CN114718314A - 用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统及施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统及施工工艺，该磁性浆液胶囊系统包括修复胶囊，修复胶囊包括胶囊外壳，胶囊外壳内设有分隔片将胶囊外壳分隔为两个腔体，腔体内分别设置磁性浆液和固化剂。该系统和施工工艺运用在浇筑混凝土之前，产生裂纹时，可以自行发挥作用，修复混凝土裂缝，增强钢筋与混凝土之间的粘结力，无需大量人工，劳动强度低，方法简单。
Description
技术领域
本发明涉及裂缝修补技术，特别涉及一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统及施工工艺。
背景技术
混凝土裂缝是由于混凝土结构内外因素的作用而产生的物理结构变化，而裂缝是混凝土结构承载力、耐久性以及防水性降低的主要原因。当混凝土产生微裂缝时，水分和氧气的进入会使得其内部的钢筋发生锈蚀。裂缝对建筑结构安全的影响也越来越大，很大程度的缩小了建筑结构的使用寿命。目前，混凝土裂缝修复主要采用的是人工注浆修复的方法，这种方法修复的成本巨大，并且修复是短暂性的，随着时间的推移会产生二次开裂。自修复成为当前的研究热点，诸多研究者在积极的探索混凝土裂缝自修复的方法，已经研究出的微生物修复方法，但它存在的问题有：成本高，微生物的存活条件严苛。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统及施工工艺，运用在浇筑混凝土之前，产生裂纹时，可以自行发挥作用，修复混凝土裂缝，增强钢筋与混凝土之间的粘结力，无需大量人工，劳动强度低，方法简单。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，包括修复胶囊，修复胶囊包括胶囊外壳，胶囊外壳内设有分隔片将胶囊外壳分隔为两个腔体，腔体内分别设置磁性浆液和固化剂。
优选的方案中，所述胶囊外壳包括第一半壳和第二半壳，分隔片和第二半壳依次扣设在第一半壳的开口端。
优选的方案中，所述磁性浆液成分包括油性环氧树脂和磁性粉末，油性环氧树脂为3份，磁性粉末为1～2份，固化剂为1份。
优选的方案中，所述胶囊外壳包括内层壳和外层壳，内层壳材质为水溶性聚氨酯化合物，外层壳为可降解高分子化合物。
优选的方案中，所述固化剂为环氧树脂酚型固化剂。
优选的方案中，所述分隔片材质为高分子材料。
优选的方案中，包括压力传感器，压力传感器紧贴混凝土中的钢筋设置。
优选的方案中，包括应变片，应变片与静定传感器系统电性连接，静定传感器系统与计算机系统通讯，应变片粘贴在混凝土受力薄弱部位。
优选的方案中，在混凝土结构中薄弱部位的钢筋中设置磁铁或在混凝土结构中薄弱部位的钢筋表面镀刷一层磁性材料。
本发明还提供一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统的施工工艺，包括如下步骤：
Step1：确定混凝土结构最易产生裂缝的位置：运用计算机软件，建模分析混凝土构件的受力，确定混凝土构件易产生裂缝的位置，或根据施工经验确认混凝土构件易产生裂缝的位置，从而确定修复胶囊的布置范围；
Step2：混凝土钢筋布置：混凝土结构在布置钢筋时，在需要放置修复胶囊的位置设置磁铁，磁铁固定在钢筋上或者在钢筋表面镀刷一层磁性材料；
Step3：设置压力传感器：建筑施工时，在浇筑混凝土前，将一定数量的压力传感器线性布置在混凝土构件易产生裂缝位置所对应的钢筋上；
Step4：放置修复胶囊：建筑施工时，在已经布置好钢筋后，将一定数量的修复胶囊放置在混凝土构件的主筋上，放置在梁或柱或桥梁跨中位置及端点位置所对应的主筋上；
Step5：粘贴应变片：混凝土结构成型后，在混凝土受力薄弱部位粘贴应变片，并将静定传感器系统显示数据导入到计算机系统中；
Step6：当混凝土结构产生裂纹时，修复胶囊被裂纹扯破，或者，水分子和氧气进入裂缝时，修复胶囊会受到外部环境的刺激，胶囊外壳发生破裂，释放出磁性浆液和固化剂，磁性浆液固化对裂纹进行修补。
