份、石膏 10~20份、硅灰10~30份、结晶诱导剂1~10份、纳米材料分散剂0.2~3份；活化剂0.5~5份、碳化加速剂0.5~5份、钙离子补充剂1~10份、表面活性剂0.2~4份、水100~200份；所述结晶诱导剂由纳米二氧化硅和纳米碳酸钙复配而成；所述活化剂由草酸钠、硅酸钠、铝酸钠中的一种或多种组成；所述碳化加速剂为可溶性碳酸盐和/或碳酸氢盐。

作为优选方案，所述结晶诱导剂中纳米二氧化硅与纳米碳酸钙的质量比为1~3:1。

进一步地，所述结晶诱导剂中纳米二氧化硅与纳米碳酸钙的质量比为2:1。

作为优选方案，所述碳化加速剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或多种。

作为优选方案，所述钙离子补充剂为葡萄糖酸钙、硫酸钙、乳酸钙中的一种或多种。

作为优选方案，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚醚硅氧烷、聚丙烯酸钠中的一种或多种。

作为优选方案，所述石膏为天然二水石膏。

作为优选方案，所述硅灰中二氧化硅的含量大于95%。

作为优选方案，所述纳米材料分散剂为木质素磺酸盐。

所述混凝土裂缝微纳米结晶修复剂的制备方法，包括步骤：

1）将结晶诱导剂倒入拌和水中，并加入纳米材料分散剂，超声分散得到均匀的水溶胶；

2）将水泥、石膏、硅灰搅拌均匀，得到干粉混合物；

3）将步骤1）获得的水溶胶与步骤2）获得的干粉混合物混合并搅拌均匀；

4）将活化剂、碳化加速剂、钙离子补充剂、表面活性剂与步骤3）获得的混合物混合并搅拌均匀，得到混凝土裂缝微纳米结晶修复剂。

本发明的有益效果为：

1、本发明中的结晶诱导剂（纳米二氧化硅和纳米碳酸钙）能很好的发挥晶核效应和小尺寸效应，可以增强混凝土水化和碳酸化的能力；本发明加水拌和后具有良好的渗透结晶性能，能快速渗透到混凝土裂缝和空隙中并结晶，促进水泥的水化，生成水化硅酸钙凝胶，还能快速生成碳酸钙沉淀，填充裂缝和空隙，提高受损混凝土的力学性能和抗渗性能，具有良好的修复裂缝功能。

2、本发明能增强混凝土表层的抗侵蚀性能，提高抗渗性能和抗冻性能，改善结构的耐久性。

3、本发明能够有效修复混凝土裂缝，尤其是对于难以发现和修复的微裂缝；

4、本发明能提高混凝土结构的服役寿命，节省成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为微纳米结晶修复剂对裂缝开口的愈合情况（其中，a为空白对照，b涂刷本发明实施例2所得修复剂）；

附图2为微纳米结晶修复剂对混凝土表层微观结构的影响（其中，a为空白对照，c涂刷本发明实施例2所得修复剂）；

附图3为微纳米结晶修复剂对混凝土表层产物的影响（其中，a为空白对照，b涂刷本发明实施例2所得修复剂）。

具体实施方式

一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，由以下重量份数的原材料组成：水泥 200~400份、石膏 10~20份、硅灰10~30份、结晶诱导剂1~10份、纳米材料分散剂0.2~3份；活化剂0.5~5份、碳化加速剂0.5~5份、钙离子补充剂1~10份、表面活性剂0.2~4份、水100~200份；结晶诱导剂由纳米二氧化硅和纳米碳酸钙复配而成；活化剂由草酸钠、硅酸钠、铝酸钠中的一种或多种组成；碳化加速剂为可溶性碳酸盐和/或碳酸氢盐。

