一种自修复抗裂防水功能材料及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，特别涉及一种自修复抗裂防水功能材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着我国建筑行业的不断发展，建筑材料也不断被研发出来，其中围绕混凝土的功能材料是研发的热门，混凝土是我国乃至世界用量最多的建筑材料，由水泥、水、骨料(沙、石)和其他添加剂混合而成，它具有优良的抗压性能和耐久性，被广泛应用于建筑、道路、桥梁和其他工程领域，混凝土通过凝结和硬化过程，形成一种坚固的结构体，能够承受较大的负荷和抵抗各种环境因素的作用。但混凝土内部结构和表面易产生裂纹，长期在潮湿和高温环境下会对混凝土的内部结构造成侵蚀，影响混凝土的使用寿命。人们常常会对出现裂缝的混凝土进行修复，难度极大，且效率低，为了解决该问题，自修复混凝土成为了当今研究的热门。

2、目前常见的自修复方法为矿物掺合料自修复、微生物自修复、预埋中空纤维自修复、渗透结晶自修复和微胶囊自修复等。矿物掺合料自修复是通过向混凝土中加入特殊的矿物成分，其能够在裂缝出现的时候自发的发生二次水化作用从而达到修复混凝土的作用；微生物自修复是技术利用微生物矿化作用，在混凝土中掺入微生物和营养物质，当基体材料开裂时，迅速封闭裂缝，恢复其性能，但此技术面临菌种选择、相容性、保护细菌等挑战，且成本较高；预埋中空纤维自修复是新型水泥基材料自修复方法，它们通过中空纤维管预埋混凝土中，内部储存的修复剂在裂纹出现时流出并修复微裂纹，修复速度快，但仅限于垂直于纤维方向的裂纹；渗透结晶自修技术是一种先进的混凝土修复技术，它利用渗透结晶活性母料与混凝土中的游离碱发生化学反应，生成不溶于水的晶体，这些晶体填充混凝土内部的孔隙和微裂缝，实现自修复功能；微胶囊自修复技术是一种利用微胶囊包裹修复物质，埋入混凝土中，当混凝土出现损伤时，微胶囊破裂释放出修复物质，实现自修复目的的先进技术，该技术可有效修复混凝土内部的微裂纹和损伤，提高结构的耐久性和稳定性，延长使用寿命。

3、例如cn115010440b公开了“一种抗裂自修复混凝土及其制备方法”，该方法提高了混凝土裂缝修复效果和混凝土裂缝修速率，但未提及并解决混凝土的防水功能。

4、又如cn114702262b公开了“抗渗型自修复混凝土外加剂、自修复剂及其制备方法”，该方法能够使混凝土达到自修复效果，且解决了防水性能的问题，但该方法并未提及并解决修复速率的问题。

5、目前自修复技术多为单独使用功能较为单一，复合使用的研究相对较少。因此开发一种能够解决混凝土自修复能力且修复速度快，防水效果好，还能提高混凝土抗拉强度的自修复抗裂防水功能材料迫在眉睫。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种自修复抗裂防水功能材料及其制备方法。本发明的自修复抗裂防水功能材料具有较好的拉伸强度和导电性，且具有较强的抗菌性能，更好的保护使用者健康，同时还能够防止使用者出现过敏现象。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种自修复抗裂防水功能材料，制备所述自修复抗裂防水功能材料包括如下质量份原料：5～7份二甲基硅油、30～50份膨胀剂、0.5～1.5份消泡剂、11～15份复合改性微胶囊、1～4份改性玄武岩纤维和1～3份减水剂。

4、本技术通过复合改性微胶囊和改性玄武岩纤维两者协同作用，能够提高混凝土的防水性能和抗拉伸强度，还能够使混凝土具有自修复能力。

5、本技术对消泡剂的种类不做特殊限定，包括但不限于所述消泡剂为聚醚酯消泡剂。

6、在一些实施方式中，所述膨胀剂包括如下质量份组分：20～30份氧化钙、20～30份氧化铝和30～40份氧化镁。

7、在一些实施方式中，所述改性玄武岩纤维与膨胀剂的质量比为1:(12～32)。

8、优选的，所述改性玄武岩纤维与膨胀剂的质量比为1:22。

9、膨胀剂能够补偿混凝土固化后体积收缩而产生的缝隙，但这种膨胀作用的矢量方向与混凝土抗压强度的矢量方向相反，若膨胀强度过高，会使混凝土的抗压强度和耐久性下降，本技术的改性玄武岩纤维不仅能够提升混凝土的拉伸强度，还能够抵消一部分膨胀剂带来的反作用力。

