CN111320413A - 一种建筑物自修复材料 - Google Patents

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何卓文
张瀚
成书楼
何成欢
李远航
陶鑫波
骆浩
包顺
王芳
李洪亚
唐洪宇
谢晓康
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Abstract

本发明提供了一种建筑物自修复材料，该材料主要作用于大坝、隧道等建筑物，在修建时易受损部位添加该材料。自修复材料可以陶粒为载体，陶粒内部孔洞贯通，一部分陶粒填充树脂，另一部分填充硬化剂，按照一定比例均匀混合。当建筑物受损产生裂缝时，陶粒受拉裂开，内部填充物流出混合，形成固化物从而修复建筑裂缝。

Description

一种建筑物自修复材料
技术领域
本发明涉及一种建筑物自修复材料，主要适用于建筑物自动修复，大坝裂缝防护，陶粒工艺等领域。
背景技术
坝体工程是水电站的重要组成部分，其安全稳定对水力发电的利用有着重要影响。由于现代水利工程坝体结构多采用混凝土结构或土石坝结构，其在使用一段时间后长会出现坝体裂缝，坝体裂缝的出现严重影响了坝体的安全，给坝体的使用埋下了隐患。
在传统对裂缝修补的方案为环氧砂浆修补、灌浆封堵、混凝土置换法，但这些方法只能处理表层肉眼可见的裂缝，但对于大坝内部一些受荷载大、易产生裂缝的部位却难以修补，并且耗费人工和时间，后期维护成本高。因此设计一种能在局部受强荷载部位，产生裂缝时能自动修复裂缝的材料显得极为重要。
发明内容
本发明的目的是，针对现有对坝体裂缝修补过程中，修复效果不理想的缺陷，而提供一种建筑物自修复材料，该材料主要作用于大坝、隧道等建筑物，在修建时易受损部位添加该材料。自修复材料可以陶粒为载体，陶粒内部孔洞贯通，一部分陶粒填充树脂，另一部分填充硬化剂，按照一定比例均匀混合，当建筑物受损产生裂缝时，陶粒受拉裂开，内部填充物流出混合，形成固化物从而修复建筑裂缝。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种建筑物自修复材料，此自修复材料采用陶粒为载体，所述陶粒内部设置有孔洞，一部分陶粒内部填充树脂，另一部分陶粒内部填充硬化剂，并按照一定比例均匀混合；
将此自修复材料添加在建筑物易受损部位，当建筑物受损产生裂缝时，所述陶粒受拉裂开，其内部填充物流出混合，形成固化物从而修复建物筑裂缝。
所述陶粒替换成碳纤维管，所述碳纤维管承受大强度载荷，并在建筑物冲击裂开时破裂，使内部填充物质流出混合；为了使一根碳纤维管中含有树脂和硬化剂两种液体，需将两根含不同液体的纤维管通过强力胶粘连在一起，从而使两根含有不同液体的纤维管做成一根含有两种不同液体的纤维管。
所述树脂或硬化剂填充陶粒的工艺采用浸泡、搅拌、高压、真空负压形式。
所述浸泡法是将陶粒置入充满树脂或硬化剂的容器中一段时间后，将其取出，再用薄膜将表面封闭。
所述搅拌法是将树脂与陶粒浇筑到模具并固定在振动台上搅拌，搅拌频率为50-60Hz，振幅为0.5-5mm，震动时间为15-60min；再将试样置于25-40℃恒温条件下成型固化12-48小时，得到填充树脂的陶粒，再用薄膜将表面封闭。
所述高压法是通过外部压强使液态的树脂或硬化剂渗入陶粒中。
所述真空负压法是将陶粒置于密闭环境中，用抽吸机抽出空气，再将液态填充物注入该密闭环境中，使液态填充物自动渗入陶粒中。
所述陶粒有多种制作方式：
其一：内部相通、外部封闭模式，即内部存在未贯通的孔洞，通过将液态填充物遍布其中，提升陶粒强度；
其二：制作成内外相通存在贯通的孔洞的模式，外部通过薄膜封闭，防止液态填充物提前流出融合；
