CN114507030A - 一种自控制滞后式混凝土修复胶囊 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自控制滞后式混凝土修复胶囊，包括壳体和位于壳体内的修复液，壳体包括套设的内壳和外壳，修复液被装于内壳内，其特征在于，壳体至少具有一个修复侧面，内壳位于修复侧面的中部有弹性材料段，内壳上还开设有修复液出口，修复液出口和设置在外壳内部的出液通道相连通，出液通道延伸至修复侧面处，在弹性材料段两侧位置的内壳外表面和外壳内表面之间设置有单向滑齿配合结构。本发明能够在混凝土裂缝合拢过程中再进行裂缝的修复，具有修复效果更好的优点，同时能够根据裂缝情况自动控制，无需额外动力，稳定性和可靠性好。

Description

一种自控制滞后式混凝土修复胶囊

技术领域

本发明涉及混凝土结构侵蚀修复研究技术领域，具体涉及一种自控制滞后式混凝土修复胶囊。

背景技术

混凝土是建筑工程中最常见的结构材料，混凝土结构的耐用性研究对其寿命预估具有非常重要的作用和意义。混凝土结构在使用过程中，容易因为硫酸盐侵蚀以及承受压强过大，以及承受冲击过大等原因导致产生裂缝，并导致混凝土结构强度的降低，危害到建筑物的安危。

应对混凝土裂缝，现有技术中存在一种采用在混凝土内添加修复胶囊的技术，其原理为当混凝土开裂时，内部的胶囊随同一起开裂，胶囊内的修复液就可以流出进入裂缝并产生凝固，进行修复。其中修复液可以是采用微生物菌液，例如CN202110400525.4公开的一种用于混凝土裂缝自修复的微生物微胶囊及其制备方法和自修复混凝土；以及CN201210580233.4公开的一种内置好氧型微生物的复合胶囊地下结构混凝土自修复系统等专利技术均为此类方式。修复液也可以采用化学试剂的方式，例如CN20，0810067312.9使用脲醛树脂类高分子微胶囊的自修复混凝土及其制造方法，以及CN201811175226.X一种聚苯乙烯微胶囊自修复混凝土结构及其制作方法等专利技术即为此类方式。

这种现有的微胶囊修复方式，以微生物胶囊为例，其具体过程为，微生物修复胶囊为胶囊结构或球形结构，在裂缝扩展至胶囊处时，胶囊的外壳破裂，其中的微生物液流出，在裂缝中有氧呼吸，与空气中的水和二氧化碳反应，使二氧化碳中的碳酸根离子变成碳酸钙沉淀填补裂缝。化学试剂胶囊原理与其类似。故这种常规的自修复混凝土，在裂缝产生后，胶囊中的微生物便填补裂缝，在裂缝中产生坚硬的碳酸钙（或其他成分连接物质）。故这样虽然能够实现修复，但修复物质会堵住缝隙，裂缝难以自然闭合，随着裂缝中填充物的增多，裂缝势必越来越大而难以恢复，故虽然裂缝实现了封堵，但是结构本身却发生了难以恢复的弯曲变形，有悖于结构的自恢复。尤其是对于一些在往复载荷作用下产生的裂缝，例如车行桥梁上，裂缝在载荷作用下产生，载荷消失后原本裂缝会自然闭合，但在修复胶囊作用下，导致裂缝张开后无法闭合，故最终修复效果较差。

为了解决上述问题，申请人考虑设计了一种依靠混凝土修复胶囊实现的混凝土修复方法，即在混凝土裂缝张开过程中控制修复液保持在混凝土修复胶囊内，在混凝土裂缝闭合过程中控制修复液流出对混凝土进行修复。这样，在裂缝张开时，控制其中的修复液不外漏，而当裂缝自然闭合时，才控制其中的修复液流出去。这样在裂缝自然闭合后再对混凝土产生的裂缝进行修复和填补，从而实现混凝土结构整体的自我修复，不会导致裂缝越修复越大的结果，混凝土修复后不会产生明显的变形，故整体修复效果更好。更加适合往复载荷造成的裂缝修复使用。

