一种基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土及其制法 |
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| 申请号 | CN201611269445.5 | 申请日 | 2016-12-31 | 公开(公告)号 | CN106747106A | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 山西省交通科学研究院; | 发明人 | 刘哲; 辛润勤; 孙崇亮; 陈安洋; 申力涛; 张影; 舒兴旺; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于 水 泥 混凝土 裂缝自修复技术领域，具体来说，涉及到一种基于光 固化 树脂 微胶囊的自修复 水泥 混凝土及其制法。所述自修复水泥混凝土包括水泥混凝土和含有光固化树脂的自修复微胶囊，二者的比例为100:(0.1～10)。与 现有技术 相比，本发明将传统的自修复微胶囊与光固化技术相结合，制备了基于光固化行为的自修复水泥混凝土，混凝土中产生微裂纹时，刺激微胶囊囊壁破裂，释放出其中的光固化树脂，树脂流动进入裂缝，在太阳光照射下发生固化行为，使混凝土微裂纹得到修复，改善混凝土性能，延长使用寿命。该混凝土具有配方简单，效率高、效果明显的优势。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土，其特征在于，所述自修复水泥混凝土包括水泥混凝土和含有光固化树脂的自修复微胶囊，二者的比例为100:(0.1～10)。 |
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| 说明书全文 | 一种基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土及其制法技术领域背景技术[0002] 混凝土材料出现裂缝的修复问题是如今工程上面临的最困难的问题，如果这些损伤部位不能及时修复，不但会影响混凝土土材料的强度和耐久性，还会缩短寿命，有可能产生严重的灾难性事故。传统的混凝土材料修复形式主要是定期维护和事后维修，这种被动的方式不仅费用高，而且效果不佳，还需要对混凝土材料的实施监控跟踪，耗费大量的人力物力材料。而自修复混凝土技术是解决混凝土裂缝修复问题的最好方法。微胶囊自修复法是一类模拟生物体内自愈合机理，以物质补给方式进行的自修复手段。这是采取囊壁包覆囊芯的手段，在材料产生微裂纹时，对微胶囊产生刺激，囊壁破裂，释放出囊芯材料，囊芯材料遇到分散在体系内的催化剂，在微裂纹出发生反应，改善基体性能、延缓材料损伤、延长材料寿命。由于自修复微胶囊具有制备工艺成熟、应用领域广以及对基体性能影响小等优点，已被越来越多的应用于实际生产以及科研项目中。 [0003] 紫外光(光)固化技术是指在适当波长和光强的紫外光照射下，光固化树脂体系中的光引发剂吸收辐射能后形成活性基团，引发体系中含不饱和双键或环氧基团的物质间的化学反应，形成含有交联立体网状结构的高分子聚合物。光固化树脂体系一般由预聚物(树脂)、稀释剂、光引发剂以及其他助剂组成。目前光固化技术在世界上获得迅速发展，已经大量工业化生产的包括光固化油墨、光固化涂料、光固化粘结剂等。与传统的热固化相比，紫外光固化具有多种优点：(1)节省能源；(2)固化速度快(0.1～10s)、温度低、生产效率高；(3)无溶剂或只含有少量溶剂，挥发量小，安全少污染；(4)可单一组分。但目前，此类技术应用的较少，尚不成熟。 发明内容[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种配方简单，效率高、效果明显的基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土及其制法。 [0005] 本发明所述的一种基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土，所述自修复水泥混凝土包括水泥混凝土和含有光固化树脂的自修复微胶囊，二者的比例为100:(0.1～10)。 [0006] 本发明所述的一种基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土，所述自修复微胶囊由囊壁和囊芯组成，其外部涂层光屏蔽剂；囊壁材料为环氧树脂、脲醛树脂或C5石油树脂中的一种；囊芯为光固化树脂体系；囊壁与囊芯二者质量比为(1:3)-(3:1)。 [0007] 本发明所述的一种基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土，所述光屏蔽剂为酞菁蓝或酞菁绿。 [0008] 本发明所述的一种基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土，所述光固化树脂体系包括光固化树脂和光引发剂，二者比例为质量比100:(3-5)。 [0011] 本发明所述基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土的制法，所述制法的具体步骤如下：1)称取用于制备水泥混凝土的水泥、砂、水、石子和相应比例的自修复微胶囊；2)将水泥、砂、石子和自修复微胶囊搅拌，直至分散均匀；3)把水倒入水泥、砂、石子和自修复微胶囊的混合物中，搅拌均匀，即得到具有自修复功能的水泥混凝土。 [0012] 与现有技术相比，本发明将传统的自修复微胶囊与光固化技术相结合，制备了基于光固化行为的自修复水泥混凝土，混凝土中产生微裂纹时，刺激微胶囊囊壁破裂，释放出其中的光固化树脂，树脂流动进入裂缝，在太阳光照射下发生固化行为，使混凝土微裂纹得到修复，改善混凝土性能，延长使用寿命。该混凝土具有配方简单，效率高、效果明显的优势。附图说明 [0013] 图1为水泥混凝土抗折强度测试示意图。 具体实施方式[0014] 下面结合具体的实施例对本发明所述基于光固化树脂微胶囊的自修复水泥混凝土及其制法做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。 [0015] 实施例1 [0016] 采用水泥混凝土P·O42.5，等级为C50，水泥混凝土中添加微胶囊2％、3％以及5％，采用三点弯曲加载试验评价混凝土在添加微胶囊前后的性能变化。微胶囊组成如下： 壁材为脲醛树脂，芯材为环氧丙烯酸树脂，壁材：芯材＝2：1，光屏蔽剂为酞菁蓝，光引发剂为邻苯甲酰苯甲酸甲酯，占芯材质量的3％。自修复混凝土制备步骤如下： [0017] 1)称取0.42千克水，加入2％、3％以及5％的光固化树脂微胶囊，搅拌直至分散均匀；把水倒入水泥搅拌器中，加入1千克水泥、1.152千克砂以及2.449千克石子； [0018] 2)对水泥砂浆进行搅拌； [0019] 分别制成多组150mmxl50 mmx600mm的棱柱体试件。按图1的方式对试件进行三分点弯曲预加载处理，以1.0-1.5kN/s的速率加载至30kN，保持压力5min，以使混凝土试件产生损伤。将受损试件取下，紫外光照射下放置12h，然后进行抗折实验，比较未加入自修复微胶囊的混凝土和加入不同添量微胶囊混凝土的抗折强度。测试结果如表1所示： [0020] 表1添加微胶囊前后抗折强度对比 [0021]样品 初始强度(kN) 48h后强度(kN) 恢复率(％) 未添加 5.5 4.8 87.2 添加2％微胶囊 5.5 5.2 94.5 添加3％微胶囊 5.5 5.3 96.4 添加5％微胶囊 5.5 5.3 96.4 [0022] 从结果可以看出，当添加微胶囊，经过48h修复期后，未加入微胶囊的水泥混凝土恢复率为87.2％，而添加了微胶囊2％后，水泥混凝土强度恢复率达到94.5％，而进一步添加至3％以及5％时，可提升至96.4％。可见，光固化树脂微胶囊的加入对水泥混凝土的自修复能力有较明显提升，在水泥混凝土应用过程中可起到及时修复裂缝、恢复强度、延长使用寿命的作用。然而，添加量过大时，增加效果不再明显；可见，选择合适的添加量有重要影响。 [0023] 实施例2 [0024] 采用水泥混凝土P·O42.5，等级为C50，水泥混凝土中添加微胶囊2％、3％以及5％，采用三点弯曲加载试验评价混凝土在添加微胶囊前后的性能变化。微胶囊组成如下： 壁材为环氧树脂，芯材为环氧丙烯酸树脂，壁材：芯材＝3：1，光屏蔽剂为酞菁蓝，光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯，占芯材质量4％。自修复混凝土制备步骤如下： [0025] 1)称取0.42千克水，加入2％、3％以及5％的光固化树脂微胶囊，搅拌直至分散均匀；把水倒入水泥搅拌器中，加入1千克水泥、1.152千克砂以及2.449千克石子； [0026] 2)对水泥砂浆进行搅拌； [0027] 分别制成多组150mmxl50 mmx600mm的棱柱体试件。