CN114920536A - 一种超高性能混凝土微裂缝修复剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高性能混凝土微裂缝修复剂，HDCC微裂缝修复剂材料按照重量份计，包括以下组分：偏铝酸钠或者铝酸钠1～2份，硅溶胶100～150份，润湿剂3～5份，水100～150份；其中，润湿剂为有机氟润湿剂，为F3030、F3025和F140中的一种或几种。优点在于：本发明硅溶胶修复剂中的二氧化硅粒子能通过不同的凝固机制而结合在一起，例如胶凝化作用和絮凝作用。在胶凝化作用下，胶粒间通过表面的硅烷醇基发生脱水缩合形成硅氧烷，进而又形成了三维网络结构。同时，在铝酸钠的催化作用下，加速了与混凝土中氢氧化钙的反应，生成了硅酸钙，硅酸钙作为修复产物，可以填充裂缝，提高带缝HDCC的抗弯强度和延性等力学性能。

Description

一种超高性能混凝土微裂缝修复剂
技术领域
本发明涉及混凝土修复技术领域，具体是指一种超高性能混凝土微裂缝修复剂。
背景技术
由于额外的荷载和环境暴露，混凝土建筑容易出现裂缝。水泥基材料开裂是难以避免的一大问题，因为其不仅会造成混凝土承载能力和耐久性能的降低，而且可能会发生扩展，导致重大安全事故的发生。一般情况下，裂缝主要分为表面裂缝和内部裂缝。表面裂缝会加剧有害物质对混凝土的侵蚀，而内部裂缝则会降低混凝土的力学强度。与普通混凝土相比，高延性混凝土(HDCC)具有更好的“延展性”。但是，高延性混凝土在承受拉应力时会产生多条细微裂缝。微裂缝的存在会影响高延性混凝土的力学性能。影响程度由微裂缝的深度以及宽度决定，当微裂缝宽度小于60μm时，对于力学性能几乎没有影响，因而没有修复的必要，而当裂缝宽度大于60μm时，则会对力学性能，尤其是抗拉和抗弯强度造成影响，因此，通过使用修复剂来对高延性混凝土中宽度大于60μm的微裂缝进行修复，提高高延性混凝土的服役性能具有广阔的前景。目前，常见的修复方法有灌浆法，包括灌入甲凝、丙凝等修复材料，预应力修复法等。而这些方法对于高延性混凝土中的微裂缝却没有很明显的作用，因为很多微细裂缝修复起来非常困难，尤其当微裂缝的宽度在200μm以下时，修复材料很难渗透到裂缝深处进行修复。而且，在修复完成后在外观上也会很不美观，从而会使人们对工程的安全性的有所顾虑。因此，研发一种新型的高延性混凝土修复剂是很有必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是克服以上的技术缺陷，提供一种结构合理，实用性强，使用效果好的一种超高性能混凝土微裂缝修复剂。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种超高性能混凝土微裂缝修复剂，HDCC微裂缝修复剂材料按照重量份计，包括以下组分：偏铝酸钠或者铝酸钠1～2份，硅溶胶100～150份，润湿剂3～5份，水100～150份；其中，润湿剂为有机氟润湿剂，为F3030、F3025和F140中的一种或几种。
进一步的，具体制备方法步骤如下：
a：将部分水、铝酸钠溶液和硅溶胶混合，得到初混料，初混料部分水所用重量份与硅溶胶的重量份相同，对混合的顺序没有任何特殊的限定，混合在搅拌的条件下进行，搅拌的转速初始定为500～1500r/min，逐步优选为800～1200r/min，最后确定为1000r/min；搅拌的时间初始为15～50min，逐步优选为20～40min，最后确定为25～35min；搅拌完成后，将得到的混合物进行静置；静置的时间初始为15～25min，在搅拌的过程中，初混料中铝酸钠与硅溶胶中二氧化硅发生反应后生成含铝的硅酸盐；