其三：陶粒中同时包含树脂和硬化剂，中间通过陶粒隔层分开，当大坝产生裂缝时陶粒破碎，内部的树脂和硬化剂混合形成固化物填充裂缝；其中所述树脂和硬化剂之间设置有分割层，所述分割层采用塑料片。
所述薄膜采用酚醛树脂覆膜，并采用低密度陶粒用质量分数为4％～5％的树脂覆膜；
在树脂覆膜制作过程中添加疏水剂，并保证反应性疏水剂用量在2.5％以上。
所述树脂采用双酚A型环氧树脂；所述硬化剂采用改性胺类硬化剂；
在混合时，所述树脂和硬化剂的比例为40：3；在制备时，同时加入树脂量15％-20％的二甲苯溶剂。
本发明有如下有益效果：
1、碳纤维管可承受一定的承载力，保证在施工过程不易被破坏。
2、通过浸泡、搅拌、高压、真空负压等形式从而对陶粒填充树脂或硬化剂。
3、制作陶粒内部贯通孔洞外部用薄膜封闭或内部无贯通孔洞，两种制作方式的陶粒以适应不同的施工环境。
4、陶粒内部设有分隔层，使陶粒内部同时含有树脂和硬化剂且能让这两种液体分隔开。
5、将两根含有树脂和硬化剂两种不同液体的纤维管通过强力胶粘连在一起，从而使两根含有不同液体的纤维管做成一根含有两种不同液体的纤维管。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为表面有薄膜封闭，内部孔洞贯通的陶粒截面示意图。
图2为表面有薄膜封闭，内部孔洞贯通且含隔层的陶粒截面示意图。
图3为单碳纤维管示意图。
图4双碳纤维管组合示意图。
图5为外部封闭，内部孔洞未贯通的陶粒截面图。
图6为外部封闭，内部孔洞未贯通且含隔层的陶粒截面图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-6，一种建筑物自修复材料，此自修复材料采用陶粒为载体，所述陶粒内部相通，一部分陶粒内部填充树脂，另一部分陶粒内部填充硬化剂，并按照一定比例均匀混合；将此自修复材料添加在建筑物易受损部位，当建筑物受损产生裂缝时，所述陶粒受拉裂开，其内部填充物流出混合，形成固化物从而修复建筑裂缝。其中上述的材料主要用于大坝、隧道等建筑物，进而起到了对建筑物受损部位自动修复加固的目的。
进一步的，所述陶粒替换成碳纤维管，所述碳纤维管承受大强度载荷，并在建筑物冲击裂开时破裂，使内部填充物质流出混合；为了使一根碳纤维管中含有树脂和硬化剂两种液体，需将两根含不同液体的纤维管通过强力胶粘连在一起，从而使两根含有不同液体的纤维管做成一根含有两种不同液体的纤维管。纤维管能承受较大强度荷载，在建筑物建造过程中不会轻易破损。同时在建筑物长期的受冲击裂开时破裂，使内部物质流出混合。陶粒设置在建筑物受力较大、易破损、产生裂缝的部位。
进一步的，所述树脂或硬化剂填充陶粒的工艺采用浸泡、搅拌、高压、真空负压形式。
进一步的，所述浸泡法是将陶粒置入充满树脂或硬化剂的容器中一段时间后，将其取出，再用薄膜1将表面封闭。
进一步的，所述搅拌法是将树脂与陶粒浇筑到模具并固定在振动台上搅拌，搅拌频率为50-60Hz，振幅为0.5-5mm，震动时间为15-60min；再将试样置于25-40℃恒温条件下成型固化12-48小时，得到填充树脂的陶粒，再用薄膜1将表面封闭。
进一步的，所述高压法是通过外部压强使液态的树脂或硬化剂渗入陶粒中。
进一步的，所述真空负压法是将陶粒置于密闭环境中，用抽吸机抽出空气，再将液态填充物注入该密闭环境中，使液态填充物自动渗入陶粒中。
进一步的，所述陶粒有多种制作方式：
其一：内部相通、外部封闭模式，即内部存在未贯通的孔洞2，通过将液态填充物遍布其中，提升陶粒强度；
其二：制作成内外相通存在贯通的孔洞2的模式，外部通过薄膜1封闭，防止液态填充物提前流出融合；
