CN113880480A - 一种用于海工环境的自修复载体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于海工环境的自修复载体的制备方法，包括以下步骤：S1：将含氧化铝的火山灰材料、石灰按比例复配，装入糖衣机中，喷洒适量的酒精，制备球形颗粒；S2：将S1中的球形颗粒和水泥加入糖衣机，在旋转过程中均匀喷洒去离子水，球形颗粒表层包覆一层水泥，进行养护；S3：将S2中养护好的颗粒至于疏水乳液中，在颗粒表层包覆一层疏水乳液，即获得自修复载体。将上述自修复载体代替部分砂，应用于水泥中，裂缝开裂后，进入基体内的海水与自修复载体中的含活性氧化铝的火山灰材料、石灰反应形成钙矾石，填充、封闭裂缝，实现海水激发的水泥基材料裂缝自修复。

Description

一种用于海工环境的自修复载体及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于微生物学、材料学和土木工程多领域交叉的科学技术，具体涉及一种用于海 工环境的自修复载体及其制备方法和应用。
背景技术
水泥基材料是海洋工程或滨海工程所必须的最大宗的建筑材料之一。然而，相对较低的 抗拉强度使水泥基材料在内外因素的作用下不可避免地出现裂缝，海水中含有Cl-、SO4 2-和 Mg2+等离子侵入后与水泥水化产物发生反应，会对工程结构造成不同程度的侵蚀和破坏，致 使水泥基材料性能不断降低，严重影响建筑物的耐久性和服役寿命。因此，如何及时有效修 复水泥基材料裂缝，是保障海洋环境建筑工程长期安全运行亟需解决的难题之一。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够有效解决海洋中硫酸盐侵蚀问题的自修复载体； 本发明的第二个目的是提供上述自修复载体的制备方法及其在修复海工水泥基材料裂缝领域 的应用。
技术方案：本发明所述的一种用于海工环境的自修复载体的制备方法，包括以下步骤：
S1：将含氧化铝的火山灰材料、石灰按比例复配，装入糖衣机中，喷洒适量的酒精，制备球形颗粒；
S2：将S1中的球形颗粒和水泥加入糖衣机，在旋转过程中均匀喷洒去离子水，球形颗 粒表层包覆一层水泥，进行养护；
S3：将S2中养护好的颗粒至于疏水乳液中，在颗粒表层包覆一层疏水乳液，即获得自 修复载体。
进一步的，所述含氧化铝的火山灰材料为天然火山灰和/或粉煤灰。
进一步的，所述含氧化铝的火山灰材料和石灰的质量比为1∶1-3。
进一步的，S1中得到的所述球形颗粒粒径为2.0-3.0mm，S2中所述水泥的包覆厚度为 2.0-3.0mm。
进一步的，S3中所述疏水乳液由改性硅油类硅氧烷聚合物和水组成。
进一步的，所述改性硅油类硅氧烷聚合物与水的质量比为1∶5-10。
进一步的，S2中所述养护的条件为湿度90％-95％、温度20-23℃、时间7-14天。
进一步的，S1和S2中所述糖衣机转速为10-50r/min、喷液量为5-20ml/min。
一种上述制备方法制备得到的用于海工环境的自修复载体。
上述自修复载体在修复海工水泥基材料裂缝领域的应用。
进一步的，采用自修复载体代替部分砂，保持水灰比不变，制备φ100mm×100mm试件， 先将试件在常温养护24-48小时，再将试件在常温水环境养护28天，之后通过压力机人工制 造裂缝，将开裂试件置于含有5％硫酸盐水环境中，监测开裂试件裂缝修复效果。
进一步的，所述修复载体代替部分砂的替代率为1％-10％。
进一步的，所述的裂缝为贯穿裂缝、宽度为100-200μm。
有益效果：本发明所述的自修复载体用于水泥基材料裂缝修复，与传统修复的方法相比， 具有以下有益效果：(1)裂缝开裂后，进入基体内海水与含活性氧化铝的火山灰材料、石灰 反应形成钙矾石，填充、封闭裂缝，实现海水激发的水泥基材料裂缝自修复；(2)以海水中 硫酸根离子作为反应物，在钙矾石的形成过程中不断消耗硫酸根，避免硫酸盐对海工水泥基 材料的侵蚀，提高海工水泥基材料的耐久性和服役寿命；(3)在自修复载体表层包覆疏水乳 液，避免水分进入载体内部，确保在载体未破裂前不发生反应。
附图说明
图1为本发明试件中裂缝区产物的SEM、EDS图；
图2为实施例3试件中裂缝的修复率；
图3为为实施例1-3试件中裂缝的修复率。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。
实施例1
一种用于海工环境的自修复载体的制备方法，步骤如下：
S1：将粉煤灰、石灰按照质量比为1∶1复配，装入糖衣机中，喷洒适量的酒精，糖衣机 转速为10r/min、喷液量为5ml/min，制备粒径为2.0mm球形颗粒；
S2：将上述球形颗粒和水泥加入糖衣机，在旋转过程中均匀喷洒去离子水，球形颗粒表 层包覆一层厚度为2.0mm水泥，置于标准条件下养护，养护条件为湿度90％-95％、温度20-23℃、 时间7天；
S3：将养护好的颗粒至于疏水乳液中，疏水乳液由改性硅油类硅氧烷聚合物和水组成， 改性硅油类硅氧烷聚合物与水的比例为1∶5，在颗粒表层包覆一层疏水乳液，即获得自修复 载体。
应用测试：采用实施例1中制备的自修复载体代替2％砂，保持水灰比不变，制备φ100mm ×100mm试件，先将试件在常温养护24小时，再将试件在常温水环境养护28天，之后通过 压力机人工制造宽度为100μm的裂缝，将开裂试件置于含有5％硫酸盐水环境中，监测开裂 试件裂缝修复效果。
实施例2
一种用于海工环境的自修复载体的制备方法，步骤如下：
S1：将粉煤灰、石灰按照质量比为1∶3复配，装入糖衣机中，喷洒适量的酒精，糖衣机 转速为50r/min、喷液量为20ml/min，制备粒径为2.0mm球形颗粒；
S2：将上述球形颗粒和水泥加入糖衣机，在旋转过程中均匀喷洒去离子水，球形颗粒表 层包覆一层厚度为2.0mm水泥，置于标准条件下养护，养护条件为湿度90％-95％、温度20-23℃、 时间7天；
S3：将养护好的颗粒至于疏水乳液中，疏水乳液由改性硅油类硅氧烷聚合物和水组成， 改性硅油类硅氧烷聚合物与水的比例为1∶10，在颗粒表层包覆一层疏水乳液，即获得自修 复载体。
应用测试：采用实施例2制备的自修复载体代替8％砂，保持水灰比不变，制备φ100mm ×100mm试件，先将试件在常温养护24小时，再将试件在常温水环境养护28天，之后通过 压力机人工制造宽度为100μm的裂缝，将开裂试件置于含有5％硫酸盐水环境中，监测开裂 试件裂缝修复效果。
实施例3
一种用于海工环境的自修复载体的制备方法，步骤如下：
S1：将粉煤灰、石灰按照质量比为1∶2复配，装入糖衣机中，喷洒适量的酒精，糖衣机 转速为20r/min、喷液量为10ml/min，制备粒径为2.0mm球形颗粒；
S2：将上述球形颗粒和水泥加入糖衣机，在旋转过程中均匀喷洒去离子水，球形颗粒表 层包覆一层厚度为2.0mm水泥，置于标准条件下养护，养护条件为湿度90％-95％、温度20-23℃、 时间7天；
S3：将养护好的颗粒至于疏水乳液中，疏水乳液由改性硅油类硅氧烷聚合物和水组成， 改性硅油类硅氧烷聚合物与水的比例为1∶5，在颗粒表层包覆一层疏水乳液，即获得自修复 载体。
应用测试：采用实施例2制备的自修复载体代替5％砂，保持水灰比不变，制备φ100mm ×100mm试件，先将试件在常温养护24小时，再将试件在常温水环境养护28天，之后通过 压力机人工制造宽度为100μm的裂缝，将开裂试件置于含有5％硫酸盐水环境中，监测开裂 试件裂缝修复效果。
图1为制备的试件中裂缝区产物的SEM、EDS图，表明裂缝区形成了矿化产物的由C、O、Ca、Al、S元素组成。
图2为实施例3试件中裂缝的修复率，表面随着修复时间的延长，修复效果逐渐增强， 修复56天时修复率70％以上。
图3为实施例1-3试件中裂缝的修复率，表明修复56天时实施例中修复效果有所不同， 实施例2修复率最高，修复率接近80％。