b：得到初混料后，将剩余水和润湿剂混合，剩余水的重量份与上述部分水的重量份之和为技术方案所述的水的重量份；搅拌的转速初始定为100～300/min，优选转速为200r/min；搅拌的时间优选为10～15min，搅拌完成后，将得到的混合物进行静置，静置的时间优选为18～22min；
c：静置完成后，将初混料和静置物混合，得到HDCC微裂缝修复剂，混合在搅拌的条件下进行，搅拌的转速初始为500～1000/min，逐步优选为600～800r/min；搅拌的时间初始为5～20min，逐步优选为10～15min
d：HDCC微裂缝修复剂的使用，将HDCC微裂缝修复剂均匀涂覆在混凝土待修复位置，并保证涂覆面不能有明显积液；涂覆的次数为2～6次；涂覆完成后，保证涂覆后的位置24小时内不沾水，在24小时的时间范围内，HDCC微裂缝修复剂的有效成分发生自我交联反应对裂缝进行修复。
本发明与现有技术相比的优点在于：(1)现有技术中环氧树脂修复剂的修复机理是在裂缝中起粘结作用，而并不能产生新的反应产物以填充裂缝；而本发明硅溶胶修复剂中的二氧化硅粒子能通过不同的凝固机制而结合在一起，例如胶凝化作用和絮凝作用。在胶凝化作用下，胶粒间通过表面的硅烷醇基发生脱水缩合形成硅氧烷，进而又形成了三维网络结构。同时，在铝酸钠的催化作用下，加速了与混凝土中氢氧化钙的反应，生成了硅酸钙，硅酸钙作为修复产物，可以填充裂缝，提高带缝HDCC的抗弯强度和延性等力学性能。
(2)当带裂缝HDCC试样涂覆硅溶胶修复剂后，硅溶胶修复剂可以迅速渗透至裂缝内部，并发生自我交联反应，产生修复产物碳酸钙填充裂缝。当带裂缝HDCC试样涂覆环氧树脂修复剂后，裂缝仍然存在，且宽度没有明显变化，环氧树脂修复剂修复的主要机理是环氧树脂胶液在裂缝中起到粘结作用，而并未产生新的修复产物来填充裂缝。
(3)对于HDCC中众多宽度在60μm～150μm之间的微裂缝，硅溶胶修复剂渗透深度优于环氧树脂修复剂，且能产生修复产物填充裂缝，修复效果优于环氧树脂修复剂，而对于宽度在150μm以上的裂缝，环氧树脂修复剂也可以渗透到裂缝深处，并且可以起到粘结作用，修复效果优于硅溶胶修复剂。
附图说明
图1是四点弯曲测试装置图。
图2是HDCC弯曲试件的裂缝标记。
图3是极限挠度HDCC试样裂缝形貌(放大倍数50倍)。
图4是预加载水平50％HDCC试样裂缝形貌(放大倍数50倍)。
图5是A组试样侧视X-CT断层扫描图。
图6是A组试样正视X-CT断层扫描图。
图7是B组试样侧视X-CT断层扫描图。
图8是B组试样正视X-CT断层扫描图。
图9是四组样品XRD图谱。
图10是四组样品FTIR图谱。
图11是A组试样裂缝形貌(放大倍数50倍)。
图12是B组试样裂缝形貌(放大倍数50倍)。
图13是A组试样修复后侧视X-CT断层扫描图。
图14是A组试样修复后正视X-CT断层扫描图。
图15是B组试样修复后侧视X-CT断层扫描图。
图16是B组试样修复后正视X-CT断层扫描图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。
高延性混凝土HDCC作为纤维增强水泥基复合材料的一种，具有良好的裂缝控制能力，它是基于微观力学、断裂力学，对纤维特性、基体特性和纤维-基体界面特性经过有目的的调整而制备的。聚乙烯醇纤维体积掺量2％的HDCC(PVA-HDCC)在单轴拉伸载荷下有明显的应变硬化过程，并伴随着多缝开裂，裂缝宽度能够稳定控制在150μm以下。
HDCC不仅具有良好的力学性能，还具有独特的裂缝控制能力：HDCC在承受拉弯载荷以及疲劳载荷时，纤维能够有效阻裂，桥接裂缝，传递应力，从而实现多缝开裂，表现出类似金属材料的应变硬化行为。这种独特的裂缝控制能力也是HDCC力学性能良好的重要原因。
