一种复合结构自修复微胶囊颗粒及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及混凝土用自修复微胶囊颗粒技术领域，尤其涉及一种复合结构自修复微胶囊颗粒及其制备方法和应用。所述微胶囊颗粒由囊芯和囊壁组成，囊芯为修复裂缝的粉体修复剂；囊壁为双层结构，其中，内囊壁包裹在囊芯的外表面，外囊壁包裹在内囊壁表面；且内囊壁的材质为水泥，外囊壁的材质为聚乙烯醇。水泥内囊壁能够提供强度，PVA外囊壁具有良好的成膜和防水性能，解决了微胶囊透水性过高的问题，又使微胶囊具有足够强度，因此保证了囊芯修复剂不因微胶囊搅拌致裂或渗水提前失效，又大大降低了微胶囊对混凝土基体力学性能的负面影响；最终使微胶囊在服役期间发挥自修复作用，及时有效地修复混凝土中的微裂缝，更好地保障混凝土结构的使用寿命。

Self repairing microcapsule with composite structure and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种复合结构自修复微胶囊颗粒及其制备方法和应用
本专利技术涉及自修复微胶囊颗粒
，尤其涉及一种用于修复混凝土裂缝/裂纹的复合结构自修复微胶囊颗粒及其制备方法和应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。现如今，混凝土仍是世界上用量最大、应用最广的建筑材料，但混凝土呈脆性，且受温度、载荷等因素影响容易产生大量微裂缝。一方面，混凝土中裂缝的出现减小了结构的承力面积，使结构的强度有所下降；另一方面，裂缝为外部环境中二氧化碳、氧气、水分及腐蚀性离子进入混凝土内部提供了快速通道，加速钢筋混凝土结构的腐蚀，严重威胁建筑物的稳定性、安全性、耐久性。因此，研究如何及时修复混凝土中产生的微裂缝对钢筋混凝土结构达到其设计使用年限是非常必要的。普通混凝土因裂缝周围未水化水泥的二次水化作用及氢氧化钙的结晶沉淀作用而具备一定的自修复能力，但这种靠自身修复的能力较弱，自然条件下无法达到理想的效果。为了能够对混凝土中出现的裂缝进行修复，目前主要采用两类方法，人工修补法和自修复法。人工修复方法是通过定期监测和检测发现混凝土表面的宏观裂缝并予以修补。但这种方法会耗费大量的人力物力，而且不能及时发现细小的裂缝，无法从早期就解决问题。自修复方法有多种，其中将包裹修复剂的微胶囊颗粒在拌制混凝土时掺入混凝土中是目前较为常见且有效的方法。当混凝土产生裂缝时，附近的微胶囊囊壁在裂缝尖端应力的作用下破裂，修复剂散落并随水分散到裂缝周围，生成水化产物或膨胀性物质沉积填充在裂缝中，从而达到愈合裂缝的效果。自修复微胶囊颗粒能在混凝土开裂时自行感应并修复损伤，使混凝土的耐久性得到更好的保障。因此吸引了国内外大量学者进行研究推广。上述方法中，微胶囊的制备是关键。目前主要采用高分子材料作为囊壁材料制备微胶囊。高分子材料作为囊壁材料，它具有一定的防水性能，能够保护微胶囊中的修复剂在裂缝出现之前不因与水分接触而失效。但这种囊壁本身不具备较高的强度和硬度。为便于修复时快速发挥作用，微胶囊内部的修复剂颗粒通常是松软的，硬度和所提供的强度也很小。如果此类微胶囊作为原材料掺入混凝土中，一方面建筑物的各种力学性能将会受到影响，不利于结构的安全性；另一方面，在搅拌混凝土的过程中，低强度的微胶囊不能够为松软的修复剂提供足够的承载力保护，容易被高速运转的搅拌机破坏，从而无法在后期服役期间发挥修复损伤的作用。此外，还有利用无机材料如硬化水泥浆体作为囊壁材料制备微胶囊；然而，本专利技术人研究发现：这类微胶囊的强度和硬度得到了保证，但不存在高分子材料的优势，即微胶囊的透水性大大增加。一旦混凝土内的游离水通过孔隙进入微胶囊内部，与修复剂发生反应，当裂缝产生时，微胶囊已经失效，因而也无法很好地起到自修复的作用。
技术实现思路
为解决因强度不足或透水性过高引起的自修复微胶囊颗粒失效的问题，本专利技术提出了一种具有复合结构囊壁的自修复微胶囊颗粒，这种自修复微胶囊既解决了微胶囊透水性过高的问题，又使微胶囊具有足够的强度，因此保证了囊芯修复剂不因微胶囊搅拌致裂或渗水提前失效，又大大降低了微胶囊对混凝土基体力学性能的负面影响。本专利技术的第一目的，是提供一种复合结构自修复微胶囊颗粒。本专利技术的第二目的，是提供所述复合结构自修复微胶囊颗粒的制备方法。本专利技术的第三目的，是提供所述复合结构自修复微胶囊颗粒及其的制备方法的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术手段为：首先，本专利技术公开一种复合结构自修复微胶囊颗粒，其由囊芯和囊壁组成，所述囊芯为修复裂缝的粉体修复剂；所述囊壁为双层结构，其中，内囊壁包裹在囊芯的外表面，外囊壁包裹在内囊壁表面；且所述内囊壁的材质为水泥，外囊壁的材质为聚乙烯醇(PVA)。其次，本专利技术公开所述复合结构自修复微胶囊颗粒的制备方法，步骤为：(1)将调配好的粉体修复剂进行造粒形成囊芯，完成后进行筛分，将筛分得到的囊芯烘干，即得目标囊芯；(2)通过造粒的方式将水泥粉末形成的水泥浆包覆在目标囊芯表面，然后将得到的产物养护使水泥浆硬化，得到具有内囊壁的微胶囊；(3)通过包衣的方式将PVA溶液成膜到所述具有内囊壁的微胶囊的外表面，即得。最后，本专利技术公开所述复合结构自修复微胶囊颗粒及其制备方法得到的产品在建筑领域中的应用；如用于混凝土建筑裂缝的修补等。与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：(1)水泥基材料的内囊壁能够提供强度，而PVA外囊壁具有良好的成膜性能和防水性能，同时给内部提供环向约束力，既解决了微胶囊透水性过高的问题，又使微胶囊具有足够的强度，因此保证了囊芯修复剂不因微胶囊搅拌致裂或渗水提前失效，又大大降低了微胶囊对混凝土基体力学性能的负面影响；最终使微胶囊在服役期间发挥自修复作用，及时有效地修复混凝土中的微裂缝，更好地保障混凝土结构的使用寿命。(2)对比选取了一种性价比最高的PVA颗粒及快硬性水泥，并确定PVA薄膜作为外囊壁。当微胶囊受力破裂时，外囊壁黏附着内囊壁一起脱落，释放出修复剂，减少了修复剂的损失，增强修复效果。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例1的复合结构自修复微胶囊颗粒的结构示意图；其中，1代表囊芯，2代表囊壁，2.1代表内囊壁，2.2代表外囊壁。图2为本专利技术实施例1制备的复合结构自修复微胶囊颗粒在电子显微镜下的效果图。图3为本专利技术实施例1制备的复合结构自修复微胶囊颗粒浸泡后在电子显微镜下的效果图。图4为本专利技术实施例1制备的复合结构自修复微胶囊颗粒切开浸泡后在电子显微镜下的效果图。图5为本专利技术实施例1制备的复合结构自修复微胶囊颗粒掺入前后试件的抗压强度对比图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如前文所述，单独采用高分子材料或水泥基材料作为囊壁材料时，存在因强度不足或透水性过高引起的自修复微胶囊颗粒失效的问题。因此，本专利技术提出了一种具有复合结构囊壁的自修复微胶囊颗粒，能够很好地解决目前存在的问题，现对该技术方案进一步说明。在一些典型的实施方式中，所述复合结构自修复微胶囊颗粒为球形结构。在一些典型的实施方式中，所述内囊壁的材质包括普通水泥、快硬水泥等。在一些典型的实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合结构自修复微胶囊颗粒，其特征在于，由囊芯和囊壁组成，所述囊芯为修复裂缝的粉体修复剂；所述囊壁为双层结构，其中，内囊壁包裹在囊芯的外表面，外囊壁包裹在内囊壁表面；且所述内囊壁的材质为水泥，外囊壁的材质为聚乙烯醇。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合结构自修复微胶囊颗粒，其特征在于，由囊芯和囊壁组成，所述囊芯为修复裂缝的粉体修复剂；所述囊壁为双层结构，其中，内囊壁包裹在囊芯的外表面，外囊壁包裹在内囊壁表面；且所述内囊壁的材质为水泥，外囊壁的材质为聚乙烯醇。