其三：陶粒中同时包含树脂和硬化剂，中间通过陶粒隔层分开，当大坝产生裂缝时陶粒破碎，内部的树脂和硬化剂混合形成固化物填充裂缝；其中所述树脂和硬化剂之间设置有分割层，所述分割层采用塑料片3。
进一步的，所述薄膜1采用酚醛树脂覆膜，并采用低密度陶粒用质量分数为4％～5％的树脂覆膜；其中树脂覆膜后，破碎率大幅度下降，69Mpa下的覆膜低密度陶粒破碎率仅为1.7％,同时低密度陶粒在树脂覆膜后酸溶解度大大降低，陶粒表面覆膜的酚醛树脂固化后，颗粒外表形成的坚韧树脂可以保护低密度陶粒不受酸的腐蚀。
进一步的，在树脂覆膜制作过程中添加疏水剂，并保证反应性疏水剂用量在2.5％以上。能大幅度提高覆膜陶粒的耐水性，降低破碎率。增强陶粒硬度的同时防止内部液态树脂的水分流出，以及防止降雨时水分渗透进入陶粒中。
进一步的，所述树脂采用双酚A型环氧树脂；所述硬化剂采用改性胺类硬化剂；该树脂胶结强度高，固化物收缩率低，密封性能好。改性胺类固化剂，在使用时不一定称量准确，操作方便，并且与环氧树脂反应快，能满足多方面需要。
进一步的，在混合时，所述树脂和硬化剂的比例为40：3；在制备时，同时加入树脂量15％-20％的二甲苯溶剂。降低环氧树脂的粘度，同时提高介电强度，能抑制钢筋混凝土腐蚀。
实施例2：
建筑物自修复材料的制作方法与步骤：
制作方案一：以陶粒为载体，内外相通即贯通，外部薄膜1包裹的自修复材料制作过程
Step1：将陶粒原材料混合形成球粒，在90-120℃下干燥20～40min，得到干燥球粒；
Step2：将球粒在300～400℃下预热20～40min，得到预热球粒；
Step3：将预热球粒在1100～1200℃下焙烧10～20min，得到陶粒；
Step4：将树脂或硬化剂填充分别填充陶粒，方式可以通过浸泡、搅拌、高压、真空负压等形式。所述浸泡法将陶粒置入充满树脂或硬化剂的容器中12小时后将其取出。所述搅拌法将树脂或硬化剂与陶粒浇筑到模具并固定在振动台上搅拌，搅拌频率为50-60Hz，振幅为0.5-5mm，震动时间为15-60min；再将试样置于25-40℃恒温条件下成型固化12-48小时，得到填充树脂或硬化剂的陶粒。所述高压法，通过外部压强使液态的树脂或硬化剂渗入陶粒中。所述真空负压法，将陶粒置于密闭环境中，用抽吸机抽出空气，再将液态填充物注入该密闭环境中，使液态填充物自动渗入陶粒中；
Step5：将活性炭和酚醛树脂混合，得到膜材料；
Step6：在偶联剂的作用下，采用所述膜材料对陶粒进行包裹，得到包裹混合料。所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或3-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷；
Step7：向所述包覆混合料中依次加入固化剂和润滑剂，完全固化后得到内部包含树脂或固化剂，外部为覆膜包裹的自修复陶粒。
Step8：若使同一陶粒中包含树脂和硬化剂两种液体需在陶粒中设置一层分隔层，分隔层为塑料片3，使树脂和硬化剂在陶粒中分隔开。对陶粒插入塑料片3后利用S4～S7的制作方法，使同一陶粒中一部分为树脂，另一部分为硬化剂。
制作方案二：以陶粒为载体，内部相通，外部封闭(内部孔洞2未贯通)的自修复材料制作过程
Step1：将陶粒原材料混合形成球粒，在90-120℃下干燥20～40min，得到干燥球粒；
Step2：将球粒在300～400℃下预热20～40min，得到预热球粒；
Step3：将预热球粒在1100～1200℃下焙烧10～20min，得到陶粒；