在硬化的水泥基材料中存在各种收缩应力(干燥收缩、温度收缩及碳化收缩)，掺入纤维可防止由于应力集中引起的微裂缝扩展，并阻止连通裂缝出现，HDCC在限制收缩条件下能够实现多缝开裂且裂缝宽度维持在50μm以下。在直接拉伸荷载作用下HDCC的应变硬化特性和多缝开裂过程是非常稳定的，极限延伸率1.5％-5％的HDCC的裂缝宽度可以控制在150μm以下，裂缝间距在10mm以下。HDCC的延性、裂缝控制能力会随着时间发展有所衰退，但最终的裂缝宽度仍可以控制在150μm以下，间距在毫米级别。
现有水泥基结构材料对裂缝的处理和修复的方法主要分为事后修复和自修复,修复的方法和材料主要根据结构的基本功能、开裂的原因、裂缝的形状、结构的重要性和裂缝所在环境的条件等多种影响因素进行确定。自修复的机制主要是人工触发愈合剂，如微囊化细菌或晶体外加剂等。微胶囊修复是运用无水悬浮聚合技术，水溶性单体相悬浮在非极性有机溶剂正己烷中，使用搅拌器和表面活性剂形成小液滴，随后在高温下聚合。微胶囊修复的不足在于微胶囊的外壳特性对观察到的愈合效率有显著影响，研究表明，斯潘60乳化剂的加入使微胶囊的外壳增加了一层疏水性涂层，由于微粒之间的疏水性吸引，增加了团聚的可能性，这导致胶囊在混凝土试样的整个混凝土基质中的分散不均匀。
另一种自愈合方法是晶体外加剂修复，即当水泥基渗透结晶性防水材料(CCCW)中所含的活性化学物质与水相互作用后，以水为载体渗入混凝土，生成不溶于水的针状晶体和水泥水化产物，从而填充毛细孔隙和微裂缝，提高混凝土的密实度和防水性。自愈机制主要是CCCW中所含的铝酸钠有助于在水泥中生成钙矾石和氢氧化钠。氢氧化钠加速二氧化碳的吸收，形成碳酸盐离子，从而加速碳酸钙的形成。同时CCCW中的EDTA四钠也会附着在碳酸钙晶体上，改变了碳酸钙晶体的形状，使其长径比大大提高，而高长径比的碳酸钙晶体能更有效地封堵裂缝。
对于自修复这种停留在被动和计划模式下的修复方式存在一定弊端，如对于细微裂缝可能达不到事后修复的效果，研究表明，HDCC在限制收缩条件下能够实现多缝开裂且裂缝宽度维持在50μm以下，即使在极限延伸率1.5％-5％的HDCC的裂缝宽度也控制在150μm以下，裂缝间距在10mm以下。因此，传统的混凝土裂缝修复方式对于HDCC特有的微裂缝很多是不适用的。而对于这些细小的微裂缝，修复材料应根据裂缝性质、裂缝宽度和干燥情况选用。无机类修复材料的绝大部分组成是水硬性胶凝材料，不含或含有少量的有机物质，如聚合物水泥，对混凝土中的宏观裂缝具有较好的修复作用，但是对于HDCC中密集的微裂缝不适用，并且还具有脆性大、收缩率大、黏结强度较低等的缺陷。现有技术中主要选择以下几种有机修复材料来对微裂缝进行修复：环氧树脂浆液(能修复缝宽0.2mm以下的干燥裂缝)、甲凝(能修复0.03～0.1mm的干燥细微裂缝)、丙凝(用于渗水裂缝的修复，能修复0.1mm以下的细裂缝)等。然而这些传统有机修复材料具有易污染、易老化脱落、耐久性差等的缺点。为解决目前修复材料存在的缺陷，需寻求一种能解决上述问题的材料。
高延性混凝土HDCC试验件的制作：
制备高延性混凝土四点弯曲试件，利用INSTRON 8802试验机进行加载，按位移控制加载，加载速率为0.5mm/min，跨中挠度由LVDT实时记录，根据不同跨中挠度的控制制备不同形态的裂缝，用便携式数码电子显微镜测量表面裂缝宽度。确定需要测量的裂缝位置，然后用显微镜中的检测器检测裂缝。在得到初始微裂缝宽度数据后，将微裂缝按照宽度分区间，用来表征修复剂修复不同宽度区间微裂缝的修复效果。