本发明公开的一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统及施工工艺，具有以下有益效果：
1、当混凝土裂缝产生时，修复胶囊会受到外部环境的刺激，发生破裂，释放出磁性浆液和固化剂，混合均匀后固化紧密包裹在钢筋周围，阻止了外部水分的进一步渗入，阻止了钢筋的锈蚀，同时进一步增加了钢筋与混凝土的粘结度。环氧树脂磁性浆液固化之后形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中，修复混凝土裂缝。
2、本发明所采用的环氧树脂磁性浆液为高分子材料，力学性能高，具有很强的内聚力，分子结构致密，在固化之后对钢筋的黏着力很强，力学强度高，耐腐蚀。并且环氧树脂磁性浆液可以在相当宽泛的温度范围内固化，可以在大部分环境中发挥作用，而且固化时体积收缩小，不会对混凝土裂缝产生不利的影响。
3、本发明不仅可以对混凝土裂缝进行自行修复，还能通过应变片和压力传感器检测混凝土裂缝产生情况，及时发现并解决混凝土结构安全稳定方面的问题。
4、本发明提出的装置结构简单，方法简便，修复胶囊可以自行发挥作用，自修复混凝土裂缝，可以解决混凝土裂缝修复不及时，不牢固的问题。无需大量人工，劳动强度低。
5、通过在钢筋上设置磁铁，当胶囊破损时，胶囊内部磁性浆液会因磁场作用，自动吸附填充，达到定向精准修复的效果。
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为本发明的修复胶囊的结构示意图；
图2为本发明的胶囊外壳结构示意图；
图3为本发明应用在混凝土梁中的结构示意图；
图4为本发明应用在混凝土柱中的结构示意图；
图5为本发明应用在混凝土桥梁工程中的结构示意图；
图中：胶囊外壳1，分隔片2，磁性浆液3，固化剂4，压力传感器5，应变片6，静定传感器系统7，计算机系统8，腔体101，第一半壳102，第二半壳103。
具体实施方式
如图1所示，一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，包括修复胶囊，修复胶囊包括胶囊外壳1，胶囊外壳1内设有分隔片2将胶囊外壳1分隔为两个腔体101，两个腔体101的空间大小比为4:1，腔体101内分别设置磁性浆液3和固化剂4。
所述胶囊外壳1包括第一半壳102和第二半壳103，分隔片2和第二半壳103依次扣设在第一半壳102的开口端，分隔片2为盖状结构。
具体使用时，胶囊外壳1通过双重锁合系统设计，先往第一半壳102中放置磁性浆液3，并设置分隔片2进行预锁合，在第二半壳103中放置固化剂4，将第二半壳103和第一半壳102拼接锁合，形成完整胶囊。
所述磁性浆液3成分包括油性环氧树脂和磁性粉末，油性环氧树脂为3份，磁性粉末为1～2份，固化剂4为1份。
油性环氧树脂采用双酚A型环氧树脂，固化剂采用的是胺类固化剂。本实施例中，采用深圳市聚恒创电子材料有限公司生产，具体参数如表1。
表1环氧树脂材料和固化剂信息表
磁性浆液3具有一定可吸附的磁性，同时具有很好的流动性。磁性浆液3经固化后对金属的黏着力很强，有很强的耐化学腐蚀性，力学强度很高、耐腐蚀。磁性浆液3与固化剂4混合后，可以在水下、低温、高温等环境条件下固化，而且固化时无体积收缩，避免在固化时由于体积收缩变化而对混凝土裂缝产生不利的影响。也可根据结构裂缝产生情况，改变磁性粉末的级配等因素。
所述固化剂4为环氧树脂酚型固化剂。可以选用乙二胺或二乙烯三胺等。
固化剂4的作用在于与油性环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中，使得环氧树脂流态化合物成型为固化物，发挥环氧树脂的强度。
具体使用时，当胶囊外壳1受到环境作用发生破裂时，磁性浆液3和固化剂4发生固化作用，填充混凝土裂缝，使得结构更加稳定。修复胶囊在钢筋上定向密布排列，与裂缝位置形成垂直分布排列，当裂缝发生时，一旦扯破胶囊，其内部磁性浆液3和固化剂4会趋向性流入裂缝，修补缝隙，达到定向修复效果。
