一种自修复材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及混凝土材料技术领域，具体公开一种自修复材料及其制备方法和应用。所述的自修复材料包括内层的增强组分和膨胀组分，以及外层的双层包覆层，所述双层包覆层的第一层为矿物吸附组分层，第二层为包覆于所述矿物吸附组分层外部的缓释组分层；其中，所述增强组分为碳酸盐或碳酸氢盐；所述膨胀组分为钙盐或钙的氧化物；所述矿物吸附组分层的材料为浮石粉；所述缓释组分层的材料为聚乙烯醇缩丁醛。本发明专利技术提供的自修复材料，能快速填充、修复各种因素造成的胶砂、砂浆、混凝土等水泥基材料的微裂缝或微损伤，补强效果佳，且具有较好的反复修复性。

【技术实现步骤摘要】
一种自修复材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及混凝土材料
，尤其涉及一种自修复材料及其制备方法和应用。
技术介绍
混凝土在经历了一个多世纪的发展后，已经从最初的由砂、石和水泥的简单组成的水泥混凝土发展为掺入第五组分、第六组分等多种组分组成的高性能混凝土，但是，由于混凝土的固有脆性致使其存在的拉压比较低、抗裂性差等问题依旧是混凝土工程领域的研究难点。如果混凝土早期形成的微观裂缝未及时修复，在外部荷载的作用下，微裂纹(或微损伤)就会继续扩大，扩展为宏观裂纹，进而降低建筑物的力学性能，劣化其整体性能，降低建筑物的使用寿命。目前，混凝土裂缝主要有两种修复方法：一种是修补方法，即在肉眼可观察到的宏观裂缝产生之后采用的被动修复方式，如灌浆、嵌缝封堵以及混凝土置换等方式。这种修复方式重复施工次数较多，提高了修复成本，而且还存在裂缝发现修复不及时、修复效果差等问题。另一种是自修复方式，即在微裂缝(或微损伤)在发展成宏观裂缝之前进行及时、有效的主动修复方式，如微生物自修复、渗透结晶自修复、矿物自修复等。其中，无机矿物自修复因施工简单、成本低等优点成为该领域的研究热点。但是，目前市售的混凝土矿物修复材料大都是通过自身硬化来填充裂缝，不能有效激发未水化水泥的活性，以及不能达到补强混凝土的效果，且部分修复材料还存在混凝土硬化早期因参与反应而被消耗，不能达到理想的裂缝效果的问题。因此，如何有效激发混凝土中未水化水泥的活性，延缓修复组分的释放速度，使自修复生成物与混凝土基体很好地融合为一体，达到较好的修复补强效果是混凝土修复材料领域亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中自修复材料不能达到理想的裂缝修复效果的问题，本专利技术提供一种自修复材料及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：一种自修复材料，包括内层的增强组分和膨胀组分，以及外层的双层包覆层，所述双层包覆层的第一层为矿物吸附组分层，第二层为包覆于所述矿物吸附组分层外部的缓释组分层；其中，所述增强组分为碳酸盐或碳酸氢盐；所述膨胀组分为钙盐或钙的氧化物；所述矿物吸附组分层的材料为浮石粉；所述缓释组分层的材料为聚乙烯醇缩丁醛。相对于现有技术，本专利技术提供的自修复材料，利用浮石粉的强吸附性使其均匀吸附在膨胀组分和增强组分的表面，形成一次包覆的修复组分粉体，并采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为缓释层进行二次成膜包覆，得到双层缓释阻挡的修复材料。其中，一次包覆采用浮石粉的强吸附作用进行包覆，可产生不完全包覆的效果，二次包覆采用PVB成膜包覆可形成完整的包覆效果，避免修复组分在混凝土拌合过程中发生水化作用而被提前消耗。当裂缝产生，水分进入形成碱性物质，PVB包覆膜溶解，浮石粉迅速与混凝土中的Ca2+反应生成胶结力很强的C-S-H凝胶体，增强与混凝土基体的粘结性；同时，未被浮石粉包覆的膨胀组分和增强组分也快速发应生成高强或膨胀的晶体，最终在裂缝中形成凝胶体包覆晶体、紧密交织晶体的网状结构，并和周围的硬化浆体很好的胶结在一起，不仅达到了优异的修复效果，还达到了很好的补强作用；被浮石粉包覆的膨胀组分和增强组分，由于浮石粉反应生成的C-S-H凝胶较为致密，水化速度较慢，因此，在早期未来得及发生水化反应的部分，在后期再次有裂缝产生时，可继续提供修复组分，发生二次膨胀以及二次水化作用，以使得体系具有反复修复性。优选的，所述增强组分、膨胀组分、浮石粉和聚乙烯醇缩丁醛的质量比为20-30:40-60:10-15:10-20。选择PVB作为缓释层组分进行二次包覆，是由于PVB具有优异的成膜性能，可提高包覆率，进而有效提高材料的缓释效果，同时，PVB对本专利技术中一次包覆颗粒具有具有独特的润湿分散效果，可以提高一次包覆粉体之间的分散性，进而在制备过程中无需研磨分散，即可达到较好的分散效果。在修复过程中，浮石粉迅速与混凝土中的Ca2+反应生成胶结力很强的C-S-H凝胶体，同时，膨胀组分提供的钙氧化物和钙盐迅速与水反应生成Ca(OH)2和钙矾石(Aft)等膨胀性晶体物质，增加裂缝中的固相体积，提高裂缝的填充率，增强组分提供大量的碳酸根离子或碳酸氢根离子，可以混凝土和膨胀组分中的Ca2+反应生成高强的CaCO3，同时激发周围未水化水泥的水化，进一步提高裂缝的填充率以及生成物与基体的粘结融合性；C-S-H凝胶体与高强或膨胀的晶体同时迅速生成，最终在裂缝中形成C-S-H凝胶体包覆晶体、晶体之间紧密交织的网状结构，并与周围混凝土很好地融合在一起，不仅能很好地修复裂缝，提高了修复速度，还能起到较高的补强作用。优选的各组分之间的比例关系，不但可以提高修复效果，还能达到较高的补强效果。优选的，所述增强组分为碳酸锂、碳酸钾或碳酸氢钙中至少一种。增强组分中的碳酸根或碳酸氢根可与混凝土和膨胀组分中的Ca2+形成CaCO3，密实填充修复裂缝，并能激发未水化水泥的水化，提高裂缝的填充率以及生成物与基体的粘结融合性，且高强的CaCO3生成还能提高修复后基体的整体强度。优选的，所述膨胀组分为质量比为45-55:10-15:10-20的轻烧氧化钙、硫铝酸钙熟料和硬石膏的混合物。优选的，所述膨胀组分的比表面积为150-250m2/Kg。优选的膨胀组分和增强组分协同，不仅能提高基体的抗裂性，而且可及时持续修复基体中出现的微裂缝或微损伤，达到较高的修复和补强效果。优选的，所述浮石粉的细度为1250-2500目。优选的浮石粉的细度有利于浮石粉成分包覆增强组分和膨胀组分，并提高浮石粉的反应活性，使浮石粉迅速与混凝土中Ca2+反应生成C-S-H凝胶体。本专利技术还提供了自修复材料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：步骤一、按照设计配比称取各组分，将称取的增强组分和膨胀组分混合均匀，得复合粉；步骤二、将所述复合粉和浮石粉于700-900r/min的条件下，搅拌2-3h，得一次包覆修复粉体；步骤三、将称取的聚乙烯醇缩丁醛溶于乙醇中，得缓释溶液；步骤四、将所述一次包覆修复粉体和缓释溶液混合均匀，烘干，得所述自修复材料。本专利技术提供的自修复材料的制备方法简单，无需研磨就可达到较高的分散效果，成本低，适合工业化生产。优选的，步骤三中，所述缓释溶液中聚乙烯醇缩丁醛的质量浓度为5-10wt％。优选的缓释溶液的浓度有利于包覆成膜，并提高对一次包覆修复粉体的润湿分散性。本专利技术还提供了上述任一项所述的自修复材料在混凝土中的应用。优选的，所述自修复材料的用量为混凝土中胶凝材料的质量的6-10％。更优选的，所述自修复材料的用量为混凝土中胶凝材料的质量的8％。本专利技术提供的自修复材料在混凝土中应用时掺杂量仅需为胶凝材料质量的6-10％，在较小的掺杂量下，不仅可有效填满、修复裂缝，且修复速度快，修复效果佳，同时还能提高基体的整体强度，具有较高的实用价值和推广价值。附图说明图1掺入本专利技术实施例1制备的修复剂的胶砂试件标准养护至28d后，采用三点弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自修复材料，其特征在于，包括内层的增强组分和膨胀组分，以及外层的双层包覆层，所述双层包覆层的第一层为矿物吸附组分层，第二层为包覆于所述矿物吸附组分层外部的缓释组分层；/n其中，所述增强组分为碳酸盐或碳酸氢盐；所述膨胀组分为钙盐和钙的氧化物；所述矿物吸附组分层的材料为浮石粉；所述缓释组分层的材料为聚乙烯醇缩丁醛。/n

