WO2009140837A1 - 使用脲醛树酯类高分子微胶囊的自修复混凝土及其制造方法 - Google Patents

使用脲醛树酯类高分子微胶囊的自修复混凝土及其制造方法 Download PDF

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邢锋
倪卓
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Definitions

  • the present invention relates to self-repairing concrete and similar building materials, and more particularly to concrete and similar building materials having self-repairing functions and methods of making same. Background technique
  • concrete As a representative of traditional building materials, concrete has the inherent advantages of high compressive strength, good durability and low cost. It is widely used in industrial and civil buildings, bridges, road engineering, underground engineering, water conservancy and hydropower engineering, nuclear power plants, ports and oceans. Structures such as engineering, which are currently infiltrated into large-span structures, high-rise structures, giant structures and special structures, are the most widely used building materials. They have been in existence for more than 100 years. It is foreseeable that in the future concrete will remain an indispensable building material for the country's modernization. Due to the long-term use of the concrete structure and the surrounding complex environment, in-situ cracking and local damage will inevitably occur. Lighter will reduce the service life of the structure, while heavy ones will endanger the safety of the structure.
  • the self-repair of concrete cracks is accompanied by special components in the traditional components of concrete (such as shape memory
  • Replacement page (Article 26) Gold, liquid core fibers or capsules containing adhesives, etc., form an intelligent self-repairing system inside, which automatically triggers the repair reaction and causes it to heal when cracks or damage occur in the concrete material.
  • hollow fiber repair technology focuses on hollow fiber repair technology.
  • construction techniques such as concrete vibrating can disturb the design arrangement of hollow fiber capsules, and even lead to The rupture of the glass wall material, that is, the premature loss of the repair agent, does not achieve the purpose of repairing the concrete, affecting the process feasibility and self-repairability of the self-repairing concrete.
  • micro-cracks and cracks appear in a large number in the concrete structure, and the randomness is very large.
  • the self-repairing technique requires the repair capsule to be evenly distributed in the concrete structure.
  • hollow fiber capsules Due to the brittleness of hollow fiber materials, hollow fiber capsules cannot use the current process technology to ensure the uniform distribution of microcapsule materials in concrete, so that fiber capsules can only use special concrete materials in the microcrack self-repair process of concrete structures. Special processes such as self-compacting high performance concrete and flawless processes. These difficulties technically limit the effectiveness of hollow fiber capsules in self-repairing of concrete structures.
  • the surface properties of the hollow fiber capsules, wall strength, geometric parameters and dosage have an important influence on the repairing effect of the concrete.
  • the wall of the capsule fiber is smooth, and it is not easy for the concrete to form an effective phase interface, resulting in a decrease in the bonding strength of the concrete. Hollow fiber capsules are large in size and sometimes up to millimeter in diameter.
  • the present invention proposes a self-repairing concrete using urea-formaldehyde polymer microcapsules.
  • the self-repairing structure of the polymer microcapsule concrete is formed by a suitable group distribution ratio and process conditions.
  • the microcapsule contains an adhesive
  • the wall of the adhesive encapsulating the adhesive is made of a urea-formaldehyde-based polymer material.
  • the urea-formaldehyde polymer material further includes melamine formaldehyde, urea melamine formaldehyde, and the self-repairing concrete material and method of the present invention are also applicable.
  • the mass ratio of the polymer material of the microcapsule to the core of the capsule is 100: 40-80, the microcapsule is ellipsoidal, the particle size is 10-500 micrometers, and the wall thickness is It is 1 to 10 microns.
  • the adhesive has good fluidity and bond strength, and may be a one-component adhesive, including: one-component polyurethane adhesive, silicone anaerobic adhesive, acrylate adhesive And a neoprene adhesive, etc., or a multi-component epoxy adhesive.
  • the multi-component epoxy adhesive comprises: bisphenol A epoxy resin, bisphenol F epoxy resin, bisphenol S epoxy resin, isophthalic acid Phenolic epoxy resin; silicone modified bisphenol A epoxy resin or organic titanium modified bisphenol A epoxy resin.
  • the microcapsules are mixed with 0.1 to 5% of a hydrophilic surfactant, which is uniformly distributed in the concrete structure; and the hydrophilic surfactant comprises: sodium alkylbenzene sulfonate One or more of polyoxyethylene, polyglycidol or polyhydroxy compounds.
  • the microcapsules contain 8-30% diluent, and the diluent chemical structure contains an epoxy which can improve the fluidity of the epoxy resin and react with the epoxy resin and the curing agent. base.
  • the diluent comprises: propylene oxide, propylene oxide methyl ether, propylene oxide ethyl ether, epichlorohydrin, propylene oxide, propylene glycol, epoxidized octene.
  • Styrene oxide allyl glycidyl ether, butyl glycidyl ether, phenyl glycidyl ether, cresol glycidyl ether, dibromophenyl glycidyl ether, bromocresol glycidyl ether, vinylcyclohexane Alkene monoepoxide, glycidyl methacrylate, 2-ethylhexyl glycidyl ether, p-tert-butylphenyl glycidyl ether, etc.
  • the curing agent reactive with the epoxy resin is of a low-temperature reaction type, which comprises: a linear aliphatic polyamine, a polyamide, an aliphatic polyamine, an aromatic amine, a modified multi-functional Amine,
  • the present invention solves the problem that the prior art cannot solve the problem of self-diagnosis and self-repairing of concrete microcracks, and another technical solution is to provide a method for producing self-healing concrete using urea-formaldehyde polymer microcapsules. Through the control of the surface properties of the microcapsules, the microcapsules form a good interface with the concrete.