优选的，所述胶囊外壳1包括内层壳和外层壳，内层壳材质为水溶性聚氨酯化合物，外层壳为可降解高分子化合物。可降解高分子化合物可选用脂肪族聚酯，受水、氧气、温度可降解。
内层壳为水溶性聚氨酯化合物具有强亲水性，能溶解于水中，且受高温也可溶解。
外层壳对内层壳进行防护，将其设置为可降解高分子化合物，能随时间的变化而逐渐降解。
所述分隔片2材质为高分子材料。可选用脂肪族聚酯，受水、氧气、温度可降解。
分隔片2的作用是将磁性浆液3与固化剂4隔开，待胶囊外壳1与分隔片2破裂后，磁性浆液3与固化剂4混合产生作用。
优选的，包括压力传感器5，压力传感器5紧贴混凝土中的钢筋设置。具体的，压力传感器5布置在混凝土梁的跨中部位和混凝土柱的节点位置与中间位置以及其受力薄弱部位的内部钢筋上，当磁性浆液由流塑态变化为固态时，会对内部钢筋混凝土产生一定的体积应力，此时压力传感器5会测出一定的压应力，可以检测到修复胶囊开始破裂发挥其作用。
优选的，包括应变片6，应变片6与静定传感器系统7电性连接，静定传感器系统7与计算机系统8通讯，应变片6粘贴在混凝土受力薄弱部位。
应变片6粘贴在混凝土梁的跨中部位和混凝土柱的节点位置与中间位置以及其受力薄弱的部位。
当胶囊外壳1破裂发挥作用时，我们可以通过对钢筋外加电流作用，产生电磁场。具体在浇筑钢筋混凝土时，将通电导线与钢筋连接，并预留导线接线口，方便通电。
吸附磁性浆液3，并可产生电磁振荡效应，使得磁性浆液3与固化剂4混合均匀，减少气泡，提高密实度。
或者混凝土结构中薄弱部位的钢筋中设置磁铁，磁铁设置在钢筋的中间和两端。
一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统的施工工艺，适用梁、柱、桥梁等混凝土结构，如图3～5所示，包括如下步骤：
Step1：确定混凝土结构最易产生裂缝的位置：运用计算机软件，建模分析混凝土构件的受力，确定混凝土构件易产生裂缝的位置，或根据施工经验确认混凝土构件易产生裂缝的位置，从而确定修复胶囊的布置范围。混凝土梁应该布置在跨中部位，混凝土柱和桥梁应该布置在柱的节点位置与中间位置。
Step2：混凝土钢筋布置：混凝土结构在布置钢筋时，在需要放置修复胶囊的位置设置磁铁，磁铁固定在钢筋上或者在钢筋表面镀刷一层磁性材料。
Step3：设置压力传感器5：建筑施工时，在浇筑混凝土前，将一定数量的压力传感器5线性布置在混凝土构件易产生裂缝位置所对应的钢筋上。
Step4：放置修复胶囊：根据不同的工况要求，通过物理法、化学法、或者物理化学法，制备不同性能的修复胶囊。建筑施工时，在已经布置好钢筋后，将一定数量的修复胶囊放置在混凝土构件的主筋上，放置在梁或柱或桥梁跨中位置及端点位置所对应的主筋上。
也可以在排列磁性浆液胶囊之前先在钢筋与修复胶囊中间镀刷一层磁性浆液，避免钢筋与修复直接接触而造成粘合性较弱的情况。
Step5：粘贴应变片：混凝土结构成型后，在混凝土受力薄弱部位粘贴应变片6混凝土外侧吗，并将静定传感器系统7显示数据导入到计算机系统8中。
Step6：当混凝土结构产生裂纹时，修复胶囊被裂纹扯破，或者，水分子和氧气进入裂缝时，修复胶囊会受到外部环境的刺激，胶囊外壳1发生破裂，释放出磁性浆液3和固化剂4，磁性浆液3固化对裂纹进行修补。环氧树脂磁性浆液的固化原理为聚合固化，前端环氧基开环与-NH2发生反应，一个-NH可以反应掉两个环氧基团，形成立体网状结构，从而形成固化。
具体使用时，可以通过超声波检测仪对混凝土结构进行检测，确认是否产生裂纹或裂纹的修复效果。
本发明针对在混凝土结构裂缝修复上存在修复成本巨大、且短暂修复的现状，提出一种自修复系统及工艺，该技术主要是针对混凝土梁、柱、桥梁结构的裂缝，可实现混凝土结构裂缝的自行修复。当混凝土裂缝产生时，修复胶囊会受到外部环境的刺激，发生破裂，释放出磁性浆液和固化剂，混合均匀后固化紧密包裹在钢筋周围，阻止了外部水分的进一步渗入，阻止了钢筋的锈蚀，同时进一步增加了钢筋与混凝土的粘结度。环氧树脂磁性浆液固化之后形成网状立体聚合物，把复合材料骨材包络在网状体之中，修复混凝土裂缝。
