一种快速封闭修复的水泥基材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种快速封闭修复的水泥基材料及其制备方法和应用，该水泥基材料包括水凝胶单体微球和交联剂微球，两种微球均为核壳型结构，内核为水凝胶单体或交联剂，外壳为水泥，微球表面附着一层疏水有机薄膜，制备步骤为：

【技术实现步骤摘要】
一种快速封闭修复的水泥基材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种水泥基材料及其制备方法和应用，具体涉及一种快速封闭修复的水泥基材料及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]水泥基材料作为建筑和基础设施领域的主要构造材料，具备承重能力和耐久性，然而裂缝问题却常常困扰着其应用
。
首先，裂缝严重影响结构的美观性和功能性；其次，裂缝会让外部环境进入材料内部，导致腐蚀
、
脱落等问题，降低材料的耐久性；而且，裂缝还可能成为水分侵入的通道，引发冻融循环等问题，加速材料的老化和损坏，严重影响材料的性能和寿命，所以解决水泥基材料裂缝问题的必要性不容忽视
。
[0003]针对此类问题，有学者正在研究水泥基材料开裂自修复技术，包括无机化学自修复技术
、
有机材料自修复技术
、
微生物自修复技术等，此类技术解决了传统修复方法的高成本
、
低效率的问题，并且可以涉及到不可见的裂缝或者难以触及的裂缝
。
本专利技术所涉及到的技术是有机材料自修复技术，目前已有部分研究，如专利：具有
pH
响应性的水凝胶包封细菌芽孢自修复材料及水泥基混凝土自修复方法公开了一种新型的具有
pH
响应特性的水凝胶材料对细菌芽孢进行包封，提高了微生物在水泥中的存活率；专利：一种水泥环微裂缝修复纳米复合水凝胶
、
自修复性水泥及制备方法公开了将凝胶材料制成粉末加入水泥浆中，实现对裂缝的指向性的自修复
。
然而，常用的水凝胶遇水产生溶胀，特别是在高碱环境下溶胀率可达百倍以上，但是在水泥混凝土拌合成型的低碱环境性水凝胶依然可以出现近5倍的溶胀，成型时产生溶胀吸附了大量的水分，在水泥混凝土硬化后，该部分会成为孔隙缺陷，严重影响混凝土密实度和力学性能，大幅降低工程服役寿命
。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种在水泥混凝土拌合成型过程中稳定存在的快速封闭修复的水泥基材料，不会影响混凝土的密实度和力学性能；本专利技术的另一个目的是提供所述快速封闭修复的水泥基材料的制备方法及其在裂缝自修复领域的应用
。
[0005]技术方案：本专利技术所述的快速封闭修复的水泥基材料，包括水凝胶单体微球和交联剂微球，两种微球均为核壳型结构，内核为水凝胶单体或交联剂，外壳为水泥，微球表面附着一层疏水有机薄膜
。
[0006]进一步地，所述的水凝胶单体为丙烯酸单体，交联剂为
N
，
N
’
亚甲基双丙烯酰胺
。
[0007]进一步地，所述的自修复微球内核的尺寸为
2.00mm
‑
2.36mm。
[0008]进一步地，所述的水泥为铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥的一种
。
[0009]进一步地，所述的水泥厚度为
2.0mm
‑
2.5mm。
[0010]进一步地，所述的有机薄膜为海藻酸钙薄膜或硅丙乳液的一种；海藻酸钙薄膜为
0.5
％
‑
1.0
％海藻酸钠溶液
、1.5
％
‑
2.0
％亚硝酸钙溶液复合形成；硅丙乳液的浓度为
80
％
‑
90
％
。
[0011]所述快速封闭修复的水泥基材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)
将水凝胶单体和交联剂分别加入糖衣机中，在糖衣机旋转的过程中，向锅中均匀地喷洒溶剂以制备一定尺寸的球形颗粒，以作为核壳型自修复微球的两种内核；
[0013](2)