试验件的三点/四点弯拉方法。这种方法采用棱柱梁或平板试件进行试验，载荷施加于中间位置(三点弯)或者三分点位置(四点弯)，可以产生单条裂缝或多条裂缝。在实验过程中通过LVDT检测裂缝开口位移，通过载荷挠度曲线计算获得目标裂缝尺寸时需要的载荷或位移。通过这种方法获得的裂缝呈V字型，其曲折度、粗糙度都非常接近真实情况下的裂缝状态，本实施例也将采取此种方法制备HDCC中的微裂缝
本发明HDCC裂缝修复材料的研制。根据HDCC材料组分的特殊性，依据修复剂的修复机理，研发制备一种新型的能够修复HDCC微小裂缝的修复剂。具体步骤如下：采用硅溶胶作为主体，铝酸钠或者偏铝酸钠溶液作为催化剂，有机氟作为润湿剂配制微裂缝修复材料。并采用对照的方式，将发明制备的修复剂与现有技术中已有的微裂缝修复剂进行修复效果的对照。测量修复剂的渗透深度、内外部裂缝修复效果以及HDCC材料修复后的抗弯强度等力学性能进行对照。
水泥：
水泥选用P·Ⅱ42.5R硅酸盐水泥(C)，符合国家标准GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中的要求。
粉煤灰
试验采用I级Class F(低钙)粉煤灰(FA)。
细集料
采用天然河砂(S)作为细集料。按照《GB/T 14684-2011建筑用砂》规范进行检测，砂的最大粒径1.18mm，细度模数2.4。
水
本实施例用水为普通自来水。
纤维
纤维采用国产聚乙烯醇纤维(PVAF)。
外加剂
本实施例选用两种外加剂：一种是聚羧酸高效减水剂(WR)，减水率在20％以上，外观为浅粉色粉末；另一种是混凝土增稠剂，主要成分是硅灰和羟丙基甲基纤维素醚，外观为浅灰色粉末。
本修复剂所需材料
本发明微裂缝修复剂用两种主要修复材料：一种是偏铝酸钠溶液，质量浓度为30％～35％；另一种是硅溶胶，粒径为10～20nm，密度为1.12～1.14g/cm3。
试验件制备
本实施例制备完成HDCC四点弯曲试件。首先将钢制模具均匀涂抹脱模油，然后按以上配合比搅拌成型尺寸为15mm×75mm×300mm的薄板试件，抹平后覆膜养护至24h拆模，蒸养两天后在进行后续试验。
试件编号说明：试件分为两组；第一组编号以A开头，按照预加载水平的不同，编号为AU、A5、A5-2。U代表加载至极限强度，5代表加载水平为50％，2代表加载水平为50％的第二块试件；第二组与第一组类似，区别为以B开头，第二组用于研究市售修复剂的修复效果。试验之所以每组均有两块试样加载到极限挠度的50％，是考虑到在实际工程应用中，很少有HDCC构件产生多封开裂到达极限强度时再进行修复的情况，因此选择加载到极限挠度的50％，也能给实际的工程应用提供借鉴。
四点弯曲试验，试件为尺寸为15mm×75mm×300mm的薄板，跨距为240mm，利用INSTRON 8802试验机进行加载，如图1所示，按位移控制加载，加载速率为0.5mm/min，跨中挠度由LVDT实时记录。
为了评价HDCC材料的力学性能以及统计四点弯曲试验后HDCC材料中出现的密集的微裂缝，试验通过HDCC材料的载荷-挠度曲线来评价HDC材料的弯曲性能，并且通过便携式数码电子显微镜以及CT来观测四点弯曲试验后HDCC材料中的表面以及内部裂缝，并统计了裂缝的宽度分布数据。
HDCC材料的力学性能研究主要包括受压性能、单轴拉伸性能和弯曲性能。本试验采用HDCC材料的抗弯强度和跨中挠度来评价其力学性能。其中，弯曲应力σM＝FL/(bh2)，F为弯曲荷载，单位N；L为试件支座间跨距，单位mm；b为试件宽度，单位mm；h为试件高度，单位mm。
