用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊，包括芯材和包覆芯材的壁材。所述芯材按重量份数计，由80

【技术实现步骤摘要】
用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料领域，涉及一种用于混凝土的自修复材料，具体涉及环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊及其制备方法。

技术介绍

[0002]混凝土材料具备成本低、可塑性好和取材方便等特点，已经成为目前应用最广泛的建筑材之一。钢筋混凝土材料由钢筋和混凝土材料混合使用组成；其中，钢筋较强的抗拉能力弥补了混凝土本身较弱的抗拉性能，从而增加了混凝土材料的应用范围。但混凝土在服役过程中往往会因温度或腐蚀介质的渗入等造成开裂，从而缩短服役寿命。混凝土开裂的原因主要有如下几种：(1)混凝土的收缩。在硬化过程中，由于内部水分蒸发造成的干湿变化，导致混凝土内部产生空隙，进而使得混凝土体积收缩，从而产生收缩裂缝。(2)温度应力的影响。水泥水化过程中产生的水化热较高，致使混凝土内部温度升高，混凝土内外产生温度差，进而产生温度应力，造成混凝土开裂。(3)碱
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骨料反应的影响。水泥中的碱性氧化物与骨料中的SiO2反应，在骨料表面生成碱硅酸凝胶，凝胶吸水后体积发生膨胀导致混凝土开裂。(4)外部荷载的作用。混凝土在受到比自身强度高的外部荷载时，也会产生裂缝。
[0003]此外，随着海洋经济的发展，钢筋混凝土材料在海洋工程中的应用也越来越广泛。处于潮湿环境中的钢筋混凝土材料，常因钢筋锈蚀和混凝土腐蚀开裂而过早发生结构耐久性的失效乃至破坏。这些现象不但在经济上造成了不可估量的损失，甚至可能造成突发性建筑破坏造成无法挽回的生命损失。
[0004]为延长混凝土结构的服役寿命，需要对裂纹及时进行修复。目前，针对混凝土结构开裂等问题，基于微胶囊技术的自修复水泥基复合材料成为研究热点；现有的微胶囊体系大多以有机材料作为修复剂和固化剂，但这种微胶囊体系存在以下几个问题：(1)制备过程繁琐，生产成本高，不易实现大规模的生产应用；(2)且粒径较小，仅为几微米到几十微米之间，在水泥基材料中的分散性不好；(3)有机修复产物与基体相容性不高，使混凝土的强度降低；(4)依靠裂缝尖端的微胶囊在集中应力的作用下破裂而触发，无法保证所有的微胶囊都能被裂缝破坏，修复效率低；(5)无法针对有害离子的入侵而及时地做出反应，导致有害离子能够通过裂缝扩散至混凝土的内部而腐蚀混凝土及其内部的钢筋。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中自修复体系所存在的问题，本专利技术提供了一种以无机类固化剂、膨胀型修复剂为芯材的微胶囊及其制备方法。所述微胶囊的修复产物具有膨胀性且力学性能优异，能够保证裂纹的有效填充；还具备腐蚀介质触发型壁材，在氯离子的入侵时能够针对性的生成修复产物，修复微裂缝、阻塞氯离子的扩散通道，从而有效地抑制裂缝的发展，达到延长混凝土结构服役寿命的目的，具有广阔的市场应用前景。
[0006]本专利技术的技术方案：用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊，包括芯
材和包覆芯材的壁材。所述芯材按重量份数计，由80
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100份膨润土修复剂、10
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30份粘土固化剂、15
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35份MgO膨胀剂和2
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8份粘合剂组成；所述膨润土修复剂由60
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70％二氧化硅、20
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32％三氧化二铝和6
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10％水组成，所述粘土固化剂由10
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40％二氧化硅、15
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40％氧化钙、20
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40％铝酸钙、10
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50％硫酸钾铝、20
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60％水泥和40
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60％粘土组成。所述壁材按重量份数计，由0.5
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1份氯离子触发剂和3
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8份囊壁材料组成，所述囊壁材料为乙基纤维素或聚乙烯醇。其中，所述的粘合剂为微晶纤维素、吐温80和羟丙基甲基纤维素中的一种或几种。所述的氯离子触发剂为氯化亚铜、硫酸铅和氯化银中的一种或几种；氯离子触发剂的粒径为0.01
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100μm。本专利技术所述的微胶囊破裂后，在有水渗入的情况下，芯材中的固化剂与修复剂能够发生反应，生成膨胀性产物对裂缝进行填充，而且MgO作为膨胀剂遇水生成膨胀性产物Mg(OH)2，能够进一步加强水泥基材料的力学性能。