但该方法应该采用怎样的混凝土修复胶囊结构实现，才能具有能够根据裂缝情况自动控制，同时又无需额外动力，稳定性和可靠性好的特点，成为有待进一步考虑解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种裂缝修复效果好的自控制滞后式混凝土修复胶囊，使其具有能够根据裂缝情况自动控制，同时又无需额外动力，稳定性和可靠性好的效果。尤其适用于往复载荷造成的混凝土裂缝修复。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种自控制滞后式混凝土修复胶囊，包括壳体和位于壳体内的修复液，壳体包括套设的内壳和外壳，修复液被装于内壳内，其特征在于，壳体至少具有一个修复侧面，内壳位于修复侧面的中部位置设置有一段弹性材料段，内壳上位于非修复侧面的位置还开设有修复液出口，修复液出口和设置在外壳内部的出液通道相连通设置，出液通道延伸至修复侧面处，在弹性材料段两侧位置的内壳外表面和外壳内表面之间设置有单向滑齿配合结构，单向滑齿配合结构包括固定在内壳外表面的内滑齿以及固定在外壳内表面的外滑齿，外滑齿和内滑齿中的滑齿均具有一个垂直于修复侧面的垂直面和一个向外侧倾斜的斜向面。

这样，当裂缝扩展至外壳后，外壳断裂，露出出液通道，两侧的外壳随裂缝的裂开相互远离。此时，由于单向滑齿配合结构的存在，从而使得外壳和内壳之间形成相对滑动，裂缝张开时，外壳对内壳为滑动摩擦，滑齿打滑，作用力小。但是当裂缝闭合时，外壳上的外滑齿与内壳上的内滑齿咬合，从而推动压缩内壳，使得弹性材料段产生挤压，内壳中的修复液由修复液出口被挤进入出液通道中，从而由裂缝处流出，并对裂缝进行修复。这样，就实现了在裂缝张开过程中修复液不受力并保持在内壳中，而在裂缝合拢过程中，修复液才被挤出进行修复。故保证了裂缝是处于闭合状态再进行修复，裂缝不会被修复过程撑开得越大，具有了更好的修复效果。并使其尤其适合在往复载荷（例如车行桥梁）造成的混凝土结构裂缝情况下修复使用。

进一步地，修复液为微生物修复液。

这样混凝土修复胶囊为微生物修复胶囊，微生物胶囊使用时，是依靠微生物修复液流出，在裂缝中进行有氧呼吸，与空气中水和二氧化碳反应，使二氧化碳中的碳酸根离子变成碳酸钙沉淀填补裂缝，修复反应较快，修复效果较好。

进一步地，所述弹性材料段为内凹设置的弧形。

这样，在裂缝张开过程中，在单向滑齿摩擦力的作用下，内壳会随外壳一起产生少量的同向外扩，这样弹性材料向外张开，内壳内腔体积增大，更好地保持吸力，使得内壳中的修复液在此时保持在内壳内腔中。而当外壳谁裂缝合拢而收缩合拢时，可以更好地挤压内壳的弹性材料段向内凹，内壳内腔体积减小，更加利于此时修复液的挤出。