2.如权利要求1所述的复合结构自修复微胶囊颗粒，其特征在于，所述内囊壁的材质包括普通水泥、快硬水泥中的任意一种。


3.如权利要求1所述的复合结构自修复微胶囊颗粒，其特征在于，所述粉体修复剂的原料组成为：按质量百分数计，包括30-50％膨胀剂、10-20％硅灰、15-25％石灰粉、15-25％碳酸钠。


4.如权利要求1-3任一项所述的复合结构自修复微胶囊颗粒，其特征在于，所述复合结构自修复微胶囊颗粒为球形结构。


5.权利要求1-4任一项所述复合结构自修复微胶囊颗粒的制备方法，其特征在于，步骤为：
(1)将调配好的粉体修复剂进行造粒形成囊芯，完成后进行筛分，将筛分得到的囊芯烘干，即得目标囊芯；
(2)通过造粒的方式将水泥粉末形成的水泥浆包覆在目标囊芯表面，然后将得到的产物养护使水泥浆硬化，得到具有内囊壁的微胶囊；
(3)通过包衣的方式将PVA溶液成膜到所述具有内囊壁的微胶囊的外表面，即得。


6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，粉体修复剂进行造粒的方法为：
1)将调配好的修复剂混合粉末部分放入盘式造粒机中，在造粒机旋转的过程中分批次将水喷涂到所述混合粉末上，使粉末初步凝聚成球状，得到球状修复剂；
2)然后在球状修复剂表面继续同时施加混合粉末和水雾，使球状修复剂在滚动的过程中直径逐渐变大，直至观察到圆盘内颗粒大小达到理想的范围；然后将直径合适的球状修复剂及时筛出；
3)将筛出的状修复剂放入烘箱中干燥，即得囊芯；
优选地，所述粉体修复剂进行造粒的整个过程在温度为20±2℃，相对湿度为50±5％的环境中进行；
优选地，所述筛出的状修复剂直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：常洪雷，刘健，曲明月，薛志超，陈鲁川，程梦莹，解全一，
申请(专利权)人：山东大学，齐鲁交通发展集团有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37