按图1的方式对试件进行三分点弯曲预加载处理，以1.0-1.5kN/s的速率加载至30kN，保持压力5min，以使混凝土试件产生损伤。将受损试件取下，紫外光照射下放置12h，然后进行抗折实验，比较未加入自修复微胶囊的混凝土和加入不同添量微胶囊混凝土的抗折强度。测试结果如表2所示： [0028] 表2添加微胶囊前后抗折强度对比 [0029]样品 初始强度(kN) 48h后强度(kN) 恢复率(％) 未添加 5.5 4.8 87.2 添加2％微胶囊 5.5 5.0 90.9 添加3％微胶囊 5.5 5.2 94.5 添加5％微胶囊 5.5 5.1 92.7 [0030] 从结果可以看出，当添加微胶囊，经过48h修复期后，未加入微胶囊的水泥混凝土恢复率为87.2％，而添加了微胶囊后，水泥混凝土强度恢复率最高达到94.5％。可见，光固化树脂微胶囊的加入对水泥混凝土的自修复能力有较明显提升，在水泥混凝土应用过程中可起到及时修复裂缝、恢复强度、延长使用寿命的作用。 [0031] 实施例3 [0032] 采用水泥混凝土P·O42.5，等级为C50，水泥混凝土中添加微胶囊2％、3％以及5％，采用三点弯曲加载试验评价混凝土在添加微胶囊前后的性能变化。微胶囊组成如下： 壁材为环氧树脂，芯材为聚氨酯丙烯酸酯，壁材：芯材＝3：1，光屏蔽剂为酞菁绿，光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基膦酸乙酯，占芯材质量的5％。自修复混凝土制备步骤如下： [0033] 1)称取0.42千克水，加入2％、3％以及5％的光固化树脂微胶囊，搅拌直至分散均匀；把水倒入水泥搅拌器中，加入1千克水泥、1.152千克砂以及2.449千克石子； [0034] 2)对水泥砂浆进行搅拌； [0035] 分别制成多组150mmxl50 mmx600mm的棱柱体试件。按图1的方式对试件进行三分点弯曲预加载处理，以1.0-1.5kN/s的速率加载至30kN，保持压力5min，以使混凝土试件产生损伤。将受损试件取下，紫外光照射下放置12h，然后进行抗折实验，比较未加入自修复微胶囊的混凝土和加入不同添量微胶囊混凝土的抗折强度。测试结果如表3所示： [0036] 表3添加微胶囊前后抗折强度对比 [0037]样品 初始强度(kN) 48h后强度(kN) 恢复率(％) 未添加 5.5 4.8 87.2 添加2％微胶囊 5.5 5.3 96.4 添加3％微胶囊 5.5 5.2 94.5 添加5％微胶囊 5.5 5.0 90.9 [0038] 从结果可以看出，当添加微胶囊，经过48h修复期后，未加入微胶囊的水泥混凝土恢复率为87.2％，而添加了微胶囊后，水泥混凝土强度恢复率最高达到96.4％。可见，光固化树脂微胶囊的加入对水泥混凝土的自修复能力有较明显提升，在水泥混凝土应用过程中可起到及时修复裂缝、恢复强度、延长使用寿命的作用。 [0039] 实施例4 [0040] 采用水泥混凝土P·O42.5，等级为C50，水泥混凝土中添加微胶囊2％、3％以及5％，采用三点弯曲加载试验评价混凝土在添加微胶囊前后的性能变化。微胶囊组成如下： 壁材为环氧树脂，芯材为环氧丙烯酸树脂，壁材：芯材＝3：1，光屏蔽剂为酞菁蓝，光引发剂为16-肟-异甜菊醇苄基羧酸酯，占芯材质量的4％。 [0041] 自修复混凝土制备步骤如下(同样方法对实施例1-4分别操作)： [0042] 1)称取0.42千克水，加入2％的光固化树脂微胶囊，搅拌直至分散均匀；把水倒入水泥搅拌器中，加入1千克水泥、1.152千克砂以及2.449千克石子； [0043] 2)对水泥砂浆进行搅拌； [0044] 分别制成多组150mm xl50 mm x600mm的棱柱体试件。按图1的方式对试件进行三分点弯曲预加载处理，以1.0-1.5kN/s的速率加载至30kN，保持压力5min，以使混凝土试件产生损伤。将受损试件取下，紫外光照射下放置12h，然后进行抗折实验，比较使用不同来源微胶囊24h混凝土的抗折强度。测试结果如表4所示： [0045] 表4添加微胶囊前后抗折强度对比 [0046]样品 初始强度(kN) 24h后强度(kN) 恢复率(％) 未添加 5.5 3.7 67.3 实施例1微胶囊 5.5 3.9 70.9 实施例2微胶囊 5.5 4.2 76.4 实施例3微胶囊 5.5 4.1 74.5 实施例4微胶囊 5.5 5.0 90.9 |
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