进一步地，在修复侧面中弹性材料段所占区域面积大于单向滑齿配合结构所占区域面积。

这样，保证大多数情况下，裂缝能够到达弹性材料段所占区域位置，能够更好地保证上述效果的产生。

进一步地，外壳强度低于内壳强度。

这样，更好地使得裂缝展开时，外壳能够跟随裂缝一起张开，而内壳自身不受裂缝扩张影响。

进一步地，外壳强度低于裂缝扩张强度。这样可以更好地使得外壳跟随裂缝裂开。

进一步地，外壳外表面为粗糙面。这样使得外壳可以更好地和混凝土结合并跟随裂缝一起开裂。

进一步地，壳体截面为椭圆形，所述修复侧面位于椭圆形的两个相对的长边侧上。

这样，裂缝生长通过混凝土修复胶囊时，两个修复侧面均可以发挥作用，使得修复液流出实现对裂缝的修复。

进一步地，所述修复液出口位于椭圆形的两个弧形端侧边上。可以更好地保证出液的稳定性。

进一步地，修复液出口有两个并设置于椭圆形的两个弧形端侧边上，所述出液通道整体呈绕壳体的椭圆环形。这样可以更好地保证出液的稳定性和及时性。

进一步地，壳体上还固定设置有磁性材料的导向块。

这样，是因为上述胶囊需要修复侧面正对裂缝生长方向设置，才能更好地发挥作用，如果使用时让其在混凝土内随机分布，则会导致一部分胶囊因为方向不对而无法产生更好地作用效果。故壳体上设置了磁性材料的导向块后，可以在浇筑施工过程中，在混凝土凝固前，对胶囊所在区域范围（胶囊通常在易产生裂缝位置的混凝土结构中添加使用）施加短时强磁场作用，引导胶囊壳体进行转向，使其修复侧面调整为面对裂缝生长方向一侧，更好地发挥作用。

故本发明还公布了一种混凝土修复胶囊施工安装调整方法，即在混凝土修复胶囊壳体上固定设置至少一个磁性材料的导向块，在混凝土施工时，在易产生裂缝位置的混凝土结构中添加该混凝土修复胶囊并均匀浇筑到混凝土内，在混凝土浇筑凝固前，采用外加电磁场对混凝土修复胶囊所在区域施加短时强磁场作用（最好是在浇筑过程中振捣时同步施加强电磁场作用，借助振捣的振动效果提高胶囊调动效果），施加时间可以为一秒或数秒左右，次数可施加一次或数次，磁场强度以能够调动混凝土修复胶囊转向为准（具体大小可通过实验获得），使得混凝土修复胶囊转向为特定侧面指向混凝土开裂方向（通常为特定侧面和混凝土外表面平行的方向）。这样，本混凝土修复胶囊施工安装调整方法用于普通混凝土修复胶囊时，可以将混凝土修复胶囊的一个外侧面或者两个相对的外侧面采用更容易破裂的材料设置，然后采用本方法调整方向使其面对裂缝生长方向，这样使得混凝土修复胶囊使用时能够更好地随裂缝一起开裂而发挥作用。当然该调整方法更好地是用于本申请中的自控制滞后式混凝土修复胶囊使用，使其能够控制安装方向，更好地发挥胶囊的作用。

进一步地，导向块为两块并固定在椭圆形的两个弧形端侧边上。

这样导向块可以更好地发挥导向作用，并不妨碍修复侧面的功能作用。

进一步地，导向块凸起于外壳外表面。这样，可以设置的足够大，以更好地发挥磁场导向作用。

进一步地，导向块内嵌于外壳设置。这样可以更好地保护导向块，避免被碰撞掉落而失去导向效果。

综上所述，本发明能够在混凝土裂缝合拢过程中再进行裂缝的修复，具有修复效果更好的优点，同时能够根据裂缝情况自动控制，无需额外动力，稳定性和可靠性好；特别适用于往复载荷造成的混凝土裂缝修复使用。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的自控制滞后式混凝土修复胶囊的结构示意图。图中内壳取消剖面线以更加清晰显示结构。

图2为图1中单独单向滑齿配合结构处放大的局部结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式：

一种自控制滞后式混凝土修复胶囊，参见图1-2，所述自控制滞后式混凝土修复胶囊，包括壳体和位于壳体内的修复液1，壳体包括套设的内壳2和外壳3，修复液1被装于内壳2内，壳体至少具有一个修复侧面，内壳位于修复侧面的中部位置设置有一段弹性材料段4，内壳上位于非修复侧面的位置还开设有修复液出口5，修复液出口5和设置在外壳内部的出液通道6相连通设置，出液通道6延伸至修复侧面处，在弹性材料段两侧位置的内壳外表面和外壳内表面之间设置有单向滑齿配合结构，单向滑齿配合结构包括固定在内壳外表面的内滑齿7以及固定在外壳内表面的外滑齿8，外滑齿8和内滑齿7中的滑齿均具有一个垂直于修复侧面的垂直面和一个向外侧倾斜的斜向面。