【技术特征摘要】
1.一种自修复材料，其特征在于，包括内层的增强组分和膨胀组分，以及外层的双层包覆层，所述双层包覆层的第一层为矿物吸附组分层，第二层为包覆于所述矿物吸附组分层外部的缓释组分层；
其中，所述增强组分为碳酸盐或碳酸氢盐；所述膨胀组分为钙盐和钙的氧化物；所述矿物吸附组分层的材料为浮石粉；所述缓释组分层的材料为聚乙烯醇缩丁醛。


2.如权利要求1所述的自修复材料，其特征在于，所述增强组分、膨胀组分、浮石粉和聚乙烯醇缩丁醛的质量比为20-30:40-60:10-15:10-20。


3.如权利要求1或2所述的自修复材料，其特征在于，所述增强组分为碳酸锂、碳酸钾或碳酸氢钙中至少一种。


4.如权利要求1或2所述的自修复材料，其特征在于，所述膨胀组分为质量比为45-55:10-15:10-20的轻烧氧化钙、硫铝酸钙熟料和硬石膏的混合物。


5.如权利要求4所述的自修复材料，其特征在于，所述膨胀组分的比表面积为150-250m2/Kg。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘汉东，李志明，底杰，赵晓栋，张磊，许光，李丽莎，康屾，陈红远，
申请(专利权)人：刘汉东，
类型：发明
国别省市：河北;13