  • a further technical solution of the present invention is a method for producing a self-repairing concrete using a urea-formaldehyde-based polymer microcapsule, comprising the steps of:
  • the present invention solves the technical problem that the prior art cannot solve the problem of self-diagnosis and self-repair of concrete microcracks.
  • a further technical solution is to provide a method for manufacturing a self-repairing concrete sample using urea-formaldehyde polymer microcapsules. Through the appropriate group distribution ratio, and process conditions, the self-repairing structure of the polymer microcapsule concrete and its surface and internal characteristics are precisely controlled to ensure the representativeness of the sample; in order to better evaluate the self-repairing structure of the self-repairing structure. Concrete.
  • a further technical solution of the present invention is a method for producing a self-repairing concrete sample using a urea-formaldehyde-based polymer microcapsule, which comprises the following steps:
  • the microcapsules form a good interface with the concrete.
  • the self-repairing structure of the polymer microcapsule concrete is prepared by a suitable group distribution ratio, process conditions and the like.
  • the invention uses a diluent and a curing agent to act on the epoxy resin to form a polymer having good fluidity and high curing strength, and is effectively bonded on the crack surface to achieve the mechanical properties and use purpose of the recovered material.
  • the present invention uses a microcapsule material having good dispersibility and stability. After a typical concrete production process, the microcapsules are uniformly dispersed in the concrete matrix, and the microcapsule material does not break during the mixing and curing process. During the cracking process, the microcapsules release the binder under stress and repair the concrete.
  • the present invention provides a self-repair of a class of epoxy resin adhesives for use in concrete materials having the following composition: epoxy resin: 100, diluent: 10-30, curing agent: 15-35.
  • the diluent is added to the epoxy resin to reduce the viscosity of the material and increase the fluidity.
  • the modified epoxy resin is wrapped with a polymer material.
  • the curing agent can be used directly or microencapsulated.
  • the present invention provides a method of preparing a repair agent microcapsule for a self-healing concrete material.
  • the microcapsule technology for self-repairing concrete composites is prepared by a chemical method, and a core material such as a repairing agent epoxy resin is wrapped to form a sealed capsule film.
  • a core material such as a repairing agent epoxy resin is wrapped to form a sealed capsule film.
  • the advantage is that after the microcapsules are formed, the core is wrapped and isolated from the external environment, so that it can be protected from external temperature, oxygen and ultraviolet rays. Under appropriate conditions, the broken core can release the core.
  • the microcapsules used for self-repair must have appropriate mechanical strength and heat resistance, and the active capsule material should have low viscosity, small coefficient of expansion after reaction, and high adhesive strength, which can ensure the composite molding process. It remains intact and can rupture under the microcrack front end stress or heat to release the core.
  • the present invention provides a urea-formaldehyde polymer microcapsule material having good dispersibility, which can be used for the manufacture of self-repairing concrete materials, the main components are:
  • Polymer microcapsules 100, surfactant: 0. 5-5.
  • the surfactant is added to the polymer microcapsule material and stirred by a mixing device.
  • the microcapsule material does not agglomerate and is uniformly distributed in the concrete structure.
  • such microcapsule materials can improve the fluidity of the concrete slurry.
  • the present invention provides a technique for preparing a concrete material having a self-healing function.
  • the main components are: Concrete: 100, urea-formaldehyde resin microcapsules: 1-15, water: 15-50.
  • self-repairing concrete materials were produced.
  • the crack stress causes the microcapsule to rupture, and the released core can flow to the crack surface by capillary siphoning of the microcrack, and polymerizes in contact with the curing agent in the matrix to form a high-strength polymer.
  • the object heals the crack surface to achieve the purpose of repairing the material. Compared with the initial state and the fracture state of the material, the mechanical properties are obviously restored, especially the bending strength.
  • the present invention provides a method of making a concrete material having a self-healing function.
  • the following process can be used to manufacture a self-repairing concrete material in which the microcapsules are uniformly dispersed and stable, and the material is not broken during the mixing and curing process.
  • the stirring in the step (3) of the manufacturing method for repairing the concrete structural material using the organic microcapsule according to the present invention is a slow stirring (100-300 rpm) and then a rapid stirring (700-1000 rpm).
  • the watering in the step (4) of the method for manufacturing a concrete structural material using the organic microcapsules according to the present invention is to gradually add the concrete slurry, vibrate, and eliminate the air bubbles until the concrete slurry is filled with the mold.
  • the step (4) of the method for manufacturing a concrete structural material using the organic microcapsules according to the present invention is added to the concrete paddle body in three steps, and each time 1/3 of the amount is used until the concrete grout is filled with the mold.
  • the beneficial effects of the present invention are that the concrete material containing the urea-formaldehyde resin microcapsules has substantially no change or an increase in the flexural strength of the concrete material after undergoing the pre-destruction and solidification treatment of 8 MPa as compared with the corresponding concrete material.
  • the concrete strength of the concrete under the same conditions is significantly reduced.