Step4：将树脂或硬化剂填充分别填充陶粒，方式可以通过浸泡、搅拌、高压、真空负压等形式。所述浸泡法将陶粒置入充满树脂或硬化剂的容器中12小时后将其取出。所述搅拌法将树脂或硬化剂与陶粒浇筑到模具并固定在振动台上搅拌，搅拌频率为50-60Hz，振幅为0.5-5mm，震动时间为15-60min；再将试样置于25-40℃恒温条件下成型固化12-48小时，得到填充树脂或硬化剂的陶粒。所述高压法，通过外部压强使液态的树脂或硬化剂渗入其中。所述真空负压法，将陶粒至于密闭环境中，用抽吸机抽出空气，再将液态填充物注入该密闭环境中，使液态填充物自动渗入陶粒中；
Step5：用陶泥土对含有树脂或硬化剂的陶粒表面进行封闭，形成内部相通外部封闭的陶粒。
Step6：若使同一陶粒中包含树脂和硬化剂两种液体需在陶粒中设置一层分隔层，分隔层为塑料片3，使树脂和硬化剂在陶粒中分隔开。对陶粒插入塑料片3后利用S4～S5的制作方法，使同一陶粒中一部分为树脂，另一部分为硬化剂。
制作方案三：以空心树脂基碳纤维管为载体的自修复材料制作过程
Step1：采用目前市面已有的空心树脂基碳纤维管，管的一端通过200℃高温加热融化后封闭。
Step2：通过微型注射器，将树脂或硬化剂分别通过纤维管的另一端灌入，纤维管端口为圆形，直径大约5～60μm。小直径对材料的力学性能影响较小，与大多数复合材料制造技术相兼容且自修复效果良好。
Step3：通过剪切装置对纤维管进行剪切，长度为5～60μm，剪切的同时通过局部加热至200℃使剪切端闭合，材料通过冷却5h后即成型。
Step4：若使一根碳纤维管中含有树脂和硬化剂两种液体，需将两根含不同液体的纤维管通过强力胶粘连在一起，从而使两根含有不同液体的纤维管做成一根含有两种不同液体的纤维管。
实施例3：
建筑物自修复材料的施工方案与步骤：
实施方案一：以陶粒或碳纤维管为自修复材料载体，树脂和硬化剂分开装填时，在建筑物中的应用
Step1：混凝土配比(kg/m3)如下：
材料名称 水 水泥 自修复陶粒/囊袋 外加剂
品种规格 清水 P.042.5 5-10mm Gleniumsky8860
单方用量 140 410 990 1.62
Step2：上述外加剂为聚羧酸系高性能减水剂，具体为由上海麦斯特建工高科技建筑化工有限公司生产的减水剂，型号为Glenium sky8860，该减水剂的减水率为16％～20％，3小时泌水率≤5％；所述混凝土28天的平均强度为20MPa，密度为1550kg/m3～1650kg/m3。
Step3：自修复陶粒或囊袋中，一部分填充树脂，一部分为硬化剂，以2:1的数量加入混凝土中，混合搅拌均匀。
Step4：将水泥，水，陶粒/囊袋按上述配比加入到混合搅拌器中，并以300rpm的转速进行搅拌，时间为45min左右。
Step5：加入上述外加剂到步骤3中的混合搅拌器，并继续以300rpm的转速搅拌10min，进而得到成品混凝土。
Step6：在上述配比的情况下，进行小批量生产，搅拌后混凝土表面呈现金属光泽为宜，具有一定的粘聚性。同时陶粒混凝土由于质量轻，弹性模量低，抗变形性能好，故具有较好的抗震性能。
实施方案二：以陶粒或碳纤维管为自修复材料，树脂和硬化剂装共同装填在陶粒或碳纤维管中时，在建筑物中的应用
Step1：混凝土配比(kg/m3)如下：
材料名称 水 水泥 自修复陶粒/囊袋 外加剂
品种规格 清水 P.042.5 5-10mm Gleniumsky8860
单方用量 140 410 990 1.62
Step2：上述外加剂为聚羧酸系高性能减水剂，具体为由上海麦斯特建工高科技建筑化工有限公司生产的减水剂，型号为Gleniumsky8860，该减水剂的减水率为16％～20％，3小时泌水率≤5％；所述混凝土28天的平均强度为20MPa，密度为1550kg/m^3～1650kg/m^3。