A组和B组试件的峰值荷载对应的跨中挠度分别为7.1mm和7.4mm，A、B组的载荷-挠度曲线在初裂点前存在明显的非线性段，并且随着载荷的缓慢增加，曲线会产生微小的抖动，即产生微小的下降，再急速上升，不断重复，在初始阶段，随着荷载的增大，跨中挠度也逐渐增大，弯曲应力与挠度成线性关系。当第一条微裂缝出现以后，弯曲应力有一个微小的降低，由于基体中的纤维承担桥接作用，弯曲应力重新增加，在弯曲应力-挠度曲线上出现了一个微小的峰谷。随着荷载的增大，第二条微裂缝出现，纤维再次桥接裂缝，使弯曲应力在微小下降后再次提升。此后，“微裂缝出现-纤维桥接-弯曲应力增大”的过程反复出现，在曲线上出现了众多微小的峰谷，因此，曲线呈不规则的锯齿状。当主裂缝宽度发展到一定程度时，纤维桥接作用失效，荷载急剧下降，试件破坏。这表明HDCC材料的裂缝产生比较缓慢，即不是在随着弯曲荷载的增加，在短时间内产生大量裂缝，而是会逐步产生，并且原先产生的裂缝宽度会随着弯曲载荷的增加而增加。因此，HDCC材料在弯曲载荷作用下同样具备应变硬化及多缝开裂特性，并且弯曲性能较好，能够承担较大的弯曲荷载。
表面裂缝
为方便在进行修复后持续对同一条裂缝进行原位监测，在选中的待观测区域两边各画一条线，并对待观察裂缝进行标记和编号，如图2所示，在后续修复试验观测时仅考虑标记处的裂缝。利用便携式数码电子显微镜对HDCC试件表面的裂缝进行观测。A、B组裂缝形貌分别如图3和图4所示。
统计得出，标记区域内加载水平为极限挠度的HDCC试样产生的裂缝数量平均为24个，裂缝宽度70％以上集中在60μm～150μm之间，25％左右裂缝宽度在150μm以上，只有极少的裂缝宽度在60μm以下，而小于60μm的微裂缝对于HDCC材料的力学性能影响微弱，因而没有修复的必要。当加载水平为极限挠度的50％时。裂缝的数量平均为15个，裂缝宽度80％集中在60μm～150μm之间，可以体现出HDCC材料在实际工程应用中的真实情况，这部分裂缝对于HDCC材料的力学性能会产生影响，因而具有修复的必要性。
内部裂缝
本发明利用X-CT观测HDCC试件经过四点弯曲试验后未经修复时内部的裂缝。观测结果如图5、6、7和图8所示。
从X-CT三维断层扫描图中可以看出，HDCC材料在经过四点弯曲后，产生了明显的多缝开裂现象。在HDCC试样X-CT二维断层扫描图中，不同的灰度值对应不同密度的物质，密度越高灰度值越大，其中，灰度值最低的是孔洞，HDCC材料灰度值较高。X-CT二维断层扫描图中间位置一条连续的黑色缝隙即为预制裂缝，可以看出，A、B组裂缝深度平均值在12mm左右。统计得出，A、B组HDCC四点弯曲试样内部裂缝宽度75％集中在60μm～150μm之间，80％以上在100μm～150μm之间，并且A组试样裂体体积/总体积比值为724/91734，B组试样裂体体积/总体积比值为1140/93955，为后续试验提供对照。
硅溶胶型修复剂制备
试验制备HDCC微裂缝修复剂材料按照重量份计，包括以下组分：偏铝酸钠或者铝酸钠1～2份，硅溶胶100～150份，润湿剂3～5份，水100～150份。其中，润湿剂为有机氟润湿剂，为F3030、F3025和F140中的一种或几种，在试验过程中，此种微裂缝修复材料在制备和使用过程中均无毒、无污染，属于绿色环保型产品。
在本试验中，铝酸钠或偏铝酸钠溶液的作用是加速硅溶胶在水中的分散。铝酸钠溶液质量浓度初始值为30％～35％，重量份初始值为1～2份，经过多次试验，综合成本和修复效果，质量浓度优选为32％～33％，质量份优选为1.4～1.6份；硅溶胶有较强的渗透性，能渗透至混凝土内部与混凝土中氢氧化钙反应生成硅酸钙，并在混凝土表面成膜，具有提高混凝土强度，填充裂缝的作用。硅溶胶的分散介质优选为水；粒径初始值为10～20nm，重量份初始值为100～150份，经过多次试验，综合成本和修复效果，粒径优选为14～16nm，重量份优选为120～130份；密度优选为1.13g/cm。有机氟润湿剂为F3030、F3025和F140中的一种或几种，当有机氟润湿剂为其中的两种以上时，本试验对具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。润湿剂重量份初始值为3～5份，经过多次试验，综合成本和修复效果，优选为3.8～4.2份。润湿剂的作用是可降低硅溶胶成膜后的表面张力，从而避免硅溶胶在成膜过程中因表面张力过大而开裂。