10、在一些实施方式中，所述改性玄武岩纤维为七辛基三硅醇poss改性玄武岩纤维。

11、本技术中添加了部分膨胀剂能够补偿混凝土初期固化收缩产生的裂缝，但其毕竟对混凝土有一定的膨胀作用力，易导致混凝土的抗压强度和耐久性下降，，申请人通过采用玄武岩纤维能够增强混凝土的抗拉伸能力，同时抵消一部分膨胀剂带来的作用力，此外玄武岩纤维具有一定的抗氧化和耐高温性能，能够在混凝土中长期稳定存在，本技术采用七辛基三硅醇poss对玄武岩纤维进行改性，能够进一步增强混凝土的抗拉伸性能，同时七辛基三硅醇poss改性玄武岩纤维同样具有一定的微膨胀作用，可以弥补混凝土固化收缩和后期开裂产生的细微裂缝，从而使混凝土的抗渗防水能力增强。

12、在一些实施方式中，所述复合改性微胶囊由长烷基阴离子改性微胶囊和长烷基阳离子改性微胶囊组成，且两者质量份比为1:(0.2～0.6)。

13、优选的，所述复合改性微胶囊由长烷基阴离子改性微胶囊和长烷基阳离子改性微胶囊组成，且两者质量份比为1:0.4。

14、目前常见的微胶囊功能单一，修复速率慢，申请人通过采用两种不同表面改性的微胶囊协同作用，能够大幅提高混凝土修复速率，本技术的长烷基阴离子改性微胶囊包覆环氧树脂，长烷基阳离子改性微胶囊包覆环氧树脂固化剂，同时两者在搅拌过程中由于吸引力贴合在一起，一旦混凝土发生破裂，两者外壁同时破裂，环氧树脂在固化剂的作用下迅速固化，防止水汽内渗进一步造成侵蚀，本技术通过调控长烷基阴离子改性微胶囊和长烷基阳离子改性微胶囊的质量比能够防止由于固化速率过快而导致环氧树脂无法完全填补裂缝，或固化速率过慢而导致水汽进入造成二次侵蚀。

15、在一些实施方式中，所述长烷基阴离子改性微胶囊和长烷基阳离子改性微胶囊中的长烷基相互独立的为碳链长度大于12的烷基。

16、申请人通过选用长烷基结构能够增强长烷基阴离子改性微胶囊和长烷基阳离子改性微胶囊的疏水性能，起到一定的防水性能。

17、在一些实施方式中，所述长烷基阴离子改性微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

18、(1)将纳米二氧化硅和长烷基阴离子表面活性剂按质量比为1:(1.5～2.5)加入到去离子水中，加入2～4mol/l的盐酸调节ph＝1～3，在20～30℃下恒温搅拌2～4h，用去离子水洗涤至ph值为中性，得到阴离子改性二氧化硅；

19、(2)将步骤(1)中的阴离子改性二氧化硅和环氧树脂按质量比为1:(0.2～0.5)加入到去离子水中，加入阴离子改性二氧化硅和环氧树脂总质量3～5倍的烷基酚聚氧乙烯醚，在转速为600～700转/分钟下搅拌2～4h，通过喷雾干燥即得长烷基阴离子改性微胶囊；

20、在一些实施方式中，所述长烷基阳离子改性微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

21、(a)将纳米二氧化硅和长烷基阳离子表面活性剂按质量比为1:(1.5～2.5)加入到去离子水中，加入2～4mol/l的氢氧化钠溶液调节ph＝8～12，在20～30℃下恒温搅拌2～4h，用去离子水洗涤至ph值为中性，得到阳离子改性二氧化硅；

22、(b)将步骤(a)中的阳离子改性二氧化硅和环氧固化剂按质量比为1:(0.2～0.5)加入到去离子水中，加入阳离子改性二氧化硅和环氧树脂总质量3～5倍的烷基酚聚氧乙烯醚，在转速为600～700转/分钟下搅拌2～4h，通过喷雾干燥即得长烷基阳离子改性微胶囊。

