CN116514438A - 一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体及其制备方法，该微胶囊组装体由熔点较高的聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂形成小粒径微胶囊，再由熔点较低的聚甲醛包覆水性环氧树脂及小粒径微胶囊制成。当混凝土首次产生微裂缝时，扩展的裂缝遇到微胶囊组装体，在裂缝尖端应力作用下微胶囊组装体外层囊壁发生破裂，内部的水性环氧树脂流出扩散进入混凝土裂缝中，与混凝土中掺杂的固化剂发生反应对裂缝进行修复。同时，小粒径微胶囊也会伴随水性环氧树脂的流出并分散在混凝土中，当混凝土内再度出现裂缝时，裂缝处的小粒径微胶囊破裂进而对裂缝进行修复，从而实现了混凝土裂缝的多次修复，大大提升了混凝土的耐久性。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体及其制备方法。
背景技术
混凝土因其价格低廉，施工方便，耐久性好，已经成为最主要的建材。但其脆性大、抗拉强度低等缺点，使其在服役中难免出现裂纹，进而影响其强度，影响建筑结构的安全。此外，裂纹还会加速外界环境中的腐蚀性物质的渗透，加剧了混凝土的化学腐蚀和钢筋的腐蚀，降低了混凝土的服役寿命。在地下基础设施、水电站和核电厂等特殊结构中，混凝土的使用越来越多，对其耐久性能的要求也越来越高。
为了使混凝土的耐久性提高，具有裂缝自修复功能的混凝土变得越来越重要。自修复混凝土是指通过混凝土内部的自响应机制，在混凝土的使用过程中产生局部损伤或者微裂缝的时候及时对其进行修复，消除混凝土内部隐患，延长混凝土的服役寿命。专利CN112811845A该实验以二甲硫基甲苯二胺为芯材，三硬脂酸甘油酯为壁材，制备方法简单，微胶囊呈球形，分散性良好，与环氧树脂微胶囊、普通硅酸盐水泥复合后制备的水泥基自修复材料养护28d后预压程度为80％时抗压强度修复率达到31％，具有明显的自修复效果。但因该微胶囊在混凝土中的修复次数有限，当修复部位再次出现裂缝，此时该部位微胶囊及修复剂已经消耗完了，无法对裂缝进行多次的修复，制约了其在生活中的实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述问题，提供一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体及其制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体，由熔点较高的聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂形成小粒径微胶囊，再由熔点较低的聚甲醛包覆水性环氧树脂及小粒径微胶囊制备得到。
进一步的，原料包括30-50重量份的聚甲醛、30-50重量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯和40-140份重量份的水性环氧树脂。
一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将30-50重量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯加热至280-300℃，以300-400rpm转速搅拌30mi n；加入20-70重量份的水性环氧树脂，继续搅拌30mi n，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯/水性环氧树脂混合物；
步骤2、停止加热，提升搅拌速度至1200-1300rpm，向上一步得到的混合物中加入全氟三丁胺，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂微胶囊的悬浮液；
步骤3、用超声波对悬浮液分散处理20mi n以上，对过滤分离后得到的微胶囊进行烘干，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂微胶囊；
步骤4、将30-50重量份的聚甲醛加热至200-220℃，以300-400rpm转速搅拌30mi n以上；加入20-70重量份的水性环氧树脂和步骤3中得到的聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂微胶囊，继续搅拌60mi n以上；
步骤5、停止加热，提升搅拌速度至1200-1300rpm，向上一步得到的混合物中加入全氟三丁胺，得到含有微胶囊组装体的悬浮液；
步骤6、对步骤5的含有微胶囊组装体的悬浮液进行超声波分散处理20mi n以上，对过滤分离后得到的微胶囊组装体进行烘干，得到混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体。
进一步的，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯熔点为240-260℃。
进一步的，所述聚甲醛熔点为160-180℃。
进一步的，所述水性环氧树脂为水性聚酰亚胺改性环氧树脂。
进一步的，所述步骤3和步骤6中的烘干处理的温度为40-60℃。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的微胶囊组装体采用大胶囊包小胶囊的结构，其中大胶囊由熔点较低的聚甲醛包覆水性环氧树脂和小胶囊组成，而小胶囊由熔点较高的聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂制成。使用时可将本发明制备的微胶囊组装体加入混凝土中，当混凝土首次产生微裂缝时，扩展的裂缝遇到本发明所述微胶囊组装体，在裂缝尖端应力作用下微胶囊组装体外层大胶囊囊壁发生破裂，微胶囊组装体内部的水性环氧树脂流出扩散进入混凝土裂缝中，与掺杂在混凝土中的固化剂发生反应使裂缝得到修复。同时，外层囊壁包覆的小粒径微胶囊也会伴随水性环氧树脂的流出并分散在混凝土中。当混凝土内部再度出现裂缝时，裂缝处的小粒径微胶囊破裂进而对裂缝进行修复，从而实现了混凝土裂缝的多次修复，大大提升了混凝土的耐久性。
