CN111233366A - 一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备 - Google Patents

一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备方法，包括以下步骤：囊芯的制备、包衣液配制、喷雾包衣、干燥、破碎和现场浇灌。本发明制备的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件，采用聚乳酸、乙醇和丙酮制成包衣材料，由于聚乳酸具有良好的降解性能，故该材料相比于传统的材料环保性能更佳；在囊芯中加入六铝酸钙，主要作用是为了加强自修复时与混凝土的粘结性能和耐腐蚀性能；在囊芯中加入表面生长有硅酸钙纳米颗粒的改性氧化石墨烯，由于纳米硅酸钙能够在水泥水化过程中起到晶核作用，进而促进自修复材料水化产物硅酸钙的生成、生长，故有利于提升自修复材料的密度，从而进一步提升材料的耐腐蚀性能。

Description

一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备
技术领域
本发明涉及土木工程技术领域，尤其涉及一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备。
背景技术
混凝土具有抗拉性能远小于抗压性能的特点，在使用过程中不可避免会产生裂缝，这些裂缝为外界的有害物质提供了进入混凝土内部的通道，进而加速内部钢筋的锈蚀，降低混凝土结构的安全性和耐久性。对于混凝土裂缝，传统的方法是进行后期的人工修复，即采用结构加固法、灌浆法、填充法等方法进行后期的修复。传统的修补方法其实是一种被动的补救，等肉眼可见的较大宽度裂缝出现的时候，结构已经出现了一定程度的损伤，若裂缝发现或者修复不及时，可能会危害结构的安全性，加大了事故发生的可能性。更重要的一点是，传统裂缝修补手段成本十分高昂，耗费大量人力物力。目前新兴的混凝土自修复技术为解决混凝土裂缝问题提供全新的选择。通过在混凝土内部埋入装有修复剂的溶剂，裂缝生成时，容器破裂并使修复剂流出，修复剂与周边混凝土反应，进而使裂缝闭合。由于上述特性，自修复混凝土能在裂缝产生初期对其进行针对性抑制，大大提高结构的安全性与耐久性。
中国发明专利CN110510910A公开了一种囊壁易降解的混凝土细微观裂缝微胶囊自修复材料，该材料的自修复剂芯材包含：硅酸钠(沉淀结晶)、葡萄糖酸钠(络合-沉淀)、高吸附剂、钙离子补充剂、膨胀剂。中国发明专利CN109180044A公开了聚苯乙烯微胶囊自修复混凝土结构及其制作方法，该材料在混凝土构件内均匀掺入设置有聚苯乙烯修复微胶囊和PVA纤维，但是这些材料主要起到的均为填充作用，填充材料与混凝土本体之间的结合力非常弱，长期使用后，仍有开裂隐患，且并未考虑耐腐蚀效果，限制了材料的应用范围，故有必要研究一种与混凝土有良好结合力的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备。
本发明的技术方案如下：
一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，包括以下步骤：
A、囊芯的制备：将各原料按比例混合后，投入挤出滚圆机挤出成条状，条状材料倒入挤出滚圆机的滚筒中滚圆，然后进行干燥处理，制得囊芯；
B、包衣液配制：按配方混合并搅拌均匀，得到包衣液；
C、喷雾包衣：将囊芯放入喷雾包衣设备的滚筒中，在包衣模式下，用泵将包衣液通过设备的喷雾嘴喷到滚动的囊芯上；
D、干燥：在强制通风的条件下，在干燥设备的滚筒中干燥10-20min，然后自然降温、晾干；
E、破碎：将固体物质破碎成直径为5-6mm的片状颗粒，即为实际使用的内置微胶囊；