这样，当裂缝扩展至外壳后，外壳断裂，露出出液通道，两侧的外壳随裂缝的裂开相互远离。此时，由于单向滑齿配合结构的存在，从而使得外壳和内壳之间形成相对滑动，裂缝张开时，外壳对内壳为滑动摩擦，滑齿打滑，作用力小。但是当裂缝闭合时，外壳上的外滑齿与内壳上的内滑齿咬合，从而推动压缩内壳，使得弹性材料段产生挤压，内壳中的修复液由修复液出口被挤进入出液通道中，从而由裂缝处流出，并对裂缝进行修复。这样，就实现了在裂缝张开过程中修复液不受力并保持在内壳中，而在裂缝合拢过程中，修复液才被挤出进行修复。故保证了裂缝是处于闭合状态再进行修复，裂缝不会被修复过程撑开得越大，具有了更好的修复效果。并使其尤其适合在往复载荷（例如车行桥梁）造成的混凝土结构裂缝情况下修复使用。

其中，修复液为微生物修复液。

这样微生物胶囊使用时，是依靠微生物修复液流出，在裂缝中进行有氧呼吸，与空气中水和二氧化碳反应，使二氧化碳中的碳酸根离子变成碳酸钙沉淀填补裂缝，修复反应较快，修复效果较好。

本实施方式中，所述弹性材料段4为内凹设置的弧形。

这样，在裂缝张开过程中，在单向滑齿摩擦力的作用下，内壳会随外壳一起产生少量的同向外扩，这样弹性材料向外张开，内壳内腔体积增大，更好地保持吸力，使得内壳中的修复液在此时保持在内壳内腔中。而当外壳谁裂缝合拢而收缩合拢时，可以更好地挤压内壳的弹性材料段向内凹，内壳内腔体积减小，更加利于此时修复液的挤出。

其中，在修复侧面中弹性材料段4所占区域面积大于单向滑齿配合结构所占区域面积。

这样，保证大多数情况下，裂缝能够到达弹性材料段所占区域位置，能够更好地保证上述效果的产生。

其中，外壳3强度低于内壳2强度。

这样，更好地使得裂缝展开时，外壳能够跟随裂缝一起张开，而内壳自身不受裂缝扩张影响。

其中，外壳3强度低于裂缝9扩张强度。这样可以更好地使得外壳跟随裂缝裂开。

其中，外壳3外表面为粗糙面。这样使得外壳可以更好地和混凝土结合并跟随裂缝一起开裂。

其中，壳体截面为椭圆形，所述修复侧面位于椭圆形的两个相对的长边侧上。

这样，裂缝生长通过混凝土修复胶囊时，两个修复侧面均可以发挥作用，使得修复液流出实现对裂缝的修复。

其中，所述修复液出口5位于椭圆形的两个弧形端侧边上。可以更好地保证出液的稳定性。

其中，修复液出口5有两个并设置于椭圆形的两个弧形端侧边上，所述出液通道整体呈绕壳体的椭圆环形。这样可以更好地保证出液的稳定性和及时性。

其中，壳体上还固定设置有磁性材料的导向块10。

这样，是因为上述胶囊需要修复侧面正对裂缝生长方向设置，才能更好地发挥作用，如果使用时让其在混凝土内随机分布，则会导致一部分胶囊因为方向不对而无法产生更好地作用效果。故壳体上设置了磁性材料的导向块后，可以在浇筑施工过程中，在混凝土凝固前，对胶囊所在区域范围（胶囊通常在易产生裂缝位置的混凝土结构中添加使用）施加短时强磁场作用，引导胶囊壳体进行转向，使其修复侧面调整为面对裂缝生长方向一侧，更好地发挥作用。