具体的制备方法为：将部分水、铝酸钠溶液和硅溶胶混合，得到初混料；在本试验中，初混料部分水所用重量份与硅溶胶的重量份相同，对混合的顺序没有任何特殊的限定。混合在搅拌的条件下进行，搅拌的转速初始定为500～1500r/min，逐步优选为800～1200r/min，最后确定为1000r/min；搅拌的时间初始为15～50min，逐步优选为20～40min，最后确定为25～35min；搅拌完成后，将得到的混合物进行静置；静置的时间初始为15～25min，经过多次试验，结合修复效果，最终确定为18～22min。在搅拌的过程中，初混料中铝酸钠与硅溶胶中二氧化硅发生发应后生成含铝的硅酸盐。
得到初混料后，将剩余水和润湿剂混合，在本试验中，剩余水的重量份与上述部分水的重量份之和为技术方案所述的水的重量份；对剩余水和润湿剂混合的顺序没有任何特殊的限定。混合在搅拌的条件下进行；搅拌的转速初始定为100～300/min，逐步优选为150～250r/min，最后确定为200r/min；搅拌的时间初始为5～20min，逐步优选为10～15min。搅拌完成后，将得到的混合物进行静置，静置的时间优选为18～22min。
静置完成后，将初混料和静置物混合，得到HDCC微裂缝修复材料。混合在搅拌的条件下进行，搅拌的转速初始为500～1000/min，逐步优选为600～800r/min；搅拌的时间初始为5～20min，逐步优选为10～15min。
制备完成后，用胶头滴管吸取HDCC微裂缝修复材料进行涂覆，对涂覆的具体过程没有任何特殊的限定，只需保证能够将微裂缝修复材料均匀地涂覆在混凝土待修复位置，并保证涂覆面不能有明显积液(若有积液需及时刮抹)即可。涂覆的次数为2～6次；涂覆完成后，保证涂覆后的位置24小时内不能淋雨或沾水，在24小时的时间范围内，HDCC微裂缝修复材料的有效成分发生自我交联反应。
对照组环氧树脂型修复剂制备
在本试验中，选用市售产品作为对照组，产品选择为YBL86高性能聚合物环氧树脂密封剂。YBL86高性能聚合物环氧树脂密封剂由环氧树脂与环氧固化剂2组分构成，按照一定的比例(3:1)混合后固化成型。
YBL86环氧树脂灌浆材料拥有便捷的配合比，方便现场操作。其次，其混合物粘度较低。室内大量的对比试验结果表明，采用YBL86环氧树脂灌浆材料处理0.05mm宽度的细微裂缝具有较好的效果，一般均能达到密封裂缝断面的98％以上。这对于提高HDCC材料的延性和抗弯强度是非常重要的。
在本对照例中，将环氧树脂与固化剂按照3:1的比例混合，用胶头滴管轻轻搅拌后，吸取混合物进行涂覆。同样对涂覆的过程没有任何限定，只需保证能够将微裂缝修复材料均匀地涂覆在混凝土待修复位置，并保证涂覆面不能有明显积液(若有积液需及时刮抹)即可，涂覆的次数为2～6次。涂覆完成后，保证涂覆后的位置24小时内不能淋雨或沾水。当聚合物环氧树脂修复剂被应用于狭小裂缝中时，水泥混凝土的收缩变形在裂缝处产生的应力集中导致裂缝内部的环氧树脂修复剂产生变形，因此在裂缝中起到粘结的作用。
检测样品分为四组：第一组为水泥粉末(C)；第二组为加入硅溶胶修复剂修复后的样品粉末(Si-Al)；第三组为单独加入硅溶胶的样品粉末(Si)；第四组为加入环氧树脂修复剂的样品粉末(Ep)。四组样品的XRD以及FTIR检测结果图分别如图9和图10所示。