F、现场浇灌：将内置微胶囊按比例添加到混凝土中，搅拌均匀，进行现场浇灌，每次1/3量，进行振动，排气；直到浆体加满模具；养护后即可得到自修复钢筋混凝土构件。
优选的，所述的囊芯，包括以下成分：硅酸钠、氧化镁、改性氧化石墨烯、木质纤维素、六铝酸钙、葡萄糖酸钠、乳化剂和乙醇。
进一步优选的，所述的囊芯，由以下重量百分比的成分组成：硅酸钠15-22％、氧化镁8-12％、改性氧化石墨烯0.5-1％、木质纤维素3-6％、六铝酸钙1-2％、葡萄球酸钠2-3％、乳化剂6-10％和乙醇余量。
优选的，所述的改性氧化石墨烯为表面生长有硅酸钙纳米颗粒的改性氧化石墨烯。
优选的，所述的乳化剂为吐温80。
优选的，所述的包衣液的主要成分为聚乳酸、乙醇和丙酮。
进一步优选的，所述的包衣液中，所述的聚乳酸的重量份含量为25-40％。
进一步优选的，所述的包衣液中，乙醇和丙酮的质量比为1：(1-3)。
本发明的有益之处在于：
1、本发明制备的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件，采用聚乳酸、乙醇和丙酮制成包衣材料，由于聚乳酸具有良好的降解性能，故该材料相比于传统的材料环保性能更佳。
2、在囊芯中加入六铝酸钙，六铝酸钙具有以下主要性能：很好的耐火和阻燃性能；在含铁熔渣中的溶解度低；在还原气氛中的稳定性高；在碱性环境中的化学稳定性好；对熔融金属和熔渣的润湿性低。本发明中加入六铝酸钙的主要作用是为了加强自修复时与混凝土的粘结性能和耐腐蚀性能(由于六铝酸钙与混凝土的粘结力较强，故自修复时，自修复材料与混凝土的交接处以六铝酸钙为主，故显著增强了自修复材料的耐腐蚀性能)。
3、在囊芯中加入表面生长有硅酸钙纳米颗粒的改性氧化石墨烯，由于纳米硅酸钙能够在水泥水化过程中起到晶核作用，进而促进自修复材料水化产物硅酸钙的生成、生长，减少有害物氢氧化钙及针状物质的生成，故有利于提升自修复材料的密度，从而进一步提升材料的耐腐蚀性能。
具体实施方式
实施例1
一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，包括以下步骤：
A、囊芯的制备：将各原料按比例混合后，投入挤出滚圆机挤出成条状，条状材料倒入挤出滚圆机的滚筒中滚圆，然后进行干燥处理，制得囊芯；
B、包衣液配制：按配方混合并搅拌均匀，得到包衣液；
C、喷雾包衣：将囊芯放入喷雾包衣设备的滚筒中，在包衣模式下，用泵将包衣液通过设备的喷雾嘴喷到滚动的囊芯上；
D、干燥：在强制通风的条件下，在干燥设备的滚筒中干燥10-20min，然后自然降温、晾干；
E、破碎：将固体物质破碎成直径为5-6mm的片状颗粒，即为实际使用的内置微胶囊；
F、现场浇灌：将内置微胶囊按比例添加到混凝土中，搅拌均匀，进行现场浇灌，每次1/3量，进行振动，排气；直到浆体加满模具；养护后即可得到自修复钢筋混凝土构件。
所述的囊芯，由以下重量百分比的成分组成：硅酸钠15-22％、氧化镁8-12％、改性氧化石墨烯0.5-1％、木质纤维素3-6％、六铝酸钙1-2％、葡萄球酸钠2-3％、吐温806-10％和乙醇余量。
所述的改性氧化石墨烯为表面生长有硅酸钙纳米颗粒的改性氧化石墨烯。
所述的包衣液的主要成分为聚乳酸、乙醇和丙酮。
所述的包衣液中，所述的聚乳酸的重量份含量为25-40％。
所述的包衣液中，乙醇和丙酮的质量比为1：(1-3)。
实施例2
一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，包括以下步骤：
A、囊芯的制备：将各原料按比例混合后，投入挤出滚圆机挤出成条状，条状材料倒入挤出滚圆机的滚筒中滚圆，然后进行干燥处理，制得囊芯；
B、包衣液配制：按配方混合并搅拌均匀，得到包衣液；
C、喷雾包衣：将囊芯放入喷雾包衣设备的滚筒中，在包衣模式下，用泵将包衣液通过设备的喷雾嘴喷到滚动的囊芯上；