作为优选方案，结晶诱导剂中纳米二氧化硅与纳米碳酸钙的质量比为1~3:1。

作为优选方案，碳化加速剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或多种。

作为优选方案，钙离子补充剂为葡萄糖酸钙、硫酸钙、乳酸钙中的一种或多种。

作为优选方案，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚醚硅氧烷、聚丙烯酸钠中的一种或多种。

作为优选方案，石膏为天然二水石膏。

作为优选方案，硅灰中二氧化硅的含量大于95%。

作为优选方案，纳米材料分散剂为木质素磺酸盐。

混凝土裂缝微纳米结晶修复剂的制备方法，包括步骤：

1）将结晶诱导剂倒入拌和水中，并加入纳米材料分散剂，超声分散得到均匀的水溶胶；

2）将水泥、石膏、硅灰搅拌均匀，得到干粉混合物；

3）将步骤1）获得的水溶胶与步骤2）获得的干粉混合物混合并搅拌均匀；

4）将活化剂、碳化加速剂、钙离子补充剂、表面活性剂与步骤3）获得的混合物混合并搅拌均匀，得到混凝土裂缝微纳米结晶修复剂。

实施例1

一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，由以下重量份的原料配比组成：

水泥200份；

石膏10份；

硅灰10份；

结晶诱导剂1份；

纳米材料分散剂0.2份；

活化剂0.5份；

碳化加速剂0.5份；

钙离子补充剂1份；

表面活性剂0.2份；

水100份。

其中，结晶诱导剂为质量比3:1的纳米二氧化硅和纳米碳酸钙；活化剂由硅酸钠和铝酸钠按照1:1的质量比混合而成；碳化加速剂由碳酸钠和碳酸氢钠按照1:1的质量比混合而成；钙离子补充剂由质量比为1:1的葡萄糖酸钙和乳酸钙组成；表面活性剂为聚丙烯酸钠。

上述的混凝土裂缝微纳米结晶修复剂的制备方法，其具体制备步骤如下：

1）将结晶诱导剂分散在拌和水中，并加入木质素磺酸盐作为纳米材料分散剂，超声波分散8分钟，得到均匀的水溶胶；

2）将水泥、石膏、硅灰在搅拌锅中混匀，得干粉混合物；

3）将步骤1）中得到的水溶胶均匀的倒入搅拌锅，并继续搅拌30s，得到均匀的混合物；

4）将活化剂、碳化加速剂、钙离子补充剂和表面活性剂加入步骤3）得到的混合物中，继续搅拌60s，即可得到该混凝土裂缝微纳米结晶修复剂。

实施例2

一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，由以下重量份的原料配比组成：

水泥300份；

石膏15份；

硅灰20份；

结晶诱导剂5份；

纳米材料分散剂0.8份；

活化剂3份；

碳化加速剂3份；

钙离子补充剂5份；

表面活性剂2份；

水150份。

其中，结晶诱导剂为质量比2:1的纳米二氧化硅和纳米碳酸钙；活化剂由硅酸钠和铝酸钠按照2:1的质量比混合而成；碳化加速剂为碳酸钠；钙离子补充剂由质量比为1:1的葡萄糖酸钙和乳酸钙组成；表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

上述的混凝土裂缝微纳米结晶修复剂的制备方法，其具体制备步骤如下：

1）将结晶诱导剂分散在拌和水中，并加入木质素磺酸盐作为纳米材料分散剂，超声波分散8分钟，得到均匀的水溶胶；

2）将水泥、石膏、硅灰在搅拌锅中混匀，得干粉混合物；

3）将步骤1）中得到的水溶胶均匀的倒入搅拌锅，并继续搅拌30s，得到均匀的混合物；

4）将活化剂、碳化加速剂、钙离子补充剂和表面活性剂加入步骤3）得到的混合物中，继续搅拌60s，即可得到该混凝土裂缝微纳米结晶修复剂。

实施例3

一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，由以下重量份的原料配比组成：

水泥300份；

石膏20份；

硅灰10份；

结晶诱导剂10份；

纳米材料分散剂2份；

活化剂5份；

碳化加速剂5份；

钙离子补充剂5份；

表面活性剂4份；

水200份。

其中，结晶诱导剂为质量比1:1的纳米二氧化硅和纳米碳酸钙；活化剂由草酸钠和硅酸钠按照1:2的质量比混合而成；碳化加速剂为碳酸钠；钙离子补充剂为葡萄糖酸钙；表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。

上述的混凝土裂缝微纳米结晶修复剂的制备方法，其具体制备步骤如下：

1）将结晶诱导剂分散在拌和水中，并加入木质素磺酸盐作为纳米材料分散剂，超声波分散8分钟，得到均匀的水溶胶；

2）将水泥、石膏、硅灰在搅拌锅中混匀，得干粉混合物；

3）将步骤1）中得到的水溶胶均匀的倒入搅拌锅，并继续搅拌30s，得到均匀的混合物；

4）将活化剂、碳化加速剂、钙离子补充剂和表面活性剂加入步骤3）得到的混合物中，继续搅拌60s，即可得到该混凝土裂缝微纳米结晶修复剂。

实施例4

一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，由以下重量份的原料配比组成：

水泥400份；

石膏10份；

硅灰10份；

结晶诱导剂10份；

纳米材料分散剂2.5份；

活化剂5份；

碳化加速剂5份；

钙离子补充剂10份；

表面活性剂4份；

水200份。

其中，结晶诱导剂为质量比2:1的纳米二氧化硅和纳米碳酸钙；活化剂为硅酸钠；碳化加速剂为质量比为2:1的碳酸钾和碳酸氢钾；钙离子补充剂由质量比为1:1的葡萄糖酸钙和乳酸钙组成；表面活性剂为聚乙二醇。

