一种自愈合混凝土复合酶微胶囊材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自愈合混凝土复合酶微胶囊材料及其制备方法，该自愈合混凝土复合酶微胶囊材料含有如下重量百分比的组份，脲酶0.5～1％、甲酸脱氢酶0.5～1％、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸0.5～1％、醇解度大于99.5％的聚乙烯醇0.05～0.3％、尿素18～24％、甲酸钙39～52％、含钙缓凝剂5～10％和硅灰10～30％，其中脲酶、甲酸脱氢酶、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、与聚乙烯醇先经喷雾干燥工艺加工成微胶囊再与其它组份混合。使用了本发明专利技术这种自愈合混凝土复合酶微胶囊材料的混凝土，在有水的情况下可以使得混凝土的裂缝自愈合，从而提高混凝土的耐久性。

Self healing concrete composite enzyme microcapsule material and preparation method thereof

The invention discloses a self-healing concrete composite enzyme microcapsule material and a preparation method thereof. The self-healing concrete composite enzyme microcapsule material contains the components of the following weight percentage, urease 0.5-1%, formic dehydrogenase 0.5-1%, oxidized nicotinamide adenine dinucleotide 0.5-1%, and poly with alcoholysis degree greater than 99.5%. Vinyl alcohol 0.05 ~ 0.3%, urea 18 ~ 24%, calcium formate calcium 39 ~ 52%, calcium containing retarder 5 ~ 10% and silica fume 10 ~ 30%, urease, formate dehydrogenase, oxidized nicotinamide adenine dinucleotide, and polyvinyl alcohol first spray drying process to make microcapsules, and then mixed with other components. The concrete using the self-healing concrete composite enzyme microcapsule material can make the cracks of the concrete self-heal in the presence of water, thereby improving the durability of the concrete.

【技术实现步骤摘要】
一种自愈合混凝土复合酶微胶囊材料及其制备方法
本专利技术涉及土木工程技术混凝土防护领域，尤其涉及混凝土的裂缝修补
技术背景钢筋混凝土是当今世界上使用最多的建筑材料，混凝土材料存在着细小的毛细孔，在严酷的腐蚀环境下，有害离子以水为介质渗透至混凝土内部，通过物理、化学作用导致钢筋和混凝土产生腐蚀，最终导致结构失效。其中氯离子是通过破坏钢筋钝化膜使得钢筋锈蚀膨胀；CO32-与Ca(OH)2结合使得混凝土pH值降低；SO42-离子通过物理、化学作用使混凝土产生内部膨胀破坏。这些腐蚀因素都离不开水分的参与，此外北方地区冻融环境下的混凝土破坏直接跟水分渗透相关，而裂缝的存在加速了水分和有害离子的渗透速度。因此，修复混凝土的裂缝可以提升混凝土的耐久性。混凝土裂缝产生的原因众多，实际施工中难以一一避免，主要包括：混凝土塑性收缩裂缝、混凝干燥收缩裂缝、应力集中裂缝、分层浇筑导致混凝土的约束裂缝、地基不均匀沉降导致的结构变形开裂等。混凝土结构的劣化破坏过程，多是由于各种有害物质从外部向内部的渗透或迁移作用，因而混凝土结构的抗渗性是反映其耐久性的一个综合指标。