CN113072330A - 微裂纹自修复用混凝土及其制备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自修复混凝土建筑材料技术领域，尤其涉及一种利用工业废渣进行微裂纹自修复的混凝土及其制备方法，其有以下重量份数的原料：混凝土100份，泥浆膨润土5‑8份，赤泥3‑6份，石灰石粉1‑4份。本发明可以解决现有胶囊的生产与分布不均无法完成混凝土微裂纹的自诊断和自修复的技术问题。

Description

微裂纹自修复用混凝土及其制备
技术领域
本发明属于自修复混凝土建筑材料技术领域，尤其涉及一种利用工业废渣进行微裂纹自修复的混凝土及其制备方法。
背景技术
现有的混凝土在长期使用与周围环境的影响下，不可避免的会产生微小开裂和局部损伤，轻者会减少结构的寿命，重者危及结构的安全。多年来，人们对原材料、配合比、外加剂、制造工艺、浇捣方法和养护工艺等发面进行了改进，但这些没有从根本上解决混凝土脆性的弱点。因此，对混凝土的微裂纹与损伤的及时有效的修复成为最重要的问题。由地震、风荷载、冲击波等其他原因造成的宏观裂纹，可以用肉眼发现并用手工方法修补。但是在现实中存在很多微小裂纹，比如基体微裂纹，这些微观范围内的损伤由于探伤技术的局限性有可能探测不到。因此，要想对这些探测不到的裂纹和损伤进行修复就非常的困难。但是如果这些裂纹与损伤不能及时的修复会影响混凝土的寿命甚至危及结构的安全，现在的自修复混凝土主要是在混凝土中添加纤维管或者微胶囊，这些添加修复材料有很大的局限性，不能很好的应用到实际生产中，例如：纤维管的数量影响材料的修复，太少不能形成完全修复，过多又可能对材料的其他宏观性能产生影响；纤维管或微胶囊的分布只有均匀分布才能更好的进行裂纹修复；同时纤维管与微胶囊的生产比较复杂，在混凝土中的添加工艺也比较麻烦，不能很好的应用到实际生产中，不能形成商业化生产。
发明内容
本发明采用的技术方案是：
一种利用工业废渣进行微裂纹自修复的混凝土，由以下重量份数的原料组成：混凝土100份，泥浆膨润土5-8份，赤泥3-6份，石灰石粉1-4份，环氧树脂3-8份，水20-30份。
进一步的，所述环氧树脂经过乳化和稀释处理，所述泥浆膨润土粒度为240目，白度不小于75。
进一步的，所述混凝土水灰比为0.4，水泥：砂：石子为1：1.5：2.8，减水剂为水泥重量的1％。
进一步的，所述赤泥为烧结法生产氧化铝中产生的工业废渣，其比表面积不小于800m2/kg。
进一步的，所述石灰石粉的比表面积不小于1400m2/kg。
一种利用工业废渣进行微裂纹自修复的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)环氧树脂乳化：选用616#环氧树脂，使用脂肪醇聚氧乙烯醚作为乳化剂，乳化剂重量为环氧树脂的5％，将乳化剂和环氧树脂加入到三口瓶中以800r/min的搅拌速度搅拌1h，得乳化过的环氧树脂A，再向乳化过的环氧树脂A中滴加蒸馏水，每20min添加500ml蒸馏水一次，添加两次，得到水包油形式的环氧树脂B；
(2)环氧树脂稀释：向环氧树脂B中添加冰醋酸，冰醋酸的用量为环氧树脂的15％，得到稀释的环氧树脂C；
(3)赤泥粉磨：将赤泥粉磨至比表面积不小于800m2/kg，在粉磨的同时加入石膏，石膏重量为赤泥重量的10％；
(4)混合：将环氧树脂C置于容器中，加入和环氧树脂C同样质量的水，用电动搅拌器以300r/min的搅拌速度搅拌2min，加入2-4份的泥浆膨润土和50份混凝土，继续以300r/min的搅拌速度搅拌2min，再加入剩下的泥浆膨润土和水泥，继续以30r/min的手动搅拌速度搅拌1min，加入固化剂，以30r/min的手动搅拌速度搅拌2min，成型即可。
进一步的，所述步骤(1)中616#环氧树脂为透明液体，无明显杂质，机械杂质环氧当量：160-200g/eq；环氧值：0.48-0.54eq/mg；粘度：6-10Pa.S/25℃。
进一步的，所述步骤(3)中石膏为β型半水石膏。
进一步的，所述步骤(4)中固化剂为已二胺，其密度在25℃为0.899g/mL，胺值为480±20mgkOH/g，环氧树脂与固化剂的重量比冬天时为3:1，夏天时为4:1。