上述的混凝土裂缝微纳米结晶修复剂的制备方法，其具体制备步骤如下：

1）将结晶诱导剂分散在拌和水中，并加入木质素磺酸盐作为纳米材料分散剂，超声波分散8分钟，得到均匀的水溶胶；

2）将水泥、石膏、硅灰在搅拌锅中混匀，得干粉混合物；

3）将步骤1）中得到的水溶胶均匀的倒入搅拌锅，并继续搅拌30s，得到均匀的混合物；

4）将活化剂、碳化加速剂、钙离子补充剂和表面活性剂加入步骤3）得到的混合物中，继续搅拌60s，即可得到该混凝土裂缝微纳米结晶修复剂。

应用试验：

将实施例2制备的修复剂涂刷至混凝土裂缝处，裂缝宽度0.15~0.35mm，并设置空白对照组。

由图1可知，涂刷本发明修复剂的混凝土得到了良好的修复，裂缝愈合，而空白对照组裂缝依然存在。说明本发明的混凝土裂缝微纳米修复剂对混凝土裂缝具有很好的修复作用。

由图2可知，涂刷本发明修复剂的混凝土表层微观结构更加致密，凝胶结成块状，孔隙率下降；而空白组的混凝土表层微观结构比较疏松，多颗粒状凝胶，孔隙率较高；说明涂刷本修复剂后发生了渗透结晶以及促进了水泥水化。

由图3可知，涂刷本发明修复剂的混凝土表层生成了更多的碳酸钙，同时消耗了氢氧化钙和C₃S矿物，说明本修复剂既能促进水泥水化，还加速了碳酸化反应，而碳酸钙结晶是裂缝修复的主要机制，因此，这些反应有利于裂缝的结晶修复。

Claims (9)

1.一种混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，其特征在于，由以下重量份数的原材料组成：水泥 200~400份、石膏 10~20份、硅灰10~30份、结晶诱导剂1~10份、纳米材料分散剂0.2~3份；活化剂0.5~5份、碳化加速剂0.5~5份、钙离子补充剂1~10份、表面活性剂0.2~4份、水100~200份；所述结晶诱导剂由纳米二氧化硅和纳米碳酸钙复配而成；所述活化剂由草酸钠、硅酸钠、铝酸钠中的一种或多种组成；所述碳化加速剂为可溶性碳酸盐和/或碳酸氢盐；所述结晶诱导剂中纳米二氧化硅与纳米碳酸钙的质量比为1~3:1。

2.如权利要求1所述混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，其特征在于：所述结晶诱导剂中纳米二氧化硅与纳米碳酸钙的质量比为2:1。

3.如权利要求1所述混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，其特征在于：所述碳化加速剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或多种。

4.如权利要求1所述混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，其特征在于：所述钙离子补充剂为葡萄糖酸钙、硫酸钙、乳酸钙中的一种或多种。

5.如权利要求1所述混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚醚硅氧烷、聚丙烯酸钠中的一种或多种。

6.如权利要求1、2、4、5任一项所述混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，其特征在于：所述石膏为天然二水石膏。

7.如权利要求1、2、4、5任一项所述混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，其特征在于：所述硅灰中二氧化硅的含量大于95%。

8.如权利要求1所述混凝土裂缝微纳米结晶修复剂，其特征在于：所述纳米材料分散剂为木质素磺酸盐。

9.如权利要求1所述混凝土裂缝微纳米结晶修复剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：

1）将结晶诱导剂倒入拌和水中，并加入纳米材料分散剂，超声分散得到均匀的水溶胶；

2）将水泥、石膏、硅灰搅拌均匀，得到干粉混合物；

3）将步骤1）获得的水溶胶与步骤2）获得的干粉混合物混合并搅拌均匀；

4）将活化剂、碳化加速剂、钙离子补充剂、表面活性剂与步骤3）获得的混合物混合并搅拌均匀，得到混凝土裂缝微纳米结晶修复剂。

Images