(2)本发明的水性环氧树脂采用水性聚酰亚胺改性环氧树脂，其具有很好的常温流动性，与脂肪族胺类固化剂在常温可以发生固化反应。此外，本发明使用的水性聚酰亚胺改性环氧树脂固化后，与纯环氧树脂固化后相比，形成半互穿网络，提高了材料的交联密度和耐高温性，改善了混凝土的修复效果。
附图说明
图1为掺加实施例1所制备的微胶囊组装体的水泥混凝土初次裂缝修复图，其中(a)图为修复前的图片，(b)图为修复后的图片；
图2为掺加实施例1所制备的微胶囊组装体的水泥混凝土二次裂缝修复图，其中(a)图为修复前的图片，(b)图为修复后的图片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体，通过如下方法制备得到：
(1)按各原料所需的重量份数称取聚对苯二甲酸乙二醇酯30份、水性环氧树脂70份；
(2)将30份聚对苯二甲酸乙二醇酯加入烧瓶中，加热到290℃使其完全熔化，以350rpm转速搅拌30min；
(3)向烧瓶中加入70份水性环氧树脂，保持加热温度和搅拌速度不变，继续搅拌30min，使其混合均匀，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯和水性环氧树脂混合物；
(4)停止加热，搅拌速度提升至1300rpm，向上述混合物中加入全氟三丁胺，得到含有聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂微胶囊的悬浮液；
(5)用超声波对悬浮液分散处理20min，然后进行过滤，分离出的微胶囊放入60℃烘箱中干燥48h，即制得聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂微胶囊(小粒径微胶囊)；
(6)按各原料所需的重量份数称取聚甲醛30份、水性环氧树脂40份、小粒径微胶囊30份；
(7)将30份聚甲醛加热至210℃，以350rpm转速搅拌30min；
(8)向熔化的聚甲醛中加入40份水性环氧树脂和30份小粒径微胶囊，保持加热温度和搅拌速度不变，继续搅拌60min，使其混合均匀；
(9)停止加热，搅拌速度提升至1300rpm，向上述混合物中加入全氟三丁胺，得到含有微胶囊组装体的悬浮液；
(10)对(9)中悬浮液进行超声波分散处理20mi n，然后过滤分离出微胶囊组装体，经60℃烘干处理48h后，即得到混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体。
测试上述制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径、密封性能和微力学性能，结果列于表1。表1结果显示，本实施例制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径小、30天内质量损失率低、弹性模量和硬度良好。
表1实施例1制备的微胶囊组装体
对掺加实施例1制备的微胶囊组装体的水泥混凝土进行自修复实验：
1.自修复混凝土的制备成型与养护：将上述制备的微胶囊组装体加入到混凝土中(掺加量为水泥质量的3％)，制得自修复混凝土，将其倒入100mm×100mm×100mm的模具中，然后在振动台上将其振动至表面泛浆后停止，并用刮刀将多余的泥浆削去。混凝土成型后立即在表面覆盖防水薄膜，24h后拆模并将试件移至养护室，养护至56天时取出，室温放置14天；
2.裂缝预制与自修复：利用劈裂试验方法，使混凝土表面产生裂缝，测量初始裂缝宽度。室温放置7天，然后测试该裂缝的宽度。第一次修复完成后在受损部位进行第二次裂缝预制，在室温放置7天，测试该二次裂缝宽度。如图1所示，掺加实施例1制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体后，0.25mm的裂缝可以自修复，如图2所示，0.21mm的二次裂缝可以自修复。
实施例2
一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体，通过如下方法制备得到：
微胶囊组装体的制备方法同实施例1，不同之处在于：
(1)按各原料所需的重量份数称取聚对苯二甲酸乙二醇酯50份、水性环氧树脂50份制备小粒径微胶囊；
(2)按各原料所需的重量份数称取聚甲醛40份、水性环氧树脂40份、小粒径微胶囊20份制备微胶囊组装体。
测试上述制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径、密封性能和微力学性能，结果列于表2。表2结果显示，本实施例制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径小、30天内质量损失率低、弹性模量和硬度良好。
表2实施例2制备的微胶囊组装体
实施例3
一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体，通过如下方法制备得到：
微胶囊组装体的制备方法同实施例1，不同之处在于：
(1)按各原料所需的重量份数称取聚对苯二甲酸乙二醇酯40份、水性环氧树脂60份制备小粒径微胶囊；
(2)按各原料所需的重量份数称取聚甲醛35份、水性环氧树脂55份、小粒径微胶囊10份制备微胶囊组装体。
测试上述制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径、密封性能和微力学性能，结果列于表3。表3结果显示，本实施例制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径小、30天内质量损失率低、弹性模量和硬度良好。
表3实施例3制备的微胶囊组装体
实施例4
一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体，通过如下方法制备得到：
