CN114956644A - 一种混凝土裂缝自修复材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混凝土裂缝自修复材料，由高吸水树脂吸附自修复液组成；所述自修复液的组成按质量份数计如下：阳离子络合剂20‑40份、钙离子助剂40‑80份、反应促进剂20‑40份、溶剂90‑110份；本发明自修复材料由于高吸水树脂内掺于混凝土中，水分由内部自供，无需外部引水，修复效果好且更迅速；当没有湿度差和浓度差时，自修复液被高吸水树脂的三维交联网络结构牢牢固定在聚合物网络内部，一旦因为湿度差产生裂缝就会释放出自修复液体对裂缝进行主动修复，使得修复过程具有可控性和及时性。

Description

一种混凝土裂缝自修复材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土裂缝自修复材料及其制备方法。
背景技术
混凝土材料作为当今世界上用量最大、用途最广的建筑材料，在使用中容易产生各种裂缝，其中由于内外湿度变化不均、水分蒸发不均产生的干缩裂缝尤其常见，不仅影响工程外观，而且还会影响混凝土耐久性。建筑工程中对混凝土裂缝的控制一般采取事后维修和定时维修，这种处理方式比较被动，不仅耗费人力物力，而且对于微细裂缝可能达不到有效的修复效果。近年来，研究和开发智能化的混凝土修补材料，使其能够自主修复混凝土损伤部位，提高混凝土结构使用寿命已经成为混凝土修补材料的发展趋势。
CN200810158131.7公开了一种混凝土裂缝自修复材料的配方及制备工艺，遵循化学转换渗透结晶自修复理论，利用柠檬酸钠与胆碱分别与混凝土中的钙离子、硅酸根离子形成水溶性不稳定络合物，在混凝土的孔隙和裂缝处结晶形成沉淀，实现自修复。其解决了水泥基渗透结晶防水材料对混凝土微观裂缝和宏观裂缝不具备永久自修复能力的问题，但是需要提供水分或潮湿条件才能发生修复反应，且裂缝自修复需要较长时间。
CN201310031979.4公开了一种用于水泥基材料裂缝自愈合的矿物外加剂及其制备方法与应用，在水泥基材料中添加一种特种矿物外加剂，当水泥基材料产生裂缝(小于0.4毫米)时在一定环境诱导条件下其在水泥基材料裂缝中生成不溶性的沉积物，填充、封闭水泥基材料裂缝，实现水泥基材料裂缝的自愈合。其解决了目前引入的自修复介质与混凝土基体的相容性差、引起基体结构性能下降等难题，但是无法实现反复修复，且发生修复时混凝土基体稳定性差，矿物的长期有效性弱。
CN201410050903.0公开了一种制备智能混凝土裂缝自修复材料方法，通过活性化学组分络合Ca2+生成较稳定、易溶于水的络合物，这些络合物和游离硅酸根类离子相遇后发生离子交换，络合物中的Ca2+被“夺走”，生成更加稳定的C-S-H凝胶体堵塞微裂缝，且络合结晶过程消耗了Ca2+，打破了水泥水化反应平衡，促使水泥二次水化，起到修复作用，但是可控性差，内掺于混凝土中时会提前发生反应消耗Ca2+，从而减弱了裂缝产生时的修复作用。
发明内容
本发明目的在于提供一种混凝土裂缝自修复材料及其制备方法，当混凝土因养护不当产生裂缝时，在湿度差作用下可释放出自修复液主动修复裂缝，且无需额外供水。
一种混凝土裂缝自修复材料，由高吸水树脂吸附自修复液组成；
所述自修复液的组成按质量份数计如下：阳离子络合剂20-40份、钙离子助剂40-80份、反应促进剂20-40份、溶剂90-110份。
按上述方案，所述高吸水树脂为白色粉粒，粒径<58μm，去离子水吸水倍率200-700，生理盐水吸水倍率20-70，主要化学成分是低交联型聚丙烯酸钠盐。
按上述方案，所述阳离子络合剂是乙二胺四亚甲基叉膦酸钠、柠檬酸钠、磷酸钠中的一种或多种。
按上述方案，所述钙离子助剂是氯化钙、硝酸钙中的一种或两种。
按上述方案，所述反应促进剂是胆碱、氯化胆碱中的一种或两种。
按上述方案，所述溶剂为蒸馏水。
上述混凝土裂缝自修复材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阳离子络合剂加入溶剂中，常温常压下搅拌10-15min，充分溶解后得溶液A；