23、在一些实施方式中，所述环氧树脂为e44、e51、128、0164中的一种或多种。

24、在一些实施方式中，所述烷基酚聚氧乙烯醚为np-10、tx-10、npe-105和npe108中的一种或多种。

25、在一些实施方式中，所述步骤(1)中去离子水的体积为纳米二氧化硅质量的10～12倍；所述步骤(2)中去离子水的体积为阴离子改性二氧化硅质量的10～12倍；所述步骤(a)中去离子水的体积为纳米二氧化硅质量的10～12倍；所述步骤(b)中去离子水的体积为阳离子改性二氧化硅质量的10～12倍。

26、在一些实施方式中，所述长烷基阴离子表面活性剂为长烷基磺酸钠和/或长烷基苯磺酸钠。

27、优选的，所述长烷基阴离子表面活性剂为十八烷酸苯磺酸钠。

28、在一些实施方式中，所述长烷基阳离子表面活性剂为长烷基氯化铵。

29、优选的，所述长烷基阳离子表面活性剂为十八烷基三甲基氯化铵。

30、申请人通过选用长烷基氯化铵，能够促进环氧树脂的固化速率。

31、在一些实施方式中，所述环氧固化剂为乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和二乙氨基丙胺中的一种或多种。

32、优选的，所述环氧固化剂为三乙烯四胺。

33、申请人采用特定的环氧固化剂能够降低环氧树脂的固化条件，从而提升修复效率。

34、在一些实施方式中，所述七辛基三硅醇poss改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：

35、(ⅰ)将10～20份玄武岩纤维加入到2～5mol/l的硝酸溶液中，升温至80～90℃恒温搅拌3～4h，用去离子水洗涤至ph值为中性，再将洗涤后的玄武岩纤维加入到10～12mol/l的盐酸溶液中，升温至100～110℃恒温搅拌24～28h，用去离子水洗涤至ph值为中性，得到活化玄武岩纤维；

36、(ⅱ)将七辛基三硅醇poss加入至溶剂中，加入三乙胺，再加入步骤(ⅰ)中的活化玄武岩纤维，在20～30℃恒温下搅拌3～4h，即得七辛基三硅醇poss改性玄武岩纤维。

37、在一些实施方式中，所述硝酸溶液的体积为玄武岩纤维质量的3～5倍。

38、在一些实施方式中，所述七辛基三硅醇poss、活化玄武岩纤维和三乙胺的质量比为1:(0.5～0.7):(0.2～0.3)。

39、优选的，所述七辛基三硅醇poss、活化玄武岩纤维和三乙胺的质量比为1:0.6:0.05。

40、本发明另一方面提供了一种自修复抗裂防水功能材料，包括如下步骤：将制备自修复抗裂防水功能材料所需的原料按照质量份混合，在600～700转/分钟下搅拌30～40min，即得自修复抗裂防水功能材料。

41、申请人通过调控搅拌速率能够防止复合改性微胶囊破裂导致存活率降低，从而降低混凝土自修复能力。

42、本发明与现有技术相比，有益效果如下：

43、(1)本发明的自修复抗裂防水功能材料具有较快的修复速度，且防水性能好，同时还能提高混凝土抗拉强度。

44、(2)本发明通过调控改性玄武岩纤维与膨胀剂的质量比，能够防止过度膨胀导致的混凝土开裂早期强度下降，此外改性玄武岩纤维的拉伸性能能够抵消部分膨胀剂带来的膨胀作用力，进一步提高混凝土的抗拉强度。

45、(3)本发明的复合改性微胶囊由自制的长烷基阴离子改性微胶囊和自制的长烷基阳离子改性微胶囊组成，两者能够在混凝土出现裂缝时囊壁破裂，释放活性物质修补混凝土，此外本发明的长烷基阴离子改性微胶囊选用季铵盐表面活性剂，能够进一步促进修补速率。

46、(4)本发明的长烷基阴离子改性微胶囊和自制的长烷基阳离子改性微胶囊在与混凝土混合时，能够相互吸附在一起，在混凝土开裂时能够快速相互作用，缩减了混凝土的固化时间，此外本发明采用特定的活性剂进行改进，能够增强复合改性微胶囊的疏水性能，使混凝土起到一定的防水效果。

47、(5)本发明的七辛基三硅醇poss改性玄武岩纤具有微膨胀作用，能够填补混凝土早期固化收缩产生的微小裂缝，提高混凝土的密实度，此外七辛基三硅醇poss改性玄武岩纤还能够大幅提升混凝土的拉伸强度。

48、(6)本发明通过调控自修复抗裂防水功能材料制备过程中的搅拌速率能够防止复合改性微胶囊早期出现破裂造成存活率降低的问题。