  • Figure 1 is a UF / epoxy resin microcapsule dispersed in self-repairing concrete of the invention using a urea-formaldehyde polymer-based microcapsule;
  • Figure 2 is a fracture morphology of the self-repairing concrete composite
  • Figure 3 is a UF microcapsule/concrete interface in the self-repairing concrete composite
  • Figure 4 illustrates that the UF microcapsule material is not broken during the manufacture of the concrete material.
  • Example 1 The use of a diluent to improve the fluidity and bonding properties of the epoxy resin and improve the repair efficiency of the self-healing concrete composite.
  • a diluent to improve the fluidity and bonding properties of the epoxy resin and improve the repair efficiency of the self-healing concrete composite.
  • the viscosity is reduced from 8200mpa ⁇ s to 200 mpa ⁇ s, increasing the adhesiveness of epoxy adhesive.
  • the tensile strength changes from M. O MPa to 17. 6MPa
  • the modulus increases from 223. 3MPa 334.
  • 0MPa the addition of n-butyl glycidyl ether improves the mechanical properties of epoxy resin .
  • FTIR analysis confirmed that the diluent was involved in the crosslinking reaction between the epoxy adhesive and the curing agent.
  • Example 2 Urea-formaldehyde resin was used as a capsule wall, and a core material such as a repairing agent epoxy resin was wrapped to form a sealed capsule film, and microcapsules for self-repairing concrete composite materials were prepared. 10 ⁇ In a solution of 1.00 g of 35% formaldehyde, with triethanolamine to adjust the P H value to 8.5, under stirring and at 70 ° C constant temperature conditions, reaction for 1 hour, to obtain prepolymerization body. 80-160 ml of distilled water was added, and 14.0 g of epoxy resin in the first embodiment was added, and the mixture was vigorously stirred for 20 minutes to obtain an oil I aqueous emulsion having good stability.
  • the pH was adjusted to 4-5 with 2% sulfuric acid over a 2 hour period.
  • the reaction is carried out for 2 to 3 hours at a stirring speed of 300 to 1200 rpm and a reaction temperature of 50 to 80 ° C.
  • the product is cooled, washed with steam, dried, and the like to give a white microcapsule material.
  • the microcapsules are spherical, having an average particle diameter of 120 ⁇ m and a wall thickness of 3.5 ⁇ m.
  • the electron micrograph is shown in Fig. 1.
  • Example 3 The use of a surfactant to improve the fluidity and dispersibility of polymeric material microcapsules for the manufacture of self-healing concrete. 1.5 g of sodium dodecylbenzenesulfonate was added to 100 g of the polymer microencapsulated epoxy resin material described in the patent, and stirred for 30 minutes to obtain a powdery substance having good fluidity and dispersibility.
  • Example 4 A self-repairing concrete sample was prepared using a urea formaldehyde resin or a melamine formaldehyde or urea melamine formaldehyde polymer microcapsule material. Weighing 30.8 g of water, adding 2.0 g of urea-formaldehyde resin microcapsules, stirring until the microcapsules are fully dispersed; pouring water into a concrete mixing vessel, adding 100. 0 g of 'cement material; stirring, vibrating and watering Workpiece and other processes; Stand still. After 1 hour, the mold is removed, and the concrete slurry overflowing from the mold is scraped off and placed for 24 hours. After demoulding, the sample is transferred to the concrete standard curing box for 28 days.
  • the organic microcapsule concrete composite After the designed pressure damage and heat repair process, the organic microcapsule concrete composite has a flexural strength of 11.15 MPa, and the concrete material subjected to the same pressure failure and room temperature repair process has a flexural strength of 10. 0 MPa.
  • the crack stress causes the microcapsule to rupture, and the released core can flow to the crack surface by capillary siphoning of the microcrack, and polymerizes in contact with the curing agent in the matrix to form a high-strength polymer.
  • the object heals the crack surface to achieve the purpose of repairing the material.
  • Example 5 A technique for preparing a self-repairing concrete material using a urea-formaldehyde polymer microcapsule material. Weighing 30.8 g of water, adding 5.0 g of microcapsules, stirring until the microcapsules are fully dispersed; pour water into a concrete mixing vessel, adding 60.0 g of cement, 20. 0 g of sandstone, 10 g of phosphorus slag powder And 10 grams of fly ash and other materials; mixing, vibrating and watering the workpiece; after standing for 1 hour, the mold is removed, the concrete slurry overflowing the mold is scraped off and placed for 24 hours; after the mold is removed, the sample is transferred to the concrete. The standard maintenance box is maintained for 28 days.