[0007]本申请所述的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊，以无机类材料作为微胶囊的芯材，因此，其生成的修复产物与基体有很好的相容性，解决了有机修复产物与基体相容性不高致使混凝土的强度降低的技术问题。此外，与一般混凝土体系中阻止氯离子侵蚀反向而行，本申请所述的微胶囊体系，巧妙地选择了海洋环境中典型的侵蚀性离子氯离子作为触发因子，将“氯离子响应”引入到了微胶囊体系的触发方式中。这样，所述微胶囊能够对氯离子的入侵，针对性的形成修复产物，对水泥基材料中的裂纹进行修复，有效地抑制了裂缝的发展并阻塞了氯离子的扩散通道，从而达到延长水泥基材料服役寿命的目的。
[0008]如前所述的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)芯材造粒：称取80
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100份膨润土修复剂、10
‑
30份粘土固化剂、15
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35份MgO膨胀剂、2
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8份粘合剂，混合均匀后加入造粒机中。在20
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70r/min的转速下开启喷雾装置和空气泵供液，20
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30min至颗粒成型后停止供液，得到囊芯颗粒，通过对转速进行控制，得到不同粒径的囊芯颗粒。所述囊芯颗粒的粒径为100
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800μm；所述囊芯颗粒的硬度为21
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123MPa。
[0010](2)壁材改性：称取3
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8份乙基纤维素溶解于100份溶剂中，得到壁材溶液；然后将0.5
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1份氯离子触发剂加入壁材溶液中分散均匀，得到改性的壁材溶液。所述的溶剂为无水乙醇、环己烷、甲苯和去离子水中的一种或几种。通过采用氯化亚铜、硫酸铅或氯化银等腐蚀介质触发剂对微胶囊壁材进行改性，使微胶囊壁材具有对力场与化学场耦合作用下的动态损伤响应能力。
[0011](3)喷雾包衣：将步骤(1)制备的囊芯颗粒于造粒机中，待造粒机转速稳定后将步骤(2)中得到的改性后的壁材溶液倒进喷雾装置中，打开空气泵开始喷液包衣，直至囊壁溶液喷完后停止供液；然后在50
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80℃的恒温条件下风热干燥100
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120min，即得到无机芯材自修复微胶囊。将所制的胶囊在恒温条件下进行干燥，可以避免微胶囊之间的互相粘结。通过喷入不同质量的包衣液，可以得到壁材增重率不同的微胶囊。其中，所述壁材溶液与囊芯颗粒的重量比为(3
‑
5)：10；所述的转速为30
‑
60r/min。
[0012]微胶囊的触发原理：
[0013](1)氯离子触发：在Cl
‑
充足的情况下，触发剂会与Cl
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊，包括芯材和包覆芯材的壁材；其特征在于：所述芯材按重量份数计，由80
‑
100份膨润土修复剂、10
‑
30份粘土固化剂、15
‑
35份MgO膨胀剂、2
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8份粘合剂组成；所述膨润土修复剂由60
‑
70%二氧化硅、20
‑
32%三氧化二铝和6
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10%水组成，所述粘土固化剂由10
‑
40%二氧化硅、15
‑
40%氧化钙、20
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40%铝酸钙、10
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50%硫酸钾铝、20
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60%水泥和40
‑
60%粘土组成；所述壁材中含有氯离子触发剂。2.根据权利要求1所述的用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊，其特征在于：所述壁材按重量份数计，由0.5
‑
1份氯离子触发剂和3
‑
8份囊壁材料组成，所述囊壁材料为乙基纤维素或聚乙烯醇。3.根据权利要求2所述的用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊，其特征在于：所述的粘合剂为微晶纤维素、吐温80和羟丙基甲基纤维素中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊，其特征在于：所述的氯离子触发剂为氯化亚铜、硫酸铅和氯化银中的一种或几种；氯离子触发剂的粒径为0.01
‑
100μm。5.如权利要求2所述的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）芯材造粒：称取80
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100份膨润土修复剂、10
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30份粘土固化剂、15
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【专利技术属性】
技术研发人员：马衍轩，葛亚杰，吴睿，赵飞，付双阳，张鹏，秦玲，李晓东，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：