故本发明还公布了一种混凝土修复胶囊施工安装调整方法，即在混凝土修复胶囊壳体上固定设置至少一个磁性材料的导向块，在混凝土施工时，在易产生裂缝位置的混凝土结构中添加该混凝土修复胶囊并均匀浇筑到混凝土内，在混凝土浇筑凝固前，采用外加电磁场对混凝土修复胶囊所在区域施加短时强磁场作用（最好是在浇筑过程中振捣时同步施加强电磁场作用，借助振捣的振动效果提高胶囊调动效果），施加时间可以为一秒或数秒左右，次数可施加一次或数次，磁场强度以能够调动混凝土修复胶囊转向为准（具体大小可通过实验获得），使得混凝土修复胶囊转向为特定侧面指向混凝土开裂方向（通常为特定侧面和混凝土外表面平行的方向）。这样，本混凝土修复胶囊施工安装调整方法用于普通混凝土修复胶囊时，可以将混凝土修复胶囊的一个外侧面或者两个相对的外侧面采用更容易破裂的材料设置，然后采用本方法调整方向使其面对裂缝生长方向，这样使得混凝土修复胶囊使用时能够更好地随裂缝一起开裂而发挥作用。当然该调整方法更好地是用于本申请中的自控制滞后式混凝土修复胶囊使用，使其能够控制安装方向，更好地发挥胶囊的作用。

其中，导向块10为两块并固定在椭圆形的两个弧形端侧边上。

这样导向块可以更好地发挥导向作用，并不妨碍修复侧面的功能作用。

其中，导向块10凸起于外壳外表面。这样，可以设置的足够大，以更好地发挥磁场导向作用。

另外的实施方式中，导向块内嵌于外壳设置。这样可以更好地保护导向块，避免被碰撞掉落而失去导向效果。

Claims (10)

1.一种自控制滞后式混凝土修复胶囊，包括壳体和位于壳体内的修复液，壳体包括套设的内壳和外壳，修复液被装于内壳内，其特征在于，壳体至少具有一个修复侧面，内壳位于修复侧面的中部位置设置有一段弹性材料段，内壳上位于非修复侧面的位置还开设有修复液出口，修复液出口和设置在外壳内部的出液通道相连通设置，出液通道延伸至修复侧面处，在弹性材料段两侧位置的内壳外表面和外壳内表面之间设置有单向滑齿配合结构，单向滑齿配合结构包括固定在内壳外表面的内滑齿以及固定在外壳内表面的外滑齿，外滑齿和内滑齿中的滑齿均具有一个垂直于修复侧面的垂直面和一个向外侧倾斜的斜向面。

2.如权利要求1所述的自控制滞后式混凝土修复胶囊，其特征在于，修复液为微生物修复液。

3.如权利要求1所述的自控制滞后式混凝土修复胶囊，其特征在于，所述弹性材料段为内凹设置的弧形。

4.如权利要求1所述的自控制滞后式混凝土修复胶囊，其特征在于，在修复侧面中弹性材料段所占区域面积大于单向滑齿配合结构所占区域面积。

5.如权利要求1所述的自控制滞后式混凝土修复胶囊，其特征在于，外壳强度低于内壳强度。

6.如权利要求1所述的自控制滞后式混凝土修复胶囊，其特征在于，外壳外表面为粗糙面。

7.如权利要求1所述的自控制滞后式混凝土修复胶囊，其特征在于，壳体截面为椭圆形，所述修复侧面位于椭圆形的两个相对的长边侧上。

8.如权利要求7所述的自控制滞后式混凝土修复胶囊，其特征在于，所述修复液出口位于椭圆形的两个弧形端侧边上。

9.如权利要求8所述的自控制滞后式混凝土修复胶囊，其特征在于，修复液出口有两个并设置于椭圆形的两个弧形端侧边上，所述出液通道整体呈绕壳体的椭圆环形。

10.如权利要求8所述的自控制滞后式混凝土修复胶囊，其特征在于，壳体上还固定设置有磁性材料的导向块；导向块为两块并固定在椭圆形的两个弧形端侧边上。

Images