D、干燥：在强制通风的条件下，在干燥设备的滚筒中干燥10-20min，然后自然降温、晾干；
E、破碎：将固体物质破碎成直径为5-6mm的片状颗粒，即为实际使用的内置微胶囊；
F、现场浇灌：将内置微胶囊按比例添加到混凝土中，搅拌均匀，进行现场浇灌，每次1/3量，进行振动，排气；直到浆体加满模具；养护后即可得到自修复钢筋混凝土构件。
所述的囊芯，由以下重量百分比的成分组成：硅酸钠15-22％、氧化镁8-12％、改性氧化石墨烯0.5-1％、木质纤维素3-6％、六铝酸钙1-2％、葡萄球酸钠2-3％、吐温806-10％和乙醇余量。
所述的改性氧化石墨烯为表面生长有硅酸钙纳米颗粒的改性氧化石墨烯。
所述的包衣液的主要成分为聚乳酸、乙醇和丙酮。
所述的包衣液中，所述的聚乳酸的重量份含量为25-40％。
所述的包衣液中，乙醇和丙酮的质量比为1：(1-3)。
实施例3
一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，包括以下步骤：
A、囊芯的制备：将各原料按比例混合后，投入挤出滚圆机挤出成条状，条状材料倒入挤出滚圆机的滚筒中滚圆，然后进行干燥处理，制得囊芯；
B、包衣液配制：按配方混合并搅拌均匀，得到包衣液；
C、喷雾包衣：将囊芯放入喷雾包衣设备的滚筒中，在包衣模式下，用泵将包衣液通过设备的喷雾嘴喷到滚动的囊芯上；
D、干燥：在强制通风的条件下，在干燥设备的滚筒中干燥10-20min，然后自然降温、晾干；
E、破碎：将固体物质破碎成直径为5-6mm的片状颗粒，即为实际使用的内置微胶囊；
F、现场浇灌：将内置微胶囊按比例添加到混凝土中，搅拌均匀，进行现场浇灌，每次1/3量，进行振动，排气；直到浆体加满模具；养护后即可得到自修复钢筋混凝土构件。
所述的囊芯，由以下重量百分比的成分组成：硅酸钠15-22％、氧化镁8-12％、改性氧化石墨烯0.5-1％、木质纤维素3-6％、六铝酸钙1-2％、葡萄球酸钠2-3％、吐温806-10％和乙醇余量。
所述的改性氧化石墨烯为表面生长有硅酸钙纳米颗粒的改性氧化石墨烯。
所述的包衣液的主要成分为聚乳酸、乙醇和丙酮。
所述的包衣液中，所述的聚乳酸的重量份含量为25-40％。
所述的包衣液中，乙醇和丙酮的质量比为1：(1-3)。
对比例1
将实施例1中的改性氧化石墨烯替换为同等重量比例的未改性的氧化石墨烯和纳米硅酸钠，其余配比和制备方法不变。
经检测，本发明实施例1-3和对比例1的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件，在混凝土构件内部出现细微裂缝的情况下，混凝土构件内部会出现压力不均，从而产生内应力。在内应力作用下，混凝土构件内置的微胶囊会迅速破裂，填充细微裂缝，从而达到非常好的自修复效果。
以下对实施例1-3和对比例1的制备的自修复材料(仅检测自修复后的囊芯部分)进行耐腐蚀检测，得到如下检测数据。
(a)耐酸性测试方法：将样品浸入98％的浓硫酸中放置30天，测试样品质量损失率；
(b)耐碱性测试方法：将样品浸入2mol/L的氢氧化钠溶液中放置30天，测试样品质量损失率。
表1：实施例1-3和对比例1制备的尼龙扎带材料样品的耐酸碱测试结果；
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
耐酸性 ＜0.1％ ＜0.1％ ＜0.1％ 2.54％
耐碱性 ＜0.1％ ＜0.1％ ＜0.1％ 1.28％
由以上测试数据可以知道，本发明制备的自修复混凝土构件的耐酸碱性能非常好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，其特征在于，包括以下步骤：
A、囊芯的制备：将各原料按比例混合后，投入挤出滚圆机挤出成条状，条状材料倒入挤出滚圆机的滚筒中滚圆，然后进行干燥处理，制得囊芯；