裂缝的存在将直接影响到混凝土的抗渗性与耐久性，并且由于二氧化碳和其他有害物质能够通过裂缝较快地渗入到混凝土内部，因而裂缝处混凝土的碳化速度要远远大于无裂缝处。混凝土结构设计规范中允许混凝土结构带裂缝工作，但对裂缝宽度有一定的限制，当混凝土结构裂缝宽度超过一定数值后，环境中的水、氧气、二氧化碳以及氯离子等通过裂缝渗入混凝土内使钢筋锈蚀，最终影响到结构承载力能力。不同环境条件下裂缝对结构耐久性的危害程度是不同的。特别是处于地下、潮湿或有害气体条件下的混凝土构件，当裂缝宽度>0.2mm，深度超过保护层厚度，就会引起混凝土构件的钢筋锈蚀。混凝土结构的裂缝与钢筋的锈蚀相互作用可以加剧混凝土结构中钢筋的腐蚀破坏。一方面，混凝土结构的裂缝会增加混凝土的渗透性，加速混凝土的碳化和侵蚀介质的侵蚀，使钢筋的腐蚀加重；另一方面，钢筋的腐蚀膨胀又会造成混凝土的进一步开裂，从而进一步加重钢筋的电化学腐蚀。以上过程循环作用，使混凝土结构的耐久性大大降低。裂缝的形式对钢筋腐蚀有重要的影响，相对而言，平行于主筋的纵向裂缝，对于结构耐久性的影响，要比垂直于主筋的横向裂缝严重的多，构件破坏常由混凝土沿纵向顺筋开裂引起。顺筋裂缝发生后，钢筋锈蚀速度加快，最终导致保护层大片剥落，钢筋直径大幅度变细甚至断裂。钢筋混凝土结构中一旦由于钢筋腐蚀而引起混凝土出现顺筋开裂，会严重降低结构的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种能促使混凝土自愈合的复合酶微胶囊材料。本专利技术的第二目的在于提供上述复合酶微胶囊材料的制备方法。为了实现上述第一目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种自愈合混凝土复合酶微胶囊材料，其含有如下重量百分比的组份，脲酶0.5～1％、甲酸脱氢酶0.5～1％、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸0.5～1％、醇解度大于99.5％的聚乙烯醇0.05～0.3％、尿素18～24％、甲酸钙39～52％、含钙缓凝剂5～10％和硅灰10～30％，其中脲酶、甲酸脱氢酶、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、与聚乙烯醇先经喷雾干燥工艺加工成微胶囊再与其它组份混合。所述尿素和甲酸钙粉碎成粉末状，并按摩尔比约为1：1混合均匀。所述含钙缓凝剂是混凝土缓凝剂，其加入的目的是抵消甲酸钙的速凝作用，为粉末状，所述含钙缓凝剂选自干粉剂的糖钙、葡萄糖酸钙、柠檬酸钙、酒石酸钙、木质磺酸钙中的一种。所述硅灰是混凝土补强材料，其加入的目的是弥补因加入了有机物导致混凝土的强度损失。为了实现上述第二目的，本专利技术采用了以下技术方案：由上任一所述的自愈合混凝土复合酶微胶囊材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)配料；(2)将脲酶、甲酸脱氢酶、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、与聚乙烯醇先经喷雾干燥工艺加工成微胶囊；(3)将所制得的微胶囊与其它组份混合。混凝土裂缝的产生导致复合酶微胶囊的破裂和降解，释放出具有强烈催化作用的活性酶，在脲酶的催化作用下，尿素水解为CO2、NH3、H2O，甲酸钙与CO2反应生成CaCO3沉淀结晶，所生成的甲酸，被甲酸脱氢酶和NAD+(氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)催化释放出更多的CO2，经过一系列的化学反应以后，裂缝最终被CaCO3晶体重新封堵愈合，达到混凝土裂缝自愈合的目的。其反应方程式如下：C2H2O4Ca+CO2+2H2O→CaCO3↓+2HCOOH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)Ca(OH)2+CO2→CaCO3↓+H2O本专利技术采用自愈合混凝土复合酶微胶囊材料能赋予混凝土裂缝自愈合能力，把具有高效催化活性的复合生物酶，利用微胶囊造粒技术，以醇解度大于99.5％的聚乙烯醇等微胶囊壁材，经喷雾干燥工艺加工成一种具有聚合物壁的微型容器或包装物。然后利用尿素、甲酸钙在复合酶作用下生成CO2的特性，使得混凝土开裂部位在水或水蒸汽作用下把甲酸钙、含钙缓凝剂、氢氧化钙等可溶性钙盐生成CaCO3沉淀、矿化、结晶封堵裂缝，最终达到混凝土裂缝自愈合的目的，从而防止有害离子渗透捷径通道的形成。