一种镁质混凝土损伤自修复外加剂及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201710748101.0 | 申请日 | 2017-08-28 | 公开(公告)号 | CN107365097A | 公开(公告)日 | 2017-11-21 |
| 申请人 | 广东粤盛特种建材有限公司; | 发明人 | 朱乾坤; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 建筑材料 外加剂领域。一种镁质 混凝土 损伤自修复外加剂，包括以下重量份的组分： 氧 化镁30-60份； 石英 粉15-40份； 高岭土 10-20份； 硅 酸钠2-6份；六偏 磷酸 钠2-10份； 石膏 5-10份。本发明是一种基于轻烧氧化镁膨胀剂的混凝土损伤自修复外加剂，在提高混凝土 力 学性能及抗裂性能的同时，对由各种原因已然造成的裂缝及内部损伤有着快速优越的自修复效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种镁质混凝土损伤自修复外加剂，其特征在于，包括以下重量份的组分： |
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| 说明书全文 | 一种镁质混凝土损伤自修复外加剂及其制备方法技术领域背景技术[0002] 混凝土最大的问题是在生产或服役过程中，容易在材料内部产生裂缝或局部损伤。其开裂问题是无法避免的，受本身材料微观特性决定。长期以来，混凝土裂缝一直受到工程界及学术界的关注，若不能进行及时的修复处理，不仅影响到材料的耐久性及使用寿命，甚至可能影响整个结构的安全。 [0003] 混凝土开裂后再进行裂缝修补，增加了施工的次数，不但增加了建设成本，而且还会严重影响建筑物或者其他工程设施的周围环境以及工程设施的正常使用。此外，裂缝处修复材料与原混凝土材料存在差异，其相容性不易控制，修复效果不稳定，且开裂后混凝土内部损伤无法得到较好的修复。 [0004] 在此基础上，为了避免混凝土由于开裂带来的后期修复问题，混凝土损伤的自修复及裂缝自愈合性能的研究越来越多。目前混凝土自修复的主要研究方法包括渗透结晶自修复、微生物自修复、电沉积法自修复、基于胶囊的自修复、纤维增强混凝土自修复等，这些方法存在一定的局限性和不足：渗透结晶自修复效果在有水或者有足够湿度的时候才能发挥到最佳，对于干燥环境中的混凝土裂缝修复则效果不明显；微生物自修复技术较为复杂，需要考虑众多因素微生物的活性、微生物存活时间、与建筑材料的适应性、环境友好性能等，此外，微生物合适载体的寻找与准备也需要花费较大人力物力；电沉积法自修复环境受溶液中电解质种类、电流密度及混凝土微观结构等因素的影响，自修复效果主要从表面的覆盖率及裂缝的封闭率来评价，修复效果及机制上的研究相对较少，还不太成熟；基于胶囊的自修复存在胶囊与基体材料匹配性难以控制，均匀性不易保证等缺陷，同时需要保证在混凝土出现细小裂缝的情况下，胶囊能够破裂并释放修复物质；纤维增强混凝土自修复需要极大依赖混凝土本身的自修复性能，对于由于应力或腐蚀问题造成的裂缝具有较好的限制及修复作用。但其有一定的局限性，纤维种类、尺寸、掺量及搅拌均匀性均会对自修复效果产生影响。此外，基本上现有的自修复方法均只对宽度较小的裂缝有良好的愈合作用及混凝土损伤自修复作用，当裂缝宽度发展至较大时，则无法再进行有效的自修复。 [0005] CN103145365A公开了一种混凝土抗裂修复剂及应用其的混凝土，该修复剂主要含有氧化钙、微硅粉、膨润土、磷酸氢钙、碳酸锂、表面改性剂及纤维。其主要修复机理为修复剂中的氧化钙和磷酸氢钙则可以提高这些未水化凝胶材料的反应活性，在一定条件下，这些未水化的凝胶材料与氧化钙以及水发生物理化学反应，形成凝胶材料水化物，实现对裂缝的自修复。这种方式对于混凝土力学性能的提升有较好的效果，但对于宽度较宽的裂缝难以起到自愈合作用。其实施例主要体现抗裂修复剂对强度的增加、开裂时间的延迟及裂缝数量的减少的效果，对已开裂混凝土的自修复无数据分析。 [0006] 本发明中提供一种基于轻烧氧化镁膨胀剂的混凝土损伤自修复外加剂，在提高混凝土力学性能及抗裂性能的同时，对由各种原因已然造成的裂缝及内部损伤有着快速优越的自修复效果。其中，氧化镁膨胀剂相比于传统的以氢氧化钙或钙矾石为膨胀源的膨胀剂而言，具有膨胀过程可调控，膨胀产物物理化学特性稳定，适用范围广，养护要求低等优势，可快速减小裂缝宽度，辅助以其他催化、密实等组分，可实现混凝土力学性能、耐久性能的提升以及混凝土既有损伤的快速自修复。 