通过对XRD图谱进行定性分析后，再用RIR值法进行半定量分析可以得出：当加入硅溶胶修复剂后，硅溶胶中的二氧化硅与水泥中的氢氧化钙反应生成了硅酸钙，而硅酸钙可以在混凝土裂缝表面成膜，具有提高混凝土强度，封闭混凝土表面的作用。而当加入环氧树脂修复剂时，通过XRD图谱可以看出，并无新的反应产物产生。
通过对FTIR图谱的分析，振动频率(单位cm-1)＝1307√k/μ，k为化学键的力常数，与键能和键长有关，μ为双原子的折合质量。1900～1200cm-1是双键伸缩振动区，可以看出当加入硅溶胶修复剂后，产生了新的官能团硅氧双键；当加入环氧树脂修复剂时，由于1600～1850cm-1是碳氧双键特征峰，2800～3000cm-1是甲基特征峰，4000～2500cm-1是X-H特征峰(X可能为O、N、C、S)，判断得出，此为环氧树脂修复剂本身的官能团。
由此可以得出结论：环氧树脂修复剂的修复机理是在裂缝中起粘结作用，而并不能产生新的反应产物以填充裂缝；硅溶胶修复剂中的二氧化硅粒子则能通过不同的凝固机制而结合在一起，例如胶凝化作用和絮凝作用。在胶凝化作用下，胶粒间通过表面的硅烷醇基发生脱水缩合形成硅氧烷，进而又形成了三维网络结构。同时，在铝酸钠的催化作用下，加速了与混凝土中氢氧化钙的反应，生成了硅酸钙，硅酸钙作为修复产物，可以填充裂缝，提高带缝HDCC的抗弯强度和延性等力学性能。
表面裂缝
试验将A组试样涂覆试验制备修复剂，B组试样涂覆市售产品，静置24h后，通过便携式数码电子显微镜以及光学显微镜观测A、B组试样表面裂缝形貌变化。数码电子显微镜观测裂缝形貌结果如图11和图12所示。在分别涂覆硅溶胶修复剂和环氧树脂修复剂后，A组试样中许多宽度100μm以下的裂缝已经被完全填充，A组中标记区域内加载水平为极限挠度以及加载水平为极限挠度的50％的HDCC试样表面裂缝宽度均有明显下降，其中80％以上集中在80～120μm之间；B组试样在涂覆环氧树脂修复剂后，对于修复前宽度150μm以上的裂缝修复效果较好，标记区域内加载水平为极限挠度以及加载水平为极限挠度的50％的HDCC试样裂缝宽度均有明显下降，裂缝宽度80％集中在60μm～150μm之间。
内部裂缝
利用X射线断层扫描分析(X-CT)技术观测A、B组带缝HDCC试样涂覆硅溶胶修复剂以及环氧树脂修复剂后的内部裂缝修复效果，观测结果如图13、14、15及图16所示。
从X-CT三维断层扫描图中可以看出，四点弯曲HDCC材料在经过硅溶胶修复剂修复后，内部裂缝数量明显减少，且硅溶胶修复剂可以渗透到裂缝深处产生新的修复物质填充裂缝；四点弯曲HDCC材料在经过环氧树脂修复剂修复后，内部裂缝数量并没有明显减少。在HDCC试样X-CT二维断层扫描图中，不同的灰度值对应不同密度的物质，密度越高灰度值越大，其中，灰度值最低的是孔洞，HDCC材料灰度值较高。X-CT二维断层扫描图中多条连续的黑色缝隙即为预制裂缝，可以看出，A、B组裂缝深度均有下降，相较于修复前平均深度12mm下降了3mm，平均深度9mm左右。统计得出，A组HDCC四点弯曲试样在经硅溶胶修复剂修复后内部裂缝宽度80％集中在50μm～110μm之间，只有极少数裂缝(包括主裂缝)宽度在150μm以上，并且A组试样裂体体积/总体积比值为270/93272，相较于修复前的比值724/91734，下降了63.4％，可见硅溶胶修复剂的修复机理主要是生成新的修复产物来填充裂缝，且对于150μm以下的微裂缝修复效果明显；B组试样在经过环氧树脂修复剂修复后，75％裂缝宽度集中在60μm～120μm之间，裂体体积/总体积比值为1076/92198，相较于修复前的比值1140/93955，仅下降了3.8％。可见，经过环氧树脂修复剂修复后。