本专利技术的材料被制备为具有流动性的微胶囊和其他粉体的混合材料，使用方便，生产混凝土过程中一次性计量和掺入混凝土中。复核生物酶在微胶囊的保护下被混凝土材料均匀包裹，当混凝土发生开裂时，微胶囊有可能发生破裂，即使微胶囊不发生破裂，醇解度大于99.5％的聚乙烯醇也可以在微生物和水的作用下迅速降解，一般降解速度为46天降解75％，微胶囊破裂后释放出活性生物酶促进尿素的水解释放出CO2，在渗透水的作用下，游离的钙离子将生成CaCO3沉淀。使用了这种自愈合混凝土复合酶微胶囊材料的混凝土，在有水的情况下可以使得混凝土的裂缝自愈合，从而提高混凝土的耐久性。附图说明图1是本专利技术工艺原理图。具体实施方式为了使本领域技术人员能更进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关专利技术的详细说明。实施例1脲酶1％、甲酸脱氢酶1％、NAD+(氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)1％、PVA醇解度大于99.5％的聚乙烯醇0.3％、尿素24％、甲酸钙52％、含钙缓凝剂5％和硅灰15.7％，按以下步骤制备：(1)配料；(2)将脲酶、甲酸脱氢酶、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、与聚乙烯醇先经喷雾干燥工艺加工成微胶囊；(3)将所制得的微胶囊与其它组份混合。制得的复合酶微胶囊材料样品代号EM1。其中含钙缓凝剂选用干粉剂的葡萄糖酸钙。实施例2脲酶0.5％、甲酸脱氢酶0.5％、NAD+(氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)1％、PVA(醇解度大于99.5％的聚乙烯醇)0.3％、尿素20％、甲酸钙45％、含钙缓凝剂5％、硅灰27.7％，按以下步骤制备：(1)配料；(2)将脲酶、甲酸脱氢酶、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、与聚乙烯醇先经喷雾干燥工艺加工成微胶囊；(3)将所制得的微胶囊与其它组份混合。制得的复合酶微胶囊材料样品代号EM2。其中含钙缓凝剂选用干粉剂的柠檬酸钙。实施例3将实施例1、实施例2所得的样品EM1、EM2分别掺入到混凝土中，一般掺量为胶凝材料重量的0.8～2.0％，进行裂缝自愈合试验(按《水泥基渗透结晶型防水材料》(GB18445—2001)规范中的步骤进行)，分析如下：表1试验配合比其中，C3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自愈合混凝土复合酶微胶囊材料，其特征在于：含有如下重量百分比的组份，脲酶0.5～1％、甲酸脱氢酶0.5～1％、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸0.5～1％、醇解度大于99.5％的聚乙烯醇0.05～0.3％、尿素18～24％、甲酸钙39～52％、含钙缓凝剂5～10％和硅灰10～30％，其中脲酶、甲酸脱氢酶、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、与聚乙烯醇先经喷雾干燥工艺加工成微胶囊再与其它组份混合。

【技术特征摘要】
1.一种自愈合混凝土复合酶微胶囊材料，其特征在于：含有如下重量百分比的组份，脲酶0.5～1％、甲酸脱氢酶0.5～1％、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸0.5～1％、醇解度大于99.5％的聚乙烯醇0.05～0.3％、尿素18～24％、甲酸钙39～52％、含钙缓凝剂5～10％和硅灰10～30％，其中脲酶、甲酸脱氢酶、氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、与聚乙烯醇先经喷雾干燥工艺加工成微胶囊再与其它组份混合。2.根据权利要求1所述的自愈合混凝土复合酶微胶囊材料，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑文杰，曾俊杰，熊建波，范志宏，王胜年，
申请(专利权)人：中交四航工程研究院有限公司，中交第四航务工程局有限公司，广州港湾工程质量检测有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44