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Description

技术领域
本发明涉及自修复混凝土及类似建筑材料， 尤其是涉及具有自修复功能的 混凝土与类似建筑材料及其制造方法。 背景技术
作为传统建筑材料的代表， 混凝土其固有的优点是抗压强度高， 耐久性好， 成本低， 广泛应用于工业与民用建筑、 桥梁、 道路工程、 地下工程、 水利水电 工程、 核电站、 港口和海洋工程等结构物， 目前又向着大跨结构、 高耸结构、 巨型结构和特种结构渗透， 是应用得最为广泛的建筑材料， 诞生至今， 已有 100 多年的历史。 可以预见， 将来混凝土依然是国家现代化建设不可缺少的建筑材 料。 在役混凝土结构由于在长期的使用过程中以及周围复杂环境的影响下， 会 不可避免地产生微小幵裂和局部损伤， 轻者会降低结构的使用寿命， 重者则危 及结构的安全。 因此， 对于使用在结构中的混凝土裂缝的修复是一个长期困扰 ： 着土木工程人员的技术难题。 对原材料、 配合比、 外加剂、 制造工序、 浇捣方 ；〈 法和养护工艺等方面加以研究和改进， 这些方法并未从根本上改变混凝土的性 ： 能弱点。 因此， 对在役结构出现的裂纹和损伤进行及时有效的修复成为科学研 究和工程应用中关心的重要问题。 由于地震、 风荷载、 冲击波等其它原因所造 成的宏观破坏， 可以通过肉眼发现并用传统的手工修复方式 （计划修复和事后 修复） 对裂纹进行修复。 在实际的混凝土工程结构中， 存在许多微小裂纹， 比 如基体的微幵裂等， 这些微观范围的损伤由于探测技术的局限性有可能探测不 到。 因此， 要对这些探测不到的裂纹和损伤进行修复， 就变得非常困难， 甚至 不可能。 如果这些裂纹或损伤不能得到及时有效的修复， 不但会影响结构的正 常使用性能和缩短使用寿命， 而且还有可能由此引发宏观裂缝并导致结构脆性 断裂， 产生严重的灾难性事故。 因此迫切需要采用某种技术或方式， 能主动、 自动地对裂纹和损伤部位进行修复， 恢复甚至提高混凝土材料的强度以达到延 长混凝土结构使用寿命的目的。 现有技术无法完善解决混凝土微裂纹的自诊断 和自修复问题。
混凝土裂缝的自修复是在混凝土传统组份中附和特殊组份 （如形状记忆合
1
替换页（细则第 26条) 金， 含胶粘剂的液芯纤维或胶囊等）， 在其内部形成智能型自修复系统， 当混凝 土材料中出现裂紋或损伤时， 自动触发修复反应， 使其愈合。
目前自修复混凝土结构研究集中在空心纤维修复技术， 虽然在实验室技术 中， 空心纤维胶囊证明了自修复混凝土的功能， 但是混凝土振捣等施工工艺会 扰动空心纤维胶囊的设计排列， 甚至会导致玻璃壁材的破裂， 即修复剂的过早 流失， 达不到修复混凝土的目的， 影响自修复混凝土的工艺可行性和自修复能 力的可重复性。在养化和使用过程中，微裂纹和裂纹在混凝土结构中大量出现， 随机性很大， 自修复技术要求修复胶囊均匀地分布在混凝土结构。 由于空心纤 维材料脆性的限制， 空心纤维胶囊不能够使用目前的工艺技术保证微胶囊材料 在混凝土中的均匀分布， 从而使纤维胶囊在混凝土结构的微裂纹自修复过程中 只能采用特殊混凝土材料和特殊工艺， 如自密实高性能混凝土和无捣工艺等。 这些困难从技术上限制了空心纤维胶囊在混凝土结构裂紋自修复工程的有效应 用。 空心纤维胶囊的表面性质， 壁材强度， 几何参数和摻量对混凝土的修复效 果有重要影响。 胶囊纤维壁材光滑， 不易于混凝土形成有效的相界面， 导致混 凝土的粘结强度降低。 空心纤维胶囊尺寸较大， 直径有时高达毫米级， 可以认 为在混凝土结构中引入修复剂的同时， 也不可避免地引入了缺陷， 降低了混凝 土自身强度和自修复效率。 空心纤维胶囊壁材玻璃强度较大， 混凝土微裂纹所 产生的应力， 可能难以提供足够的能量使空心纤维胶囊破裂， 因此使用该技术 有可能只能修复较大裂纹， 而对于混凝土结构的损坏 /断裂至关重要的微裂纹 的修复可能作用不大。 这就说明该方法在工程应用中尚有许多问题需要解决， 包括纤维胶囊耐久性、 修复时效性， 界面相容性， 修复可靠性和工程应用可行 性等问题。 微裂纹早期修复对于混凝土结构的耐久性是至关重要的， 所以使用 空心纤维胶囊技术不适用微裂纹的工程修复， 具有较大的局限性。 发明内容
为了解决现有空心纤维胶囊技术无法完善解决混凝土微裂纹的自诊断和自 修复的技术问题， 本发明提出了一种使用脲醛树酯类高分子微胶囊的自修复混 凝土。 通过合适的组分配比， 和工艺条件等， 形成高分子微胶囊混凝土自修复 结构。
2
替换页（细则第 26条) 本发明的技术方案是一种使用脲醛树脂类高分子微胶囊的自修复混凝土， 在混凝土中掺入具有修复微裂缝功能的脲醛树脂类高分子微胶囊， 其混凝土质 量配合比为： 混凝土 /微胶囊 /水 = 100: 1 - 15： 15 - 20。