Step3：自修复陶粒或囊袋中，利用已有的陶粒或碳纤维管作载体，内部分隔，一部分填充树脂，另一部分填充硬化剂，填充量为2:1。全部加入混凝土中，混合搅拌均匀。
Step4：将水泥，水，陶粒/囊袋按上述配比加入到混合搅拌器中，并以300rpm的转速进行搅拌，时间为45min左右。
Step5：加入上述外加剂到步骤3中的混合搅拌器，并继续以300rpm的转速搅拌10min，进而得到成品混凝土。
Step6：在上述配比的情况下，进行小批量生产，搅拌后混凝土表面呈现金属光泽为宜，具有一定的粘聚性。同时陶粒混凝土由于质量轻，弹性模量低，抗变形性能好，故具有较好的抗震性能。且固化剂和树脂储存于同一陶粒或囊袋中，当其破碎时，两者之间能有更良好的接触，能加快裂缝的修复进程。

Claims (10)

1.一种建筑物自修复材料，其特征在于：此自修复材料采用陶粒为载体，所述陶粒内部设置孔洞（2），一部分陶粒内部填充树脂，另一部分陶粒内部填充硬化剂，并按照一定比例均匀混合；
将此自修复材料添加在建筑物易受损部位，当建筑物受损产生裂缝时，所述陶粒受拉裂开，其内部填充物流出混合，形成固化物从而修复建筑物裂缝。
2.根据权利要求1所述一种建筑物自修复材料，其特征在于：所述陶粒替换成碳纤维管，所述碳纤维管承受大强度载荷，并在建筑物冲击裂开时破裂，使内部填充物质流出混合；为了使一根碳纤维管中含有树脂和硬化剂两种液体，需将两根含不同液体的纤维管通过强力胶粘连在一起，从而使两根含有不同液体的纤维管做成一根含有两种不同液体的纤维管。
3.根据权利要求1所述一种建筑物自修复材料，其特征在于：所述树脂或硬化剂填充陶粒的工艺采用浸泡、搅拌、高压、真空负压形式。
4.根据权利要求3所述一种建筑物自修复材料，其特征在于：所述浸泡法是将陶粒置入充满树脂或硬化剂的容器中一段时间后，将其取出，再用薄膜（1）将表面封闭。
5.根据权利要求3所述一种建筑物自修复材料，其特征在于：所述搅拌法是将树脂与陶粒浇筑到模具并固定在振动台上搅拌，搅拌频率为50-60Hz，振幅为0.5-5mm，震动时间为15-60min；再将试样置于25-40℃恒温条件下成型固化12-48小时，得到填充树脂的陶粒，再用薄膜（1）将表面封闭。
6.根据权利要求3所述一种建筑物自修复材料，其特征在于：所述高压法是通过外部压强使液态的树脂或硬化剂渗入陶粒中。
7.根据权利要求3所述一种建筑物自修复材料，其特征在于：所述真空负压法是将陶粒置于密闭环境中，用抽吸机抽出空气，再将液态填充物注入该密闭环境中，使液态填充物自动渗入陶粒中。
8.根据权利要求1所述一种建筑物自修复材料，其特征在于：所述陶粒有多种制作方式：
其一：内部相通、外部封闭模式，即内部存在未贯通的孔洞（2），通过将液态填充物遍布其中，提升陶粒强度；
其二：制作成内外相通存在贯通的孔洞（2）的模式，外部通过薄膜（1）封闭，防止液态填充物提前流出融合；
其三：陶粒中同时包含树脂和硬化剂，中间通过陶粒隔层分开，当大坝产生裂缝时陶粒破碎，内部的树脂和硬化剂混合形成固化物填充裂缝；其中所述树脂和硬化剂之间设置有分割层，所述分割层采用塑料片（3）。
9.根据权利要求1所述一种建筑物自修复材料，其特征在于：所述薄膜（1）采用酚醛树脂覆膜，并采用低密度陶粒用质量分数为4%~5%的树脂覆膜；
在树脂覆膜制作过程中添加疏水剂，并保证反应性疏水剂用量在2.5%以上。
10.根据权利要求1所述一种建筑物自修复材料，其特征在于：所述树脂采用双酚A型环氧树脂；所述硬化剂采用改性胺类硬化剂；
在混合时，所述树脂和硬化剂的比例为40：3；在制备时，同时加入树脂量15%-20%的二甲苯溶剂。
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