Claims (10)

1.一种用于海工环境的自修复载体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将含氧化铝的火山灰材料、石灰按比例复配，装入糖衣机中，喷洒适量的酒精，制备球形颗粒；
S2：将S1中的球形颗粒和水泥加入糖衣机，在旋转过程中均匀喷洒去离子水，球形颗粒表层包覆一层水泥，进行养护；
S3：将S2中养护好的颗粒至于疏水乳液中，在颗粒表层包覆一层疏水乳液，即获得自修复载体。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氧化铝的火山灰材料为天然火山灰和/或粉煤灰。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含氧化铝的火山灰材料和石灰的质量比为1∶1-3。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中得到的所述球形颗粒粒径为2.0-3.0mm，S2中所述水泥的包覆厚度为2.0-3.0mm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3中所述疏水乳液由改性硅油类硅氧烷聚合物和水组成。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述改性硅油类硅氧烷聚合物与水的质量比为1∶5-10。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中所述养护的条件为湿度90％-95％、温度20-23℃、时间7-14天。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1和S2中所述糖衣机转速为10-50r/min、喷液量为5-20ml/min。
9.权利要求1-8所述制备方法制备得到的用于海工环境的自修复载体。
10.权利要求9所述自修复载体在修复海工水泥基材料裂缝领域的应用。
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