根据本发明的一个优选实施例， 所述微胶囊内含粘合剂， 其包裹所述粘合 剂的囊壁是脲醛树脂类高分子材料制成。 所述脲醛树脂类高分子材料还包括三 聚氰胺甲醛， 尿素三聚氰胺甲醛， 也适用本发明所述的自修复混凝土材料与方 法。
根据本发明的一个优选实施例， 所述微胶囊的囊壁高分子材料与囊芯粘合 剂质量比为 100: 40— 80， 微胶囊为椭球形， 粒径为 10— 500微米， 壁厚为 1一 10微米。
根据本发明的一个优选实施例， 所述粘合剂具有良好的流动性和粘结强度， 可以是单组分粘合剂， 包括： 单组分聚氨酯胶粘剂， 有机硅厌氧胶， 丙烯酸酯 胶粘剂和氯丁胶粘剂等， 也可以是多组分环氧类粘合剂。
根据本发明的一个优选实施例， 所述多组分环氧类粘合剂， 包括： 双酚 A型 环氧树脂， 双酚 F型环氧树脂， 双酚 S型环氧树脂， 间苯二酚型环氧树脂； 有 机硅改性双酚 A型环氧树脂或有机钛改性双酚 A型环氧树脂。
根据本发明的一个优选实施例， 所述微胶囊混有 0. 1— 5 %的亲水表面活性 剂， 在混凝土结构中分布均匀； 所述亲水表面活性剂包括： 烷基苯磺酸钠， 聚 氧乙烯， 聚缩水甘油或多羟基化合物等的一种或多种。
根据本发明的一个优选实施例， 所述微胶囊含有 8— 30 %稀释剂，所述稀释 剂化学结构中含有能够改进环氧树脂的流动性并与环氧树脂一起和固化剂反应 的环氧基。 所述稀释剂包括： 环氧丙垸、 环氧丙垸甲基醚、 环氧丙垸乙基醚、 环氧氯丙烷、 环氧丙垸、 环氧丙醇、 环氧化辛烯一 1、 苯乙烯氧化物、 烯丙基缩 水甘油醚、 丁基縮水甘油醚、 苯基缩水甘油醚、 甲酚缩水甘油醚、 二溴苯基缩 水甘油醚、 溴代甲酚缩水甘油醚、 乙烯基环己烯单环氧化物、 甲基丙烯酸缩水 甘油醚、 2—乙基己基缩水甘油醚和对叔丁基苯基缩水甘油醚等
加入稀释剂增加流动性， 加入固化剂可以达到与混凝土良好的粘结强度。 根据本发明的一个优选实施例， 与所述环氧树脂反应的固化剂， 系中低温 反应型， 其包括： 直链脂肪族多胺， 聚酰胺， 脂肪族多胺， 芳香胺， 改性多胺，
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替换页（细则第 26条) 聚硫醇， 尿类衍生物， 咪唑类衍生物和有机户类衍生物中的一种或多种； 该固 化剂与所述环氧树脂的质量比为 12 - 35%。
本发明解决现有技术无法完善解决混凝土微裂纹的自诊断和自修复技术问 题所采用的另一技术方案是提供一种使用脲醛树酯类高分子微胶囊的自修复混 凝土的制造方法。 通过微胶囊表面性质的控制， 使得微胶囊与混凝土形成良好 界面。
本发明进一步的技术方案是一种所述使用脲醛树脂类高分子微胶囊的自修 复混凝土的制造方法， 包括以下步骤：
( 1 )称量足量的水， 加入适当比例脲醛树脂类高分子微胶囊， 轻微搅拌， 直到微胶囊充分分散；
( 2 ) 把水倒入水泥搅拌容器中， 加入相应质量的水泥；
( 3 ) 对水泥浆先慢速搅拌， 后转为快速搅拌；
( 4 ) 加入所需沙石等填充料后， 进行现场浇灌， 即分三步加入混凝土浆 体， 每次 1/3量为准， 进行振动， 排除气泡； 直到三次混凝土浆体加 满模具。
本发明解决现有技术无法完善解决混凝土微裂纹的自诊断和自修复的技术 问题所采用的进一步的技术方案是提供一种使用脲醛树酯类高分子微胶囊的自 修复混凝土样品的制造方法。 通过合适的组分配比， 和工艺条件等， 制备精确 控制的高分子微胶囊混凝土自修复结构及其表面和内部的特性， 保证样品的代 表性； 以便更好地整体性的评价自修复结构的混凝土。
本发明进一步的技术方案是一种所述使用脲醛树脂类高分子微胶囊的自修 复混凝土样品的制造方法， 包拮以下步骤：
( 1 ) 称量足量的水， 加入适当比例脲醛树脂类高分子微胶囊， 搅拌直到 微胶囊充分分散；
( 2 ) 把水倒入水泥搅拌容器中， 加入相应质量的水泥；
( 3 ) 对水泥浆进行先快后慢搅拌；
( 4) 振捣混凝土后， 逐步或分步浇灌工件；
( 5) 静置 1至 2小时后起模， 刮除模具上溢出的混凝土浆体， 放置 21至 26小时；
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替换页（细则第 26条) ( 6 ) 拆模后将样品转入混凝土标准养护箱， 养护 25至 31天。
本发明目的是提供具有自修复功能的混凝土及其制造方法。 通过微胶囊表 面性质的控制， 使得微胶囊与混凝土形成良好的界面。 通过合适的组分配比， 和工艺条件等， 制备高分子微胶囊混凝土自修复结构。
本发明使用稀释剂和固化剂与环氧树脂作用， 形成流动性好， 固化强度高 的高聚物， 在裂纹表面进行有效粘结， 达到恢复材料的力学性质和使用目的。
本发明使用具有良好分散性和稳定性的微胶囊材料， 经过混凝土典型生产 工艺， 微胶囊均匀地分散于混凝土基体中， 在混合和养护过程中微胶囊材料不 会发生破碎。 在裂紋过程中， 微胶囊在应力作用下释放出粘合剂， 对混凝土进 行修复。