在具体使用时，当出现裂纹时，也可外部设置工业红外加热设备对混凝土结构进行部分加热，让胶囊外壳1破裂完全，使磁性浆液充分发挥作用。
Claims (10)
1.一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，其特征在于，包括修复胶囊，修复胶囊包括胶囊外壳（1），胶囊外壳（1）内设有分隔片（2）将胶囊外壳（1）分隔为两个腔体（101），腔体（101）内分别设置磁性浆液（3）和固化剂（4）。
2.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，其特征在于，所述胶囊外壳（1）包括第一半壳（102）和第二半壳（103），分隔片（2）和第二半壳（103）依次扣设在第一半壳（102）的开口端。
3.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，其特征在于，所述磁性浆液（3）成分包括油性环氧树脂和磁性粉末，油性环氧树脂为3份，磁性粉末为1~2份，固化剂（4）为1份。
4.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，其特征在于，所述胶囊外壳（1）包括内层壳和外层壳，内层壳材质为水溶性聚氨酯化合物，外层壳为可降解高分子化合物。
5.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，其特征在于，所述固化剂（4）为环氧树脂酚型固化剂。
6.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，其特征在于，所述分隔片（2）材质为高分子材料。
7.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，其特征在于，包括压力传感器（5），压力传感器（5）紧贴混凝土中的钢筋设置。
8.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，其特征在于，包括应变片（6），应变片（6）与静定传感器系统（7）电性连接，静定传感器系统（7）与计算机系统（8）通讯，应变片（6）粘贴在混凝土受力薄弱部位。
9.根据权利要求1所述的一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统，其特征在于，在混凝土结构中薄弱部位的钢筋中设置磁铁或在混凝土结构中薄弱部位的钢筋表面镀刷一层磁性材料。
10.一种用于混凝土裂纹修复的磁性浆液胶囊系统的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：
Step1：确定混凝土结构最易产生裂缝的位置：运用计算机软件，建模分析混凝土构件的受力，确定混凝土构件易产生裂缝的位置，或根据施工经验确认混凝土构件易产生裂缝的位置，从而确定修复胶囊的布置范围；
Step2：混凝土钢筋布置：混凝土结构在布置钢筋时，在需要放置修复胶囊的位置设置磁铁，磁铁固定在钢筋上或者在钢筋表面镀刷一层磁性材料；
Step3：设置压力传感器（5）：建筑施工时，在浇筑混凝土前，将一定数量的压力传感器（5）线性布置在混凝土构件易产生裂缝位置所对应的钢筋上；
Step4：放置修复胶囊：建筑施工时，在已经布置好钢筋后，将一定数量的修复胶囊放置在混凝土构件的主筋上，放置在梁或柱或桥梁跨中位置及端点位置所对应的主筋上；
Step5：粘贴应变片：混凝土结构成型后，在混凝土受力薄弱部位粘贴应变片（6），并将静定传感器系统（7）显示数据导入到计算机系统（8）中；
Step6：当混凝土结构产生裂纹时，修复胶囊被裂纹扯破，或者，水分子和氧气进入裂缝时，修复胶囊会受到外部环境的刺激，胶囊外壳（1）发生破裂，释放出磁性浆液（3）和固化剂（4），磁性浆液（3）固化对裂纹进行修补。
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