本发明具有的优点是：
1、本发明的制备方法简单，所制成的自修复混凝土性能高效、持久，且提高了抗渗能力和抗压能力；
2、本发明所得自修复混凝土应用于混凝土裂痕，可防止其扩张，易主动、自动地对裂纹和损伤部位进行修复，恢复甚至提高混凝土材料的强度以达到延长混凝土使用寿命地目的；
3、可以长期有效的保护植入混凝土中的钢筋，保证钢筋混凝土结构的稳定性，延长其使用寿命，本发明使用的生产流程、工艺过程较为简单，与水泥产品混合使用，操作简单、方便，有利于工业化生产和推广应用；
4、本发明中的矿物和环氧树脂修复剂与水泥的相容性好，且低碱不会对混凝土造成碱集料反应；
5、采用工业废弃物赤泥、石灰石粉等为主要原料，不仅可以减缓水泥制造对石灰石原材料的过快消耗，而且可以变废为宝，逐步消除废弃物带来的种种环境污染问题。
具体实施方式
实施例1
一种利用工业废渣进行微裂纹自修复的混凝土，由以下重量份数的原料组成：混凝土100份，粒度为240目，白度不小于75的泥浆膨润土5份，赤泥3份，石灰石粉1份，经过乳化和稀释处理的环氧树脂3份，水20份；其中混凝土水灰比为0.4，水泥：砂：石子为1：1.5：2.8，减水剂为水泥重量的1％；赤泥为烧结法生产氧化铝中产生的工业废渣，其比表面积不小于800m2/kg；石灰石粉的比表面积不小于1400m2/kg。利用工业废渣进行微裂纹自修复的混凝土的制备方法，包括以下步骤：
(1)环氧树脂乳化：选用616#环氧树脂，616#环氧树脂为透明液体，无明显杂质，机械杂质环氧当量：160-200g/eq；环氧值：0.48-0.54eq/mg；粘度：6-10Pa.S/25℃，使用脂肪醇聚氧乙烯醚作为乳化剂，乳化剂重量为环氧树脂的5％，将乳化剂和环氧树脂加入到三口瓶中以800r/min的搅拌速度搅拌1h，得乳化过的环氧树脂A，再向乳化过的环氧树脂A中滴加蒸馏水，每20min添加500ml蒸馏水一次，添加两次，得到水包油形式的环氧树脂B；
(2)环氧树脂稀释：向环氧树脂B中添加冰醋酸，冰醋酸的用量为环氧树脂的15％，得到稀释的环氧树脂C；
(3)赤泥粉磨：将赤泥粉磨至比表面积不小于800m2/kg，在粉磨的同时加入β型半水石膏，石膏重量为赤泥重量的10％；
(4)混合：将环氧树脂C置于容器中，加入和环氧树脂C同样重量的水，用电动搅拌器以300r/min的搅拌速度搅拌2min，加入2-4份的泥浆膨润土和50份混凝土，继续以300r/min的搅拌速度搅拌2min，再加入剩下的泥浆膨润土和水泥，继续以30r/min的手动搅拌速度搅拌1min，加入固化剂，固化剂为已二胺，其密度在25℃为0.899g/mL，胺值为480±20mgKOH/g，环氧树脂与固化剂的重量比冬天时为3:1，夏天时为4:1，以30r/min的手动搅拌速度搅拌2min，成型即可，试件成型尺寸40mm*40mm*160mm。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于：一种利用工业废渣进行微裂纹自修复的混凝土，由以下重量份数的原料组成：混凝土100份，泥浆膨润土8份，赤泥6份，石灰石粉4份，环氧树脂8份，水30份。
实施例3
实施例3与实施例1的不同之处在于：一种利用工业废渣进行微裂纹自修复的混凝土，由以下重量份数的原料组成：混凝土100份，泥浆膨润土6份，赤泥5份，石灰石粉3份，环氧树脂5份，水24份。
自修复能力判断
每个实施例均成型12组试件，其中六组为空白试件，六组加入工业废渣和环氧树脂修复液，每组为两个，分别经预压和未预压处理，成型好的试件在养护室中养护7d，养护期间其中包括水养护3d，常温养护4d，养护好以后对试件进行抗折实验，观察修复能力，测其抗折强度，预压荷载为平均抗折强度值的70％，含有工业废渣的试件与空白试件使用同样方法处理；空白试验中未预压的试件与预压试件的强度对比可以得出水泥水化对强度的影响；含工业废渣的试件经养护以后，预压与未预压试件抗折强度的对比可以得出工业废渣对裂纹的修复作用；空白试件与试验试件对比可以排除水泥水化对强度的影响因素；其中，表1为实施例1中成型试件的数据，表2为实施例2中成型试件的数据，表3为实施例3中成型试件的数据，实验数据如下：