在一个方面， 本发明提供了一类环氧树脂粘合剂应用于混凝土材料的自修 复， 其组分为： 环氧树脂： 100， 稀释剂： 10— 30， 固化剂： 15— 35。
其中稀释剂加入环氧树脂， 可以降低材料的粘度， 增加流动性。 改性后的 环氧树脂采用高分子材料进行包裹。 固化剂可以直接使用或者微胶囊化^使用。
在另一个方面， 本发明提供了用于自修复混凝土材料的修复剂微胶囊制备 方法。 通过化学法制备用于自修复混凝土复合材料的微胶囊技术， 将修复剂环 氧树脂等囊芯物质包裹起来， 形成密封性囊膜。 优势在于形成微胶囊后， 囊芯 被包裹与外界环境隔离，可使它免受外界的温度、氧气和紫外线等因素的影响， 在适当条件下， 破壁又能将囊芯释放出来。 用于自修复的微胶囊必须具有适当 的力学强度和耐热性， 活性囊芯物质应具备粘度较低， 反应后膨胀系数小、 粘 合强度高等性能， 这样既可保证其在复合材料成型过程中保持完整， 又能在微 裂纹前端应力或热作用下破裂释放出囊芯。 这些方法分别是：
采用脲醛树脂（UF)包裹环氧树脂：环氧树脂 /脲醛预聚体 =60— 80: 100， 体系起始酸度 pH为 7. 0— 8. 5， 温度为 25° (：。 用路易斯酸调节酸度至 2— 4， 在 60-90 °C反应 2— 4小时。 冷却， 蒸馏水洗涤， 干燥， 得到白色样品。
在另一个方面， 本发明提供了具有良好分散性的脲醛树脂高分子微胶囊材 料， 可以用于自修复混凝土材料的制造， 主要组分是：
高分子微胶囊： 100， 表面活性剂： 0. 5— 5。
将表面活性剂加入高分子微胶囊材料中， 采用混合设备进行搅拌。 在自修
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替换页（细则第 26条) 复混凝土材料的制备过程中， 这种微胶囊材料不发生团聚并在混凝土结构中分 布均匀。 另外， 这种微胶囊材料可以改进混凝土浆料的流动性。
在另一个方面， 本发明提供了制备具有自修复功能的混凝土材料技术， 主 要组分是： 混凝土： 100， 脲醛树脂微胶囊： 1一 15， 水： 15— 50。
经过典型的混凝土工艺和裂纹产生实验后， 制得自修复混凝土材料。 在自 修复混凝土材料中， 裂纹应力使得微胶囊破裂， 被释放出的囊芯能通过微裂纹 的毛细管虹吸作用流至裂纹面， 与基体中的固化剂接触发生聚合反应， 形成足 够强度的高聚物愈合裂纹面， 从而达到修复材料的目的。 与该材料起始状态和 破坏状态相比， 力学性能有明显恢复， 尤其是抗弯强度。
在另一个方面， 本发明提供了具有自修复功能的混凝土材料的制造方法。 对于含有有机微胶囊的混凝土配比， 采用如下工艺可以制造微胶囊分散均匀和 稳定性良好的自修复混凝土材料， 在混合和养护过程中材料没有发生破碎。
( 1 )称量足量的水， 加入适当脲醛树脂微胶囊， 搅拌直到微胶囊充分分散；
( 2 ) 把水倒入水泥搅拌容器中， 加入相应质量的水泥；
( 3 ) 对水泥浆进行搅拌； ，
(4) 加入所需沙石等填充料后振捣混凝土， 浇灌工件；
( 5 ) 静置 1个小时后起模， 刮除模具上溢出的混凝土浆体， 放置 24小时；
(6) 拆模后将样品转入混凝土标准养护箱， 养护 28天。
本发明所述使用有机微胶囊修复混凝土结构材料的制造方法步骤 （3 ) 中的 搅拌， 是先慢速搅拌 （100— 300rpm), 后转为快速搅拌 （700— 1000rpm)。
本发明所述使用有机微胶囊修复混凝土结构材料的制造方法步骤 （4) 中的 浇灌， 是逐步加入混凝土浆体， 进行振动， 排除气泡， 直到混凝土浆体加满模 具。
本发明所述使用有机微胶囊修复混凝土结构材料的制造方法步骤 （4) 中的 浇灌分三步加入混凝土桨体，每次 1/3量为准，直到三次混凝土浆体加满模具。
本发明的有益效果是含有脲醛树脂微胶囊的混凝土材料在经历了 8MPa的预 破坏和固化处理后， 与对应的混凝土材料相比， 其抗折强度基本不变或有所增 加。 经过相同条件的混凝土材料， 其抗折强度明显下降。 这些数据说明微胶囊 材料在损坏过程中释放出环氧树脂， 与固化剂在微裂纹中发生化学反应， 修复
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替换页（细则第 26条) 了破坏的结构， 实现了混凝土材料的自修复功能。 所以， 使用微胶囊可以制造 自修复混凝土材料， 达到自行诊断和修复混凝土中微裂痕， 防止所述微裂痕的 扩张， 维持建筑物的力学结构， 具有极大的经济价值和环保价值。 附图说明
图 1是本发明使用脲醛树脂类高分子微胶囊的自修复混凝土中散布的 UF / 环氧树脂微胶囊；
图 2是所述自修复混凝土复合材料的断裂形貌；
图 3是所述自修复混凝土复合材料中 UF微胶囊 /混凝土界面；
图 4说明所述 UF微胶囊材料在混凝土材料制造过程中没有破碎。 具体实施方式
以下结合附图详述本发明的具体实施例。 .
