CN110357519A

CN110357519A - 一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法

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Publication number: CN110357519A
Application number: CN201910505853.3A
Authority: CN
Inventors: 梁家杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2019-10-22

Abstract

本发明涉及一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，属于建筑材料制备技术领域。本发明以聚丙烯酸树脂和乙基纤维素为成膜物，将儿茶酚氧化酶通过喷雾法进行包覆形成包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊，接着再将富含蛋白质的琼脂和鸡毛混合粉碎后与富含微生物的河底淤泥密封发酵，得到发酵产物，然后将聚乙烯醇和混凝土原料混合，在高温条件和3,4‑二羟基苯甲酸进行反应，最后将反应产物和发酵产物以及包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊混合搅拌，最终制得抗裂自修复增强混凝土，本发明制得的抗裂自修复增强混凝土抗裂性能极佳，产生微裂缝后可以自行修复，力学性能强，具有广阔的应用前景。

Description

一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，属于建筑材料制备技术领域。

背景技术

众所周知，水泥混凝土开裂是水泥混凝主路面破坏的主要形式之一，同时也是其它水泥混凝土构筑物（如高速铁路桥梁梁板、墩身、无咋轨道板等）的主要开裂形式。混凝土在硬化过程将产生自收缩；在荷载作用下呈现弹性与非弹性的应变；暴露在环境温湿度中产生与失水有关的干燥收缩或冷却相关的热收缩（或称湿度收缩）；当收缩受约束将引起复杂应力导致其开裂，一定条件下，哪种收缩为主，取决于构件的尺寸、混凝土原材料特性及配合比等诸多因素。

随着人类社会的高度发展，现代建筑对混凝土材料提出了新的挑战，要求混凝土材料不仅要承重，还应具有声、光、电、磁、热等功能，以适应多功能和智能建筑的需要。修复混凝土是现在最广泛使用的建筑材料和结构材料，修复混凝土由于结构本身的组成成分及其承载力特点，其内部往往存在一些原始的微裂缝，在其服役期间，随着荷载的变化和时间的推移，其内部的裂纹会扩展成裂缝，甚至延展至表面导致混凝土材料开裂，在形成贯通裂缝后，混凝土容易遭受外界环境和各种有害因素的侵蚀和破坏，如钢筋锈蚀，碳化，氯离子侵蚀和硫酸盐侵蚀等，最终导致混凝土材料的开裂，破坏，不满足使用要求，严重影响混凝土材料的耐久性。

混凝土开裂是混凝土自身性能和外界环境影响的综合结果，归纳起来主要包括三类：结构设计不合理引起的裂缝，混凝土自身性能(力学、变形及热学性能)引起的裂缝，外部环境因素和约束条件引起的裂缝，三者既相互关联又相互影响。由自身引起的混凝土裂缝可分为“塑性裂缝”和“应力裂缝”两种。塑性裂缝由混凝土的塑性收缩引起，发生在混凝土的塑性阶段，属干缩裂缝。应力裂缝是在某一时刻因混凝土内部产生化学收缩、干燥收缩、降温收缩、碱骨料反应使混凝土内部产生的拉应力超过了当时混凝土的抗拉强度，产生裂缝。

因此急需开发研究一种混凝土裂缝的智能型修补技术：裂缝一旦产生，混凝土在不需要人为参与的情况下自发采取一定的措施来修补裂缝，达到防开裂的效果，最终增强混凝土的强度。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前传统的混凝土材料由于结构本身的组成成分及其承载力特点，其内部往往存在一些原始的微裂缝，在其服役期间，随着荷载的变化和时间的推移，其内部的裂纹会扩展成裂缝，使得混凝土力学性能下降，防渗性降低，而凝土裂缝的常规性修补方法主要着重于事后修补：人为观察到裂缝形成之后再采取一系列的补救措施来修复裂缝，由于这些事后修补技术耗费了大量的人力物力，而且有些部位的裂缝难以发现的问题，提供了一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将预混料和质量分数为30%的3，4-二羟基苯甲酸溶液混合后装入反应釜中，加热升温至70～80℃，搅拌反应1～2h，得到反应产物；