B、包衣液配制：按配方混合并搅拌均匀，得到包衣液；
C、喷雾包衣：将囊芯放入喷雾包衣设备的滚筒中，在包衣模式下，用泵将包衣液通过设备的喷雾嘴喷到滚动的囊芯上；
D、干燥：在强制通风的条件下，在干燥设备的滚筒中干燥10-20min，然后自然降温、晾干；
E、破碎：将固体物质破碎成直径为5-6mm的片状颗粒，即为实际使用的内置微胶囊；
F、现场浇灌：将内置微胶囊按比例添加到混凝土中，搅拌均匀，进行现场浇灌，每次1/3量，进行振动，排气；直到浆体加满模具；养护后即可得到自修复钢筋混凝土构件。
2.如权利要求1所述的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，其特征在于，所述的囊芯，包括以下成分：硅酸钠、氧化镁、改性氧化石墨烯、木质纤维素、六铝酸钙、葡萄糖酸钠、乳化剂和乙醇。
3.如权利要求2所述的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，其特征在于，所述的囊芯，由以下重量百分比的成分组成：硅酸钠15-22％、氧化镁8-12％、改性氧化石墨烯0.5-1％、木质纤维素3-6％、六铝酸钙1-2％、葡萄球酸钠2-3％、乳化剂6-10％和乙醇余量。
4.如权利要求2或3所述的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，其特征在于，所述的改性氧化石墨烯为表面生长有硅酸钙纳米颗粒的改性氧化石墨烯。
5.如权利要求2所述的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，其特征在于，所述的乳化剂为吐温80。
6.如权利要求1所述的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，其特征在于，所述的包衣液的主要成分为聚乳酸、乙醇和丙酮。
7.如权利要求6所述的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，其特征在于，所述的包衣液中，所述的聚乳酸的重量份含量为25-40％。
8.如权利要求6所述的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，其特征在于，所述的包衣液中，乙醇和丙酮的质量比为1：(1-3)。
9.如权利要求6所述的耐腐蚀内置微胶囊的自修复钢筋混凝土构件的制备，其特征在于，包括以下步骤：
A、囊芯的制备：将各原料按比例混合后，投入挤出滚圆机挤出成条状，条状材料倒入挤出滚圆机的滚筒中滚圆，然后进行干燥处理，制得囊芯；
B、包衣液配制：按配方混合并搅拌均匀，得到包衣液；
C、喷雾包衣：将囊芯放入喷雾包衣设备的滚筒中，在包衣模式下，用泵将包衣液通过设备的喷雾嘴喷到滚动的囊芯上；
D、干燥：在强制通风的条件下，在干燥设备的滚筒中干燥10-20min，然后自然降温、晾干；
E、破碎：将固体物质破碎成直径为5-6mm的片状颗粒，即为实际使用的内置微胶囊；
F、现场浇灌：将内置微胶囊按比例添加到混凝土中，搅拌均匀，进行现场浇灌，每次1/3量，进行振动，排气；直到浆体加满模具；养护后即可得到自修复钢筋混凝土构件；
所述的囊芯，由以下重量百分比的成分组成：硅酸钠15-22％、氧化镁8-12％、改性氧化石墨烯0.5-1％、木质纤维素3-6％、六铝酸钙1-2％、葡萄球酸钠2-3％、吐温80 6-10％和乙醇余量；
所述的改性氧化石墨烯为表面生长有硅酸钙纳米颗粒的改性氧化石墨烯；
所述的包衣液的主要成分为聚乳酸、乙醇和丙酮；
所述的包衣液中，所述的聚乳酸的重量份含量为25-40％；
所述的包衣液中，乙醇和丙酮的质量比为1：(1-3)。
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