(2)边搅拌边依次向A中加入钙离子助剂、反应促进剂，常温常压下搅拌20-30min，充分溶解后得溶液B；
(3)将高吸水树脂置于溶液B中浸泡5-7h吸液饱和，得到所述混凝土裂缝自修复材料。
高吸水树脂能大量吸收自修复液溶胀成凝胶状，并将自修复液牢牢固定在其三维网络结构中，混凝土搅拌时预吸液高吸水树脂均匀分布于混凝土内部，提高了其与未水化胶凝材料接触的几率；当混凝土干燥开裂时在湿度差的作用下释放出自修复液，此时阳离子络合剂与钙离子助剂形成的高溶解度钙离子络合物与反应促进剂随水分迁移至裂缝处，络合物与空气中的二氧化碳接触时生成碳酸钙进而堵塞修复裂缝，而反应促进剂可以络合混凝土内部的硅酸根，与钙离子络合物反应生成硅酸钙，促进沉淀物的产生，加速裂缝修复效果。
相对于现有技术，本发明有益效果如下：
(1)利用高吸水树脂吸收自修复液内掺于混凝土中，修复液中的水可以起到内养护的作用减少混凝土早期自收缩和干燥收缩，从而减少了混凝土裂缝的产生。
(2)现有自修复技术中大多需要额外提供水分或者潮湿条件才能发生修复反应，且混凝土结构比较密实，外部供水很难进入到内部，使得修复过程比较漫长；本发明自修复材料由于高吸水树脂内掺于混凝土中，水分由内部自供，无需外部引水，修复效果好且更迅速。
(3)当没有湿度差和浓度差时，自修复液被高吸水树脂的三维交联网络结构牢牢固定在聚合物网络内部，一旦因为湿度差产生裂缝就会释放出自修复液体对裂缝进行主动修复，使得修复过程具有可控性和及时性。
(4)在混凝土裂缝产生初期，由于混凝土中存在大量水泥水化产物氢氧化钙，此时修复过程主要消耗这部分钙离子，修复液中钙离子不会溶出从而得以保留；当混凝土结构使用过程中再次产生裂缝时，修复液中钙离子溶出，裂缝可以再次得到修复，使得裂缝修复具有一定长效性。
附图说明
图1：空白组制备的预制裂缝混凝土试块28d龄期时裂缝形貌。
图2：实施例2制备的预制裂缝混凝土试块28d龄期时裂缝形貌。
具体实施方式
以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
具体实施方式中，提供了一种混凝土裂缝自修复材料，由高吸水树脂吸附自修复液组成；
所述自修复液的组成按质量份数计如下：阳离子络合剂20-40份、钙离子助剂40-80份、反应促进剂20-40份、蒸馏水90-110份。
具体地，所述高吸水树脂为南通科力吸水树脂有限公司生产的KL-5HW，白色粉粒，粒径<58μm，去离子水吸水倍率200-700，生理盐水吸水倍率20-70，主要化学成分是低交联型聚丙烯酸钠盐。
具体地，所述阳离子络合剂是乙二胺四亚甲基叉膦酸钠、柠檬酸钠、磷酸钠中的一种或多种。
具体地，所述钙离子助剂是氯化钙、硝酸钙中的一种或两种。
具体地，所述反应促进剂是胆碱、氯化胆碱中的一种或两种。
具体实施方式中还提供了上述混凝土裂缝自修复材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阳离子络合剂加入溶剂中，常温常压下搅拌10-15min，充分溶解后得溶液A；
(2)边搅拌边依次向A中加入钙离子助剂、反应促进剂，常温常压下搅拌20-30min，充分溶解后得溶液B；
(3)将高吸水树脂置于溶液B中浸泡5-7h吸液饱和，得到所述混凝土裂缝自修复材料。
具体地，所述高吸水树脂吸附自修复液的倍率在20-60均可实现本发明目的。高吸水树脂能大量吸收自修复液溶胀成凝胶状，并将自修复液牢牢固定在其三维网络结构中，混凝土搅拌时预吸液高吸水树脂均匀分布于混凝土内部，提高了其与未水化胶凝材料接触的几率；当混凝土干燥开裂时在湿度差的作用下释放出自修复液，此时阳离子络合剂与钙离子助剂形成的高溶解度钙离子络合物与反应促进剂随水分迁移至裂缝处，络合物与空气中的二氧化碳接触时生成碳酸钙进而堵塞修复裂缝，而反应促进剂可以络合混凝土内部的硅酸根，与钙离子络合物反应生成硅酸钙，促进沉淀物的产生，加速裂缝修复效果。
实施例1