（2）待反应产物降温至35～40℃后，再向反应釜中加入包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊和发酵产物，继续搅拌混合10～15min后出料，即得抗裂自修复增强混凝土；

所述预混料的制备步骤为：

称取河砂、凹凸棒土、普通硅酸盐水泥和质量分数为20%的聚乙烯醇溶液放入混料机中搅拌混合15～20min，得到预混料；

所述包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备步骤为：

（1）称取聚丙烯酸树脂、乙基纤维素、聚乙二醇、滑石粉和邻苯二甲酸二乙酯以及质量分数为95%的乙醇溶液，放入搅拌器中，以200～300r/min的转速搅拌混合15～20min得到混合液；

（2）将混合液和儿茶酚氧化酶混合后装入流化床制粒干燥机中，在雾化压力为0.3～0.4MPa，进风温度为35～45℃，出风温度为20～30℃，风门为50～100%的条件下雾化造粒，出料得到包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊；

所述发酵产物的制备步骤为：

将琼脂和鸡毛放入粉碎机中粉碎1～2h，得到粉碎物，将粉碎物和河底淤泥以及去离子水混合后装入陶瓷罐中，密封罐口，在30～40℃下密封发酵5～7天，得到发酵产物。

所述抗裂自修复增强混凝土的具体制备步骤（1）中，预混料和质量分数为30%的3,4-二羟基苯甲酸溶液的质量比为8:1。

所述抗裂自修复增强混凝土的具体制备步骤（2）中，包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的加入量为反应产物质量的10%，发酵产物的加入量为反应产物质量的10%。

所述预混料的制备步骤中，按重量份数计，河砂为25～45份、凹凸棒土为15～20份、普通硅酸盐水泥为30～40份、质量分数为20%的聚乙烯醇溶液为70～80份。

所述包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备步骤（1）中，按重量份数计，聚丙烯酸树脂为20～30份、乙基纤维素为5～10份、聚乙二醇为1～2份、滑石粉为0.5～1.0份、邻苯二甲酸二乙酯为0.5～1.0份、质量分数为95%的乙醇溶液为50～60份。

所述包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备步骤（2）中，混合液和儿茶酚氧化酶的质量比为2:1。

所述发酵产物的制备步骤中，琼脂和鸡毛的质量比为1:3。

所述发酵产物的制备步骤中，粉碎物和河底淤泥以及去离子水的质量比为5:1:5。

本发明的有益效果是：

本发明以聚丙烯酸树脂和乙基纤维素为成膜物，将儿茶酚氧化酶通过喷雾法进行包覆形成包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊，接着再将富含蛋白质的琼脂和鸡毛混合粉碎后与富含微生物的河底淤泥密封发酵，得到发酵产物，然后将聚乙烯醇和混凝土原料混合，在高温条件和3,4-二羟基苯甲酸进行反应，最后将反应产物和发酵产物以及包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊混合搅拌，最终制得抗裂自修复增强混凝土，本发明首先制得酶制剂微胶囊备用，在通过微生物发酵降解蛋白质的原料，得到富含氨基酸成分的发酵产物，利用聚乙烯醇和混凝土原料混合，在高温条件和3,4-二羟基苯甲酸进行酯化反应，向混凝土原料中引入邻苯二酚功能基团，最后将发酵产物和酶制剂微胶囊混合得到混凝土，本发明混凝土在后期服役期间混凝土随着荷载的变化和时间的推移，其内部的裂纹扩展成裂缝，裂缝产生是会使微胶囊破裂，暴露出内部的儿茶酚氧化酶，此时混凝土中引入的邻苯二酚基团会在儿茶酚氧化酶的作用下发生氧化，部分酚羟基被氧化成邻苯醌，而邻苯醌可以和发酵产物中氨基酸上的氨基生成亚胺，或者两者之间发生迈克尔加成反应，形成共价键交联点，最终形成高分子网状聚合物，这张网状聚合物对裂缝起到了填补自修复的效果，这层聚合物网络和共价键一起作用，增加了修补后混凝土的强度，同时形成的这层聚合物网络本身防水性极佳，它的存在起到了物理性的阻隔作用，能够防止水分子入渗，也提高了混凝土的抗渗性能，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