发明内容[0007] 为实现混凝土既有损伤的快速自修复并实现混凝土力学性能、耐久性能的提升，本发明提供如下技术方案：一种镁质混凝土损伤自修复外加剂，包括如下重量份的组分： 氧化镁30-60份； 石英粉15-40份； 高岭土10-20份； 硅酸钠2-6份； 六偏磷酸钠2-10份； 石膏5-10份。 [0008] 所述氧化镁为包括选自菱镁矿、白云石、蛇纹石的含镁矿石在900-1100℃下煅烧制得的轻烧氧化镁，煅烧后轻烧氧化镁的含量为90%重量以上，其活性反应时间依据DL T5296-2013《水工混凝土掺用氧化镁技术规范》为大于等于50秒至小于300s，优选大于等于50秒至小于200秒，或者大于等于200秒至小于300秒，且该氧化镁活性的匀质性控制在±20秒以内，优选在10秒以内。 [0009] 所述石英粉中SiO2含量高于90%，细度200目及以上。 [0010] 所述高岭土为天然高岭土，磨细后粒度大于或等于120目。 [0011] 所述硅酸钠为无水偏硅酸钠，水中不溶物含量小于或等于0.38%。 [0012] 所述石膏为纯度为70%以上的石膏，且所述石膏选自包括下列的组：氟石膏、磷石膏、脱硫石膏、二水石膏或硬石膏。 [0013] 所述石膏优选硬石膏。 [0014] 一种上述混凝土损伤自修复外加剂的制备方法：（1）将所述特定重量份的膨润土、石英粉及石膏充分混合，80℃烘干备用； （2）将步骤（1）所得组分与特定重量份的氧化镁、硅酸钠、六偏磷酸钠混合搅拌均匀，即得产品。 [0015] 含轻烧氧化镁的混凝土损伤自修复外加剂，主要用于混凝土损伤自修复及性能增强技术中，掺量为混凝土胶凝材料的6% 10%。~ [0016] 与现有自修复技术相比，本发明的混凝土损伤自修复外加剂具有以下优点及效果：（1）全周期补偿混凝土收缩变形，减少开裂风险； （2）提高混凝土的密实性； （3）混凝土内膨胀性能可根据实际需求进行调控； （4）提高混凝土力学性能及耐久性能； （5）对混凝土既有裂缝有良好的愈合效果，且适用的裂缝宽度范围较大； （6）对混凝土内部微裂纹及损失有优越的自修复功效； （7）促进混凝土开裂后力学性能及耐久性能的恢复。 [0017] 本发明中的轻烧氧化镁，精选通过白云石、菱镁矿、蛇纹石等的矿源，控制煅烧得到的匀质的轻烧氧化镁。优选的矿源是菱镁矿，特别是纯度高，例如纯度高于70%的菱镁矿，优选该菱镁矿中掺入白云石得到的矿源混合物。根据对煅烧温度、原料粒径、回转窑转速及煅烧时间等工艺参数的调整，对轻烧氧化镁活性进行调控。用于本发明的该轻烧氧化镁的活性反应时间为大于等于50秒至小于300s，优选大于等于50秒至小于200秒，或者大于等于200秒至小于300秒，且该氧化镁活性的匀质性控制在±20秒以内，优选在±10秒以内，还更优选±5秒。优选的，还可以考虑轻烧氧化镁的比表面积、水溶性等特性。在本文中，轻烧氧 2 化镁的比表面积在100-180m /g，能够根据需要进行调整。由如上工艺获得的轻烧氧化镁，可针对不同应用环境、不同结构规模等对活性或膨胀性能作相应的调整，可达到最佳的补偿收缩及裂缝自修复效果。 [0018] 水泥中的氧化镁水化时，发生如下反应：在 颗粒表面形成以Mg2+与OH-为主要组分的过饱和溶液，过饱和溶液中 结晶并生长，产生结晶压，从而导致水泥硬化浆体的膨胀产生自愈合效果。此外，在裂缝周围的氧化镁可发生水化反应生成三水碳酸镁及富镁方解石，在裂缝处结晶沉淀，产生自愈合作用，其反应方程式如下： 在此基础上，本发明中的石英粉属于轻质多孔材料，在混凝土开裂后可有效增强裂缝周围未水化胶凝材料的反应活性，从而促进裂缝处沉淀结晶，产生愈合效果。发明中的高岭土为天然高岭土，其内部存在着一定数量的活性二氧化硅及活性氧化铝等成分，这些组分可与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物，促进裂缝处晶体的生成。同时，高岭土中存在的蒙脱石在开裂后遇水肿胀，增加混凝土的粘聚性。 [0019] 本发明中的六偏磷酸钠（NAHMP）可充当分散剂功能，一方面可提高胶凝材料水化程度，同时提高未水化胶凝材料的水化活性；另一方面，六偏磷酸钠可解决氧化镁增加需水量的问题，改善混凝土的和易性和整体性。本发明中的硅酸钠可促进裂缝处的沉淀结晶，对混凝土自修复有良好作用，同时可调节胶凝材料水化进程，增加早期强度，降低后期水化放热速率，从而抑制裂纹的产生。 [0020] 本发明中的石膏是氟石膏、磷石膏、脱硫石膏、二水石膏或硬石膏，其中优选硬石膏。石膏优选CaSO4含量为70%以上的石膏，或者其中CaO、SO3含量合计高于70%的石膏。用于本文的硬石膏可以是天然硬石膏，该硬石膏至少包括，按质量计，CaO 37.1%~43.8%，SO3 56.6% 59.6%。