一种混凝土裂缝自修复材料，由高吸水树脂吸附自修复液组成；自修复液包含以下重量份的各组分：乙二胺四亚甲基叉膦酸钠20份、氯化钙80份、胆碱40份、蒸馏水100份。
实施例2
一种混凝土裂缝自修复材料，由高吸水树脂吸附自修复液组成；自修复液包含以下重量份的各组分：柠檬酸钠25份、硝酸钙70份、氯化胆碱35份、蒸馏水100份。
实施例3
一种混凝土裂缝自修复材料，由高吸水树脂吸附自修复液组成；自修复液包含以下重量份的各组分：磷酸钠30份、氯化钙60份、胆碱30份、蒸馏水100份。
实施例4
一种混凝土裂缝自修复材料，由高吸水树脂吸附自修复液组成；自修复液包含以下重量份的各组分：乙二胺四亚甲基叉膦酸钠20份、柠檬酸钠15份、氯化钙25份、硝酸钙25份、胆碱25份、蒸馏水100份。
实施例5
一种混凝土裂缝自修复材料，由高吸水树脂吸附自修复液组成；自修复液包含以下重量份的各组分：乙二胺四亚甲基叉膦酸钠20份、柠檬酸钠10份、磷酸钠10份、氯化钙20份、硝酸钙20份、胆碱10份、氯化胆碱10份、蒸馏水100份。
将所述实施例1-5制备的自修复材料和空白对照组分别制备混凝土，混凝土中各组分的添加量配合比如表1所示，自修复材料的添加量为胶凝材料总质量的2％。
表1混凝土配合比
Figure BDA0003660077470000041
在制备混凝土立方体抗压试块时，通过事先在试模内放置塑料薄片，当混凝土试块初凝后抽出薄片形成预先制造的裂缝，经过一定龄期后对比观察裂缝变化，空白组及实施例2制备的预制裂缝混凝土试块28d龄期时裂缝形貌分别如图1、图2。
参照《GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》及《GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》对空白组、实施例1-5进行力学性能和耐久性能测试，具体结果见表2。
表2混凝土性能检测结果
Figure BDA0003660077470000051
注：7+7d抗压强度是指标准养护7d的混凝土试块预压后重新养护7d后的抗压强度，7+28d抗压强度是指标准养护7d的混凝土试块预压后重新养护28d后的抗压强度。
由表2检测结果可以看出，本发明混凝土裂缝自修复材料与空白组制备的混凝土相比，力学性能和耐久性能均得到提升，使混凝土具有良好的抗裂、自修复能力。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种混凝土裂缝自修复材料，其特征在于由高吸水树脂吸附自修复液组成；
所述自修复液的组成按质量份数计如下：阳离子络合剂20-40份、钙离子助剂40-80份、反应促进剂20-40份、溶剂90-110份。
2.如权利要求1所述混凝土裂缝自修复材料，其特征在于所述高吸水树脂为白色粉粒，粒径<58μm，去离子水吸水倍率200-700，生理盐水吸水倍率20-70，主要化学成分是低交联型聚丙烯酸钠盐。
3.如权利要求1所述混凝土裂缝自修复材料，其特征在于所述阳离子络合剂是乙二胺四亚甲基叉膦酸钠、柠檬酸钠、磷酸钠中的一种或多种。
4.如权利要求1所述混凝土裂缝自修复材料，其特征在于所述钙离子助剂是氯化钙、硝酸钙中的一种或两种。
5.如权利要求1所述混凝土裂缝自修复材料，其特征在于所述反应促进剂是胆碱、氯化胆碱中的一种或两种。
6.如权利要求1所述混凝土裂缝自修复材料，其特征在于所述溶剂为蒸馏水。
7.权利要求1-6任一项所述混凝土裂缝自修复材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将阳离子络合剂加入溶剂中，常温常压下搅拌10-15min，充分溶解后得溶液A；
(2)边搅拌边依次向A中加入钙离子助剂、反应促进剂，常温常压下搅拌20-30min，充分溶解后得溶液B；
(3)将高吸水树脂置于溶液B中浸泡5-7h吸液饱和，得到所述混凝土裂缝自修复材料。
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