按重量份数计，称取20～30份聚丙烯酸树脂、5～10份乙基纤维素、1～2份聚乙二醇、0.5～1.0份滑石粉和0.5～1.0份邻苯二甲酸二乙酯以及50～60份质量分数为95%的乙醇溶液，放入搅拌器中，以200～300r/min的转速搅拌混合15～20min得到混合液；将混合液和儿茶酚氧化酶按质量比为2:1混合后装入流化床制粒干燥机中，在雾化压力为0.3～0.4MPa，进风温度为35～45℃，出风温度为20～30℃，风门为50～100%的条件下雾化造粒，出料得到包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊，备用；按质量比为1:3将琼脂和鸡毛放入粉碎机中粉碎1～2h，得到粉碎物，将粉碎物和河底淤泥以及去离子水按质量比为5:1:5混合后装入陶瓷罐中，密封罐口，在30～40℃下密封发酵5～7天，得到发酵产物，备用；按重量份数计，称取25～45份河砂、15～20份凹凸棒土、30～40份普通硅酸盐水泥和70～80份质量分数为20%的聚乙烯醇溶液放入混料机中搅拌混合15～20min，得到预混料；按质量比为8:1将上述预混料和质量分数为30%的3,4-二羟基苯甲酸溶液混合后装入反应釜中，加热升温至70～80℃，搅拌反应1～2h，得到反应产物；待反应产物降温至35～40℃后，再向反应釜中加入反应产物质量10%的备用包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊和反应产物质量10%的发酵产物，继续搅拌混合10～15min后出料，即得抗裂自修复增强混凝土。

实例1

混合液的配制：

按重量份数计，称取20份聚丙烯酸树脂、5份乙基纤维素、1份聚乙二醇、0.5份滑石粉和0.5份邻苯二甲酸二乙酯以及50份质量分数为95%的乙醇溶液，放入搅拌器中，以200r/min的转速搅拌混合15min得到混合液；

包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备：

将混合液和儿茶酚氧化酶按质量比为2:1混合后装入流化床制粒干燥机中，在雾化压力为0.3MPa，进风温度为35℃，出风温度为20℃，风门为50%的条件下雾化造粒，出料得到包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊，备用；

发酵产物的制备：

按质量比为1:3将琼脂和鸡毛放入粉碎机中粉碎1h，得到粉碎物，将粉碎物和河底淤泥以及去离子水按质量比为5:1:5混合后装入陶瓷罐中，密封罐口，在30℃下密封发酵5天，得到发酵产物，备用；

预混料的制备：

按重量份数计，称取25份河砂、15份凹凸棒土、30份普通硅酸盐水泥和70份质量分数为20%的聚乙烯醇溶液放入混料机中搅拌混合15min，得到预混料；

反应产物的制备：

按质量比为8:1将上述预混料和质量分数为30%的3,4-二羟基苯甲酸溶液混合后装入反应釜中，加热升温至70℃，搅拌反应1h，得到反应产物；

抗裂自修复增强混凝土的制备：

待反应产物降温至35℃后，再向反应釜中加入反应产物质量10%的备用包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊和反应产物质量10%的发酵产物，继续搅拌混合10min后出料，即得抗裂自修复增强混凝土。