HDCC试样内部裂缝仍然存在，所以也证实了环氧树脂修复剂的修复机理并不是产生新的修复产物来填充裂缝，而是起到粘结作用。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，具体实施方式中所示的也只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超高性能混凝土微裂缝修复剂，其特征在于，HDCC微裂缝修复剂材料按照重量份计，包括以下组分：偏铝酸钠或者铝酸钠1～2份，硅溶胶100～150份，润湿剂3～5份，水100～150份；其中，润湿剂为有机氟润湿剂，为F3030、F3025和F140中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土微裂缝修复剂，其特征在于，所述铝酸钠或偏铝酸钠溶液的作用是加速硅溶胶在水中的分散；铝酸钠溶液质量浓度初始值为30％～35％，重量份初始值为1～2份。
3.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土微裂缝修复剂，其特征在于，铝酸钠溶液质量浓度优选为32％～33％，质量份优选为1.4～1.6份。
4.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土微裂缝修复剂，其特征在于，硅溶胶的分散介质优选为水；粒径初始值为10～20nm，重量份初始值为100～150份。
5.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土微裂缝修复剂，其特征在于，硅溶胶粒径优选为14～16nm，重量份优选为120～130份；密度优选为1.13g/cm。
6.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土微裂缝修复剂，其特征在于，有机氟润湿剂重量份优选为3.8～4.2份。
7.根据权利要求1所述的一种超高性能混凝土微裂缝修复剂，其特征在于，具体制备方法步骤如下：
a：将部分水、铝酸钠溶液和硅溶胶混合，得到初混料，初混料部分水所用重量份与硅溶胶的重量份相同，对混合的顺序没有任何特殊的限定，混合在搅拌的条件下进行，搅拌的转速初始定为500～1500r/min，逐步优选为800～1200r/min，最后确定为1000r/min；搅拌的时间初始为15～50min，逐步优选为20～40min，最后确定为25～35min；搅拌完成后，将得到的混合物进行静置；静置的时间初始为15～25min，在搅拌的过程中，初混料中铝酸钠与硅溶胶中二氧化硅发生反应后生成含铝的硅酸盐；
b：得到初混料后，将剩余水和润湿剂混合，剩余水的重量份与上述部分水的重量份之和为技术方案所述的水的重量份；搅拌的转速初始定为100～300/min，优选转速为200r/min；搅拌的时间优选为10～15min，搅拌完成后，将得到的混合物进行静置，静置的时间优选为18～22min；
c：静置完成后，将初混料和静置物混合，得到HDCC微裂缝修复剂，混合在搅拌的条件下进行，搅拌的转速初始为500～1000/min，逐步优选为600～800r/min；搅拌的时间初始为5～20min，逐步优选为10～15min
d：HDCC微裂缝修复剂的使用，将HDCC微裂缝修复剂均匀涂覆在混凝土待修复位置，并保证涂覆面不能有明显积液；涂覆的次数为2～6次；涂覆完成后，保证涂覆后的位置24小时内不沾水，在24小时的时间范围内，HDCC微裂缝修复剂的有效成分发生自我交联反应对裂缝进行修复。
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