微胶囊组装体的制备方法同实施例1，不同之处在于：
(1)按各原料所需的重量份数称取聚对苯二甲酸乙二醇酯35份、水性环氧树脂65份制备小粒径微胶囊；
(2)按各原料所需的重量份数称取聚甲醛50份、水性环氧树脂35份、小粒径微胶囊15份制备微胶囊组装体。
测试上述制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径、密封性能和微力学性能，结果列于表4。表4结果显示，本实施例制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径小、30天内质量损失率低、弹性模量和硬度良好。
表4实施例4制备的微胶囊组装体
实施例5
一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体，通过如下方法制备得到：
微胶囊组装体的制备方法同实施例1，不同之处在于：
(1)按各原料所需的重量份数称取聚对苯二甲酸乙二醇酯45份、水性环氧树脂55份制备小粒径微胶囊；
(2)按各原料所需的重量份数称取聚甲醛45份、水性环氧树脂25份、小粒径微胶囊30份制备微胶囊组装体。
测试上述制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径、密封性能和微力学性能，结果列于表5。表5结果显示，本实施例制备的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的平均粒径小、30天内质量损失率低、弹性模量和硬度良好。
表5实施例5制备的微胶囊组装体
上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体，其特征在于，首先以熔点较高的聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂形成小粒径微胶囊，再以熔点较低的聚甲醛包覆水性环氧树脂及小粒径微胶囊制备得到所述混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体。
2.根据权利要求1所述的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体，其特征在于，原料包括30-50重量份的聚甲醛、30-50重量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯和40-140份重量份的水性环氧树脂。
3.一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将30-50重量份的聚对苯二甲酸乙二醇酯加热至280-300℃，以300-400rpm转速搅拌30min；加入20-70重量份的水性环氧树脂，继续搅拌30min，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯/水性环氧树脂混合物；
步骤2、停止加热，提升搅拌速度至1200-1300rpm，向上一步得到的混合物中加入全氟三丁胺，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂微胶囊的悬浮液；
步骤3、用超声波对悬浮液分散处理20min以上，对过滤分离后得到的微胶囊进行烘干，得到聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂微胶囊；
步骤4、将30-50重量份的聚甲醛加热至200-220℃，以300-400rpm转速搅拌30min以上；加入20-70重量份的水性环氧树脂和步骤3中得到的聚对苯二甲酸乙二醇酯包覆水性环氧树脂微胶囊，继续搅拌60min以上；
步骤5、停止加热，提升搅拌速度至1200-1300rpm，向上一步得到的混合物中加入全氟三丁胺，得到含有微胶囊组装体的悬浮液；
步骤6、对步骤5的含有微胶囊组装体的悬浮液进行超声波分散处理20min以上，对过滤分离后得到的微胶囊组装体进行烘干，得到混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体。
4.根据权利要求3所述的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的制备方法，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯熔点为240-260℃。
5.根据权利要求3所述的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的制备方法，其特征在于，所述聚甲醛熔点为160-180℃。
6.根据权利要求3所述的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的制备方法，其特征在于，所述水性环氧树脂为水性聚酰亚胺改性环氧树脂。
7.根据权利要求3所述的混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体的制备方法，其特征在于，所述步骤3和步骤6中的烘干处理的温度为40-60℃。
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| CN202310284416.XA Pending CN116514438A (zh) | 2023-03-22 | 2023-03-22 | 一种混凝土裂缝多次自修复用水性环氧树脂微胶囊组装体及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116514438A (zh) |
-
2023
- 2023-03-22 CN CN202310284416.XA patent/CN116514438A/zh active Pending
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