表1试件强度恢复率试验数据
Figure BDA0003007113950000051
Figure BDA0003007113950000061
试验数据显示空白试件强度恢复率为62.5％，含有工业废渣的强度恢复率为72.9％。试验结果分析：含有工业废渣的试件经过养护以后强度都有一定的恢复。养护前期(7d)，水泥水化不完全，试件经处理以后，在后期养护中水泥继续水化。由于在试件中加入了膨润土与赤泥，在后期养护中膨润土与赤泥参与水化反应。其中，二氧化硅可以与Ca(OH)2反应生成水性硅酸钙，膨润土与Ca(OH)2反应，发生离子交换，钙离子会置换膨润土中的钠离子，游离的钠离子会与一部分二氧化硅生成水玻璃，水玻璃有一定的粘结性，硅酸钙与水玻璃可以填补一些微裂纹，对强度的恢复有一定的作用。含有修复液的试件强度恢复率高于空白试件，其强度恢复除了水泥水化与矿物质的反应外，还有工业废渣的粘结作用。
表2试件强度恢复率试验数据
Figure BDA0003007113950000062
Figure BDA0003007113950000071
试验数据显示空白试件强度恢复率为66.4％，含有工业废渣的强度恢复率为71.7％。
表3试件强度恢复率试验数据
Figure BDA0003007113950000072
试验数据显示空白试件强度恢复率为64.1％，含有工业废渣的强度恢复率为69.7％
试验结果分析：加入工业废渣后试件强度有一定的提高。赤泥与石灰石粉提高了水泥水化强度，对裂纹的修复起积极作用。

Claims (10)

1.微裂纹自修复用混凝土材料，其包含以下重量份数的原料：混凝土100份、泥浆膨润土5-8份、赤泥3-6份、石灰石粉1-4份、任选的环氧树脂3-8份和任选的水20-30份；可选地，所述各原料单独隔离存贮或由其中二至多种预混合在一起。
2.如权利要求1所述的混凝土材料，其特征是，所述混凝土水灰比可为0.4，独立可选地，其中水泥：砂：石子为1：1.5：2.8，减水剂可为水泥重量的1％。
3.如权利要求1所述的混凝土材料，其特征是，所述原料还包括环氧树脂乳化剂、环氧树脂稀释剂、环氧树脂固化剂和/或石膏，可选地，所述泥浆膨润土粒度为240目，白度可不小于75。
4.如任一在先权利要求所述的混凝土材料，其特征是，所述环氧树脂为616#环氧树脂，可为透明液体，可无明显杂质，机械杂质环氧当量：160-200g/eq；环氧值可独立为0.48-0.54eq/mg；粘度可独立为6-10Pa.S/25℃。
5.如前一权利要求所述的混凝土材料，其特征是，所述环氧树脂固化剂为已二胺，其密度在25℃可为0.899g/mL，胺值可独立为480±20mgkOH/g，独立可选地，环氧树脂与固化剂的重量比为3:1或4:1。
6.如权利要求3所述的混凝土材料，其特征是，所述环氧树脂乳化剂为脂肪醇聚氧乙烯醚，重量可为环氧树脂的5％；独立可选地，所述环氧树脂稀释剂为醋酸，用量可为环氧树脂的15％；独立可选地，所述石膏重量为赤泥重量的10％。
7.如权利要求1所述的混凝土材料，其特征是，所述赤泥为烧结法生产氧化铝中产生的工业废渣。
8.如权利要求1所述的混凝土材料，其特征是，所述石灰石粉的比表面积不小于1400m2/kg。
9.制备任一在先权利要求所述混凝土材料的方法，包括以下步骤：
(1)环氧树脂乳化，比如制得水包油形式的环氧树脂B；
(2)环氧树脂稀释，比如：向环氧树脂B中添加冰醋酸，冰醋酸的用量为环氧树脂的15％，得到稀释的环氧树脂C；
(3)赤泥粉磨，比如：将赤泥粉磨，在粉磨的同时加入石膏，石膏重量为赤泥重量的10％，粉磨至物料的比表面积不小于800m2/kg；
(4)混合：将各原料混合搅拌成型。
10.如前一权利要求所述的方法，其特征是，环氧树脂乳化包括：环氧树脂乳化与乳化剂混合，得乳化过的环氧树脂A，再向乳化过的环氧树脂A中加水，得到水包油形式的环氧树脂B。
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