实施例 1.使用稀释剂改进环氧树脂的流动性和粘接性能， 提高自修复混凝 土复合材料的修复效率。在环氧胶粘剂 E- 51中加入 20 %固化剂十七垸基咪唑后， 再加入 20 %正丁基缩水甘油醚， 粘度从 8200mpa · s 降低到 200 mpa · s， 增加 了环氧胶粘剂流动性， 有利于毛细管虹吸作用发生； 拉伸强度变化从 M. O MPa 到 17. 6MPa， 模量从 223. 3MPa 增加 334. 0MPa， 证^正丁基缩水甘油醚的加入改 善了环氧树脂力学性能。 FTIR分析证明该稀释剂参与了环氧胶粘剂与固化剂交 联反应。
实施例 2.以脲醛树脂为囊壁， 将修复剂环氧树脂等囊芯物质包裹起来， '形 成密封性囊膜， 制备用于自修复混凝土复合材料的微胶囊。 将 10. 0克尿素溶于 20. 0克 37 %甲醛中， 用三乙醇胺调节 PH值到 8. 5, 在搅拌状态下和在 70° C 恒温条件下， 反应 1小时，制得预聚体。 加入 80— 160毫升蒸馏水， 加入实施方 案 1中 14. 0克环氧树脂， 强烈搅拌 20分钟， 得到稳定性较好的油 I水乳液。 在 2小时范围内， 用 2 %硫酸调节 pH值到 4一 5。 在搅拌速度 300— 1200 rpm, 反应温度 50— 80° C等条件下， 反应 2— 3小时。 产物经过冷却， 蒸镏水洗涤， 干燥等步骤，得到白色微胶囊物质。该微胶囊呈现球形，平均粒径为 120 微米， 囊壁厚度为 3. 5 微米， 电子显微镜照片见图 1。
替换页（细则第 26条） 实施例 3. 使用表面活性剂改进用于制造自修复混凝土的高分子材料微胶 囊流动性和分散性。 将 1. 5克十二垸基苯磺酸钠加入本专利所述的 100克高分 子微胶囊化的环氧树脂材料中， 经过搅拌 30分钟， 得到流动性和分散性良好的 粉末状物质。
实施例 4.使用脲醛树脂或三聚氰胺甲醛或尿素三聚氰胺甲醛高分子微胶囊 材料制备具有自修复功能混凝土样品。 称量 38. 0克水， 加入 2. 0克脲醛树脂微 胶囊， 搅拌直到微胶囊充分分散； 把水倒入混凝土搅拌容器中， 加入 100. 0 克 '水泥材料； 进行搅拌， 振捣和浇灌工件等工艺； 静置. 1 个小时后起模， 刮除模 具上溢出的混凝土浆体， 放置 24 小时； 拆模后将样品转入混凝土标准养护箱， 养护 28天。
对自修复水泥材料进行抗弯强度测试和断裂形貌分析。 在断裂过程中， 有 机微胶囊大部分被应力破坏， 也有小部分在有机微胶囊 /混凝土界面分离， 见 图 2。 有机微胶囊与混凝土可以形成了良好的界面， 见图 3。 力学性能采用三点 弯曲方法测试， 样品尺寸为 4厘米 X 4厘米 X 16厘米， 施加 8MPa使材料内部 生成预裂纹。 水泥材料抗折强度为 1 1. 3MPa。 经过设计的压力破坏后， 混凝土 材料抗折强度下降为 5. 5MPa。 该有机微胶囊混凝土复合材料经过设计的压力破 坏和热修复过程后，抗折强度为 11. 15MPa,经过相同压力破坏和室温修复工艺的 混凝土材料，抗折强度为 10. 0MPa。 这些数据显示:使用有机微胶囊的水泥复合 材料，与该材料起始状态和破坏状态相比，抗折强度变化不大或者有所增加， 力 学性能有明显恢复， 证明有机微胶囊对于水泥结构中的微裂纹具有修复效果。 在自修复混凝土材料中， 裂纹应力使得微胶囊破裂， 被释放出的囊芯能通过微 裂纹的毛细管虹吸作用流至裂纹面， 与基体中的固化剂接触发生聚合反应， 形 成足够强度的高聚物愈合裂纹面， 从而达到修复材料的目的。
实施例 5. 使用脲醛树脂高分子微胶囊材料制备具有自修复功能混凝土材 料的技术。 称量 38. 0克水， 加入 5. 0克微胶囊， 搅拌直到微胶囊充分分散； 把 水倒入混凝土搅拌容器中， 加入 60. 0克水泥， 20. 0克砂岩， 10克磷渣粉和 10 克粉煤灰等材料; 进行搅拌， 振捣和浇灌工件等工艺； 静置 1 小时后起模， 刮 除模具上溢出的混凝土浆体， 放置 24小时； 拆模后将样品转入混凝土标准养护 箱养护 28天。
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替换页（细则第 26条) 实施例 6.使用脲醛树脂高分子微胶囊材料制备具有自修复功能混凝土的方 法， 可以制造微胶囊分散均匀和稳定性良好的自修复混凝土材料。
( 1 ) 称量足量的水， 加入适当比例脲醛树脂高分子微胶囊， 搅拌直到微胶 囊充分分散；
(2 ) 把水倒入混凝土搅拌容器中， 加入相应质量的混凝土；
(3) 对混凝土浆进行慢速搅拌 （300rpni)， 然后转为快速搅拌 （800rpm) 搅 拌；
(4) 逐步加入混凝土浆体， 每次 1/3 量为准， 进行振动， 排除气泡， 直到 三次混凝土浆体加满模具。
( 5 ) 静置 1个小时后起模， 刮除模具上溢出的混凝土浆体， 放置 24小时；
(6 ) 拆模后将样品转入混凝土标准养护箱， 养护 28天。
从该材料中取出一块样品， 使用 5%硫酸腐蚀 5分钟， 用蒸馏水漂洗。 干燥 后，使用电子显微镜观察，见图 4。在混凝土材料混合制备，固化和养护过程中， 使用的微胶囊材料材料没有发生破碎。 这一现象说明采用高分子微胶囊技术制 备自修复混凝土材料具有良好的工艺可操作性， 自修复性能的可重复性和工业 应用的可能性。
上述的详细描述仅是示范性描述， 本领域技术人员在不脱离本发明所保护 的范围和精神的情况下， 可根据不同的实际需要设计出各种实施方式。 例如， 根据实际需要设计略有不同的配比或具体步骤， 均属本发明的保护范围。 .