向糖衣机中加入水泥，在糖衣机旋转的过程中，向锅中均匀地喷洒溶剂，在两种内核球形颗粒的表面包裹一层一定厚度的水泥，以作为核壳型自修复微球的外核，即为保护层，置于标准养护条件下养护；
[0014](3)
在自修复微球保护层上附着一层有机薄膜，以作为自修复微球的疏水膜
。
[0015]进一步地，步骤
(1)
中所述的糖衣机的转速为
20
‑
40r/min、
出液速度为5‑
15ml/min。
[0016]进一步地，步骤
(2)
中所述的糖衣机的转速为
30
‑
60r/min、
出液速度为
20
‑
30ml/min。
[0017]进一步地，步骤
(2)
中所述的标准养护条件为湿度
90
±3％，温度
17℃
‑
23℃、
养护时间3‑7天
。
[0018]进一步地，步骤
(3)
中所述的疏水膜进行干燥的温度为
20
±
3℃
，通风时间为1‑2天
。
[0019]所述快速封闭修复的水泥基材料可应用于裂缝自修复领域中
。
[0020]进一步地，应用方法为：采用丙烯酸单体微球和交联剂单体微球按一定比例混合取代部分砂，保持水泥基材料的水灰比不变，制备试件，试件成型
20
‑
24h
后脱模，将试件放入水中养护5‑7天，该试件在高碱环境下能实现裂缝自修复
。
[0021]进一步地，所述的丙烯酸单体微球和交联剂微球的质量比为
20:1
～
30:1。
[0022]进一步地，所述的自修复微球取代部分砂的取代率为5％
‑
10
％
。
[0023]进一步地，养护时的水温为
20
±
3℃
，自修复时的温度为
40℃
‑
60℃。
[0024]进一步地，裂缝为劈裂贯穿裂缝，裂缝宽度为
200
‑
500
μ
m。
[0025]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：
(1)
采用自修复微球的方式代替了直接将水凝胶作为掺合料添加至水泥基材料中，预防了基体中出现孔隙缺陷，确保了水泥基材料的稳定性；
(2)
自修复微球表面附着的有机薄膜可以防止水分提前进入微球，以水泥作为外壳
、
有机材料进行覆膜，进一步避免载体破坏前产生水凝胶，确保载体的稳定性；
(3)
在裂缝区快速合成水凝胶，水凝胶吸水后体积膨胀，从而实现裂缝的快速封闭修复；
(4)
丙烯酸水凝胶具有多次溶胀的能力，可以实现裂缝多次修复
。
附图说明
[0026]图1为自修复微球的形貌图；
[0027]图2为修复产物形貌图；
[0028]图3为加入自修复微球的试件；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种快速封闭修复的水泥基材料，其特征在于，该水泥基材料包括水凝胶单体微球和交联剂微球，两种微球均为核壳型结构，内核为水凝胶单体或交联剂，外壳为水泥，微球表面附着一层疏水有机薄膜
。2.
根据权利要求1所述的快速封闭修复的水泥基材料，其特征在于，所述的水凝胶单体为丙烯酸单体，交联剂为
N
，
N
’
亚甲基双丙烯酰胺
。3.
根据权利要求1所述的快速封闭修复的水泥基材料，其特征在于，所述内核的尺寸为
2.00mm
‑
2.36mm。4.
根据权利要求1所述的快速封闭修复的水泥基材料，其特征在于，所述水泥为铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥的一种
。5.
根据权利要求1所述的快速封闭修复的水泥基材料，其特征在于，所述水泥厚度为
2.0mm
‑
2.5mm。6.
根据权利要求1所述的快速封闭修复的水泥基材料，其特征在于，所述有机薄膜为海藻酸钙薄膜或硅丙乳液的一种，所述海藻酸钙薄膜为
0.5
％
‑
1.0
％海藻酸钠溶液，
1.5
％
‑
2.0
％亚硝酸钙溶液复合形成；硅丙乳液的浓度为
80
％
‑
90
％
。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹其伟，傅昌皓，张旋，胡海涛，潘志宏，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：