混凝土中未水化的胶凝材料与石膏以及水发生物理化学反应，形成胶凝材料~ 水化物，实现对裂缝的自修复。 具体实施方式[0021] 为了使本发明的技术方案及效果更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明进行详细描述，以下实施例仅限于对本发明的理解，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。 [0022] 下述实施例中，氧化镁产品来自于武汉三源特种建材有限责任公司，活性反应时间在110s左右的轻烧氧化镁。石英粉购自凤阳县海岚工业材料有限公司，二氧化硅含量高于90%，细度200目及以上。高岭土购自宜都市楚雄高岭土有限责任公司，细度为200目。硅酸钠购自湖北领疆科技有限公司，粒度100目及以上，水中不溶物含量小于或等于0.38%。六偏磷酸钠购自武汉明瑞兴盛原料有限公司，总磷酸盐质量分数大于或等于68%。 [0023] 各实施例采用以下制备方法：（1）将所述特定重量份的膨润土、石英粉及石膏充分混合，80℃烘干备用； （2）将步骤（1）所得组分与特定重量份的氧化镁、硅酸钠、六偏磷酸钠混合搅拌均匀，即得产品。 [0024] 实施例1：本实施例中所提供的一种镁质混凝土损伤自修复外加剂按重量计包括：轻烧氧化镁 35%，石英粉35%，高岭土10%，硅酸钠5%，六偏磷酸钠5%，石膏10%。 [0025]实施例2： 本实施例中所提供的一种镁质混凝土损伤自修复外加剂按重量计包括：轻烧氧化镁 45%，石英粉35%，高岭土10%，硅酸钠2%，六偏磷酸钠3%，石膏5%。 [0026]实施例3： 本实施例中所提供的一种镁质混凝土损伤自修复外加剂按重量计包括：轻烧氧化镁 55%，石英粉25%，高岭土10%，硅酸钠2%，六偏磷酸钠3%，石膏5%。 [0027]实施例4： 本实施例中所提供的一种镁质混凝土损伤自修复外加剂按重量计包括：轻烧氧化镁 40%，石英粉25%，高岭土20%，硅酸钠5%，六偏磷酸钠5%，石膏5%。 [0028]实施例5： 本实施例中所提供的一种镁质混凝土损伤自修复外加剂按重量计包括：轻烧氧化镁 40%，石英粉15%，高岭土20%，硅酸钠6%，六偏磷酸钠9%，石膏10%。 [0029]空白对照组： 为了证明本发明中提供的镁质混凝土损伤自修复外加剂的效果，本发明设置了空白对照组，即不掺本发明提供的外加剂。 [0030]实施例1 5及空白对照组所用的混凝土为C35混凝土，镁质混凝土损伤自修复外加剂在~ 混凝土的掺量是胶凝材料的8%（直接外掺），其加入方式为与胶凝材料、粗细骨料先进行拌合，再加入水，拌合时间可稍延长30秒。混凝土配方如下表1所示（Kg/m3）依据GB_T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》成型抗压强度试件，依据GB_T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》成型抗渗试件。 [0031] 抗渗试验结果如下表2所示：对实施例及空白对照组的试件测7天抗压强度，结果如下表3所示： 将经过7天抗压强度测试试验的试块放入25℃水中养护21天，再次进行抗压强度试验，所得抗压强度结果及强度恢复率如下表4所示（所述强度恢复率为开裂后试件的28d二次抗压强度值与未开裂空白组28d抗压强度值之比）： 依据GB_T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》成型的抗氯离子渗透试验试件（φ100mm*100mm），1天后拆模，用劈拉试验加载，预制裂缝，选取裂缝宽度 0.3mm左右的试件，放入水中养护，养护3d，7d，14d，28d，56d后分别测对应位置的裂缝宽度，所得结果如下表5所示。 [0032]由表2数据可知，在掺入本发明中的镁质混凝土损伤自修复外加剂后，抗渗等级由P8提高到P10，表明本发明产品对混凝土的抗渗性能由较好的提升效果，在一定程度上可以改善混凝土的耐久性能。由表3可知，在掺入本发明中的镁质混凝土损伤自修复外加剂后，混凝土的抗压强度较空白组有一定的提高，表明本发明产品可实现混凝土力学性能的提升。从表4可知，混凝土在开裂后二次抗压试验中，掺有本发明镁质混凝土损伤自修复外加剂的混凝土抗压强度恢复率远高于空白混凝土，表明本发明产品对既有损伤有优越的自修复效果，有利于提升混凝土结构使用寿命。从表5可知，掺有本发明中的镁质混凝土损伤自修复外加剂的混凝土裂缝愈合速率较空白混凝土更快，且大部分在56d养护后裂缝基本愈合。 |
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