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替换页（细则第 26条)

Claims

1. 一种使用脲醛树脂类高分子微胶囊的自修复混凝土， 其特征在于： 在混凝土中掺入具有修复微裂缝功能的脲醛树脂类高分子微胶囊， 其混凝土 质量配合比为： 混凝土 /微胶囊 /水 = 100: 1 - 15： 15— 50。
2. 根据权利要求 1 所述的自修复混凝土， 其特征在于： 所述微胶囊内含粘 合剂， 其包裹所述粘合剂的囊壁是脲醛树脂类高分子材料制成。
3. 根据权利要求 2 所述的自修复混凝土， 其特征在于： 所述微胶囊的囊壁 高分子材料与囊芯粘合剂质量比为 100: 40— 80， 微胶囊为椭球形， 粒径为 10 一 500微米， 壁厚为 1一 10微米。
4. 根据权利要求 2 所述的自修复混凝土， 其特征在于： 所述粘合剂是单组 分粘合剂， 包括： 单组分聚氨酯胶粘剂， 有机硅厌氧胶， 丙烯酸酯胶粘剂和氯 丁胶粘剂等， 或者是多组分环氧类粘合剂； 所述粘合剂具有良好的流动性和粘 结强度。
5. 根据权利要求 4所述的自修复混凝土， 其特征在于： 所述多组分环氧类 粘合剂， 包括： 双酚 A型环氧树脂， 双酚 F型环氧树脂， 双酚 S型环氧树脂， 间苯二酚型环氧树脂， 有机硅改性双酚 A型环氧树脂或有机钛改性双酚 A型环 氧树脂的一种或多种。
6. 根据权利要求 3 或 4所述的自修复混凝土， 其特征在于： 所述微胶囊预 混有 0. 1— 5 %亲水表面活性剂， 在混凝土结构中分布均匀； 所述亲水表面活性 剂包括： 垸基苯磺酸钠， 聚氧乙烯， 聚缩水甘油或多,羟基化合物的一种或多种。
7. 根据权利要求 6 所述的自修复混凝土， 其特征在于： 所述微胶囊含有 8 一 25 %稀释剂，所述稀释剂化学结构中含有能够改进环氧树脂的流动性并与环 氧树脂一起和固化剂反应的环氧基。
8. 根据权利要求 7 所述的自修复混凝土， 其特征在于： 与所述环氧树脂反 应的固化剂， 系中低温反应型， 其包括： 直链脂肪族多胺， 聚酰胺， 脂肪族多 胺， 芳香胺， 改性多胺， 聚硫醇， 尿类衍生物， 咪唑类衍生物和有机户类衍生
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替换页（细则第 26条) 物中的一种或多种； 该固化剂与所述环氧树脂的质量比为 12 - 35%。
9.一种如权利要求 1至 8所述使用脲醛树脂类高分子微胶囊的自修复混凝 土的制造方法， 其特征在于： 包括以下步骤：
(1)称量足量的水，加入适当比例脲醛树脂类高分子微胶囊，轻微搅拌， 直到微胶囊充分分散；
(2) 把水倒入水泥搅拌容器中， 加入相应质量的水泥；
(3) 对水泥浆先慢速搅拌， 后转为快速搅拌；
(4) 加入所需沙石等填充料后， 进行现场浇灌， 即分三步加入混凝土浆 体， 每次 1/3量为准， 进行振动， 排除气泡； 直到三次混凝土浆体加 满模具。
10. 一种如权利要求 1至 8使用脲醛树脂类高分子微胶囊的自修复混凝土样 品的制造方法， 其特征在于包括以下步骤：
(1) 称量足量的水， 加入适当比例脲醛树脂类高分子微胶囊， 搅拌直到 微胶囊充分分散；
(2) 把水倒入水泥搅拌容器中， 加入相应质量的水泥；
(3) 对水泥浆进行先慢后快搅拌；
(4) 振捣混凝土后， 逐步或分步浇灌工件；
(5) 静置 1至 2小时后起模， 刮除模具上溢出的混凝土浆体， 放置 21至 26小时；
(6) 拆模后将样品转入混凝土标准养护箱， 养护 25至 31天。
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