实例2

混合液的配制：

按重量份数计，称取22份聚丙烯酸树脂、7份乙基纤维素、1份聚乙二醇、0.7份滑石粉和0.7份邻苯二甲酸二乙酯以及52份质量分数为95%的乙醇溶液，放入搅拌器中，以220r/min的转速搅拌混合17min得到混合液；

包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备：

将混合液和儿茶酚氧化酶按质量比为2:1混合后装入流化床制粒干燥机中，在雾化压力为0.3MPa，进风温度为37℃，出风温度为22℃，风门为70%的条件下雾化造粒，出料得到包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊，备用；

发酵产物的制备：

按质量比为1:3将琼脂和鸡毛放入粉碎机中粉碎2h，得到粉碎物，将粉碎物和河底淤泥以及去离子水按质量比为5:1:5混合后装入陶瓷罐中，密封罐口，在32℃下密封发酵5天，得到发酵产物，备用；

预混料的制备：

按重量份数计，称取30份河砂、17份凹凸棒土、32份普通硅酸盐水泥和72份质量分数为20%的聚乙烯醇溶液放入混料机中搅拌混合17min，得到预混料；

反应产物的制备：

按质量比为8:1将上述预混料和质量分数为30%的3,4-二羟基苯甲酸溶液混合后装入反应釜中，加热升温至72℃，搅拌反应2h，得到反应产物；

抗裂自修复增强混凝土的制备：

待反应产物降温至37℃后，再向反应釜中加入反应产物质量10%的备用包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊和反应产物质量10%的发酵产物，继续搅拌混合12min后出料，即得抗裂自修复增强混凝土。

实例3

混合液的配制：

按重量份数计，称取28份聚丙烯酸树脂、7份乙基纤维素、1份聚乙二醇、0.7份滑石粉和0.7份邻苯二甲酸二乙酯以及52份质量分数为95%的乙醇溶液，放入搅拌器中，以280r/min的转速搅拌混合18min得到混合液；

包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备：

将混合液和儿茶酚氧化酶按质量比为2:1混合后装入流化床制粒干燥机中，在雾化压力为0.4MPa，进风温度为42℃，出风温度为28℃，风门为80%的条件下雾化造粒，出料得到包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊，备用；

发酵产物的制备：

按质量比为1:3将琼脂和鸡毛放入粉碎机中粉碎2h，得到粉碎物，将粉碎物和河底淤泥以及去离子水按质量比为5:1:5混合后装入陶瓷罐中，密封罐口，在38℃下密封发酵7天，得到发酵产物，备用；

预混料的制备：

按重量份数计，称取40份河砂、18份凹凸棒土、38份普通硅酸盐水泥和78份质量分数为20%的聚乙烯醇溶液放入混料机中搅拌混合18min，得到预混料；

反应产物的制备：

按质量比为8:1将上述预混料和质量分数为30%的3,4-二羟基苯甲酸溶液混合后装入反应釜中，加热升温至78℃，搅拌反应2h，得到反应产物；

抗裂自修复增强混凝土的制备：

待反应产物降温至38℃后，再向反应釜中加入反应产物质量10%的备用包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊和反应产物质量10%的发酵产物，继续搅拌混合14min后出料，即得抗裂自修复增强混凝土。

实例4

混合液的配制：

按重量份数计，称取30份聚丙烯酸树脂、10份乙基纤维素、2份聚乙二醇、1.0份滑石粉和1.0份邻苯二甲酸二乙酯以及60份质量分数为95%的乙醇溶液，放入搅拌器中，以300r/min的转速搅拌混合20min得到混合液；

包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备：

将混合液和儿茶酚氧化酶按质量比为2:1混合后装入流化床制粒干燥机中，在雾化压力为0.4MPa，进风温度为45℃，出风温度为30℃，风门为100%的条件下雾化造粒，出料得到包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊，备用；

发酵产物的制备：

按质量比为1:3将琼脂和鸡毛放入粉碎机中粉碎2h，得到粉碎物，将粉碎物和河底淤泥以及去离子水按质量比为5:1:5混合后装入陶瓷罐中，密封罐口，在40℃下密封发酵7天，得到发酵产物，备用；

预混料的制备：

按重量份数计，称取45份河砂、20份凹凸棒土、40份普通硅酸盐水泥和80份质量分数为20%的聚乙烯醇溶液放入混料机中搅拌混合20min，得到预混料；

反应产物的制备：

按质量比为8:1将上述预混料和质量分数为30%的3,4-二羟基苯甲酸溶液混合后装入反应釜中，加热升温至80℃，搅拌反应2h，得到反应产物；

抗裂自修复增强混凝土的制备：

待反应产物降温至40℃后，再向反应釜中加入反应产物质量10%的备用包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊和反应产物质量10%的发酵产物，继续搅拌混合15min后出料，即得抗裂自修复增强混凝土。

对照例

以普通的混凝土为对照例

对本发明制得的抗裂自修复增强混凝土和对照例中的混凝土进行性能检测，检测结果如表1所示；

测试方法：抗渗压力测试：按《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》GB/T50082的逐级加压法对同组试件进行抗渗性能的测定；

抗压强度测试：按GB/T 11837-2009 混凝土管用混凝土抗压强度试验方法进行抗压强度测定；

表1 性能检测结果

检测项目	实例1	实例2	实例3	对照例
					抗渗压力（MPa）	6.35	6.67	6.89	3.23
抗压强度（MPa）	38.5	39.5	39.9	30.1
					空隙率（%）	3	3	2	7

其中抗渗强度表示混凝土抗渗试验时一组6个试件中4个试件未出现渗水时不同的最大水压力，抗渗压力越大，说明抗渗效果越佳，混凝土内部缝隙越少。自修复效果越佳。

本发明制得的抗裂自修复增强混凝土抗裂性能极佳，产生微裂缝后可以自行修复，力学性能强，具有广阔的应用前景。

Claims

1.一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）将预混料和质量分数为30%的3,4-二羟基苯甲酸溶液混合后装入反应釜中，加热升温至70～80℃，搅拌反应1～2h，得到反应产物；

所述预混料的制备步骤为：

所述包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备步骤为：

所述发酵产物的制备步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，其特征在于：所述抗裂自修复增强混凝土的具体制备步骤（1）中，预混料和质量分数为30%的3，4-二羟基苯甲酸溶液的质量比为8:1。

3.根据权利要求1所述的一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，其特征在于：所述抗裂自修复增强混凝土的具体制备步骤（2）中，包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的加入量为反应产物质量的10%，发酵产物的加入量为反应产物质量的10%。

4.根据权利要求1所述的一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，其特征在于：所述预混料的制备步骤中，按重量份数计，河砂为25～45份、凹凸棒土为15～20份、普通硅酸盐水泥为30～40份、质量分数为20%的聚乙烯醇溶液为70～80份。

5.根据权利要求1所述的一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，其特征在于：所述包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备步骤（1）中，按重量份数计，聚丙烯酸树脂为20～30份、乙基纤维素为5～10份、聚乙二醇为1～2份、滑石粉为0.5～1.0份、邻苯二甲酸二乙酯为0.5～1.0份、质量分数为95%的乙醇溶液为50～60份。

6.根据权利要求1所述的一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，其特征在于：所述包覆型儿茶酚氧化酶微胶囊的制备步骤（2）中，混合液和儿茶酚氧化酶的质量比为2:1。

7.根据权利要求1所述的一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，其特征在于：所述发酵产物的制备步骤中，琼脂和鸡毛的质量比为1:3。

8.根据权利要求1所述的一种抗裂自修复增强混凝土的制备方法，其特征在于：所述发酵产物的制备步骤中，粉碎物和河底淤泥以及去离子水的质量比为5:1:5。