一种抗裂自修复混凝土及其制备工艺的制作方法

本发明涉及混凝土，具体为一种抗裂自修复混凝土及其制备工艺。

背景技术：

1、混凝土是建筑领域使用最多、应用最广的材料，在抗压强度、耐久性、可塑性、适应环境能力等方面具有突出的表现，但是其缺点也很明显，作为一种脆性材料，在外力作用下，混凝土内部常常会产生微裂纹等缺陷，长此以往会导致力学性能、耐久性能下降，从而大大影响使用年限和使用安全性能。现阶段针对混凝土缺陷的修补方式大多为事后修补，一方面需要花费高昂的成本，另一方面细微损伤、裂缝难以被完全修复，出现修补不彻底、短时间内二次开裂等问题，因此非常有必要研发出一种能够自修复的混凝土材料，以满足当前形式对混凝土的特殊要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种抗裂自修复混凝土及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，包括以下特征：

3、称取水泥、粗骨料、细骨料，混合均匀后加入拌和水、甲酸钙、缓凝剂和聚羧酸减水剂，得到混凝土物料；向混凝土物料中加入混合修复剂微胶囊得到抗裂自修复混凝土；所述混合修复剂微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：

5、将浓度为37％甲醛溶液和尿素混合，搅拌至完全溶解后，向混合溶液中加入三乙醇胺调节溶液ph值至8～9，将溶液水浴升温至70～75℃，保温搅拌反应1～2h，得到壳材预聚体溶液；

6、步骤2：

7、对聚醚二元醇进行脱水，在氮气环境下，将甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇混合，加入二月桂酸二丁基锡为催化剂，控制温度为60～70℃反应60～90min后，将温度升高到75～85℃，加入丙烯酸羟乙酯和丙酮反应2～3h，得到双键封端聚氨酯预聚体；降温至60～70℃，保温加入四乙烯五胺扩链反应2～3h后，将温度升高至75～85℃，继续保温反应1～2h，将体系温度降至30～40℃，加入蒸馏水搅拌乳化得到固含量为25～30％的聚氨酯分散体；

8、步骤3：

9、将十二烷基苯磺酸钠与去离子水混合，得到质量浓度为2～2.5％的十二烷基苯磺酸钠溶液；向十二烷基苯磺酸钠溶液中加入正辛醇消除气泡，倒入环氧树脂，在40～50℃恒温搅拌得到环氧树脂分散液；

10、步骤4：

11、分别将聚氨酯分散体、环氧树脂分散液倒入壳材预聚体溶液中，以50～55℃恒温搅拌15～30min；滴加重量浓度2％的稀硫酸，使溶液的ph值为3～4；在70～80℃下恒温搅拌2～3h，加入碳酸钠溶液调节溶液ph值至7，冷却后清洗、过滤，在50～60℃下恒温烘干，得到聚氨酯微胶囊和环氧树脂微胶囊；将聚氨酯微胶囊和环氧树脂微胶囊掺杂，得到混合修复剂微胶囊。

12、进一步的，混凝土物料中，各组分含量，按重量份数计，500～600份水泥、1200～1400份粗骨料、450～550份细骨料、260～330份拌和水、5～8份甲酸钙、9～12份缓凝剂、9～13份聚羧酸减水剂。

13、进一步的，抗裂自修复混凝土中，混合修复剂微胶囊的用量为混凝土物料总重量的3～5％。

14、进一步的，步骤1中，37％甲醛溶液和尿素按重量比(2.0～2.2):1进行混合。

15、进一步的，步骤2中，各组分用量，按重量百分数计，40～55份甲苯二异氰酸酯、26～33份聚醚二元醇、1.5～2份二月桂酸二丁基锡、6～9份丙烯酸羟乙酯、11～17份丙酮、5～12份四乙烯五胺。

16、进一步的，步骤2中，聚氨酯分散体的固含量为25～30％。

17、进一步的，步骤3中，环氧树脂分散液中，各组分含量，按重量份数计，500份十二烷基苯磺酸钠、1～2份正辛醇、200～240份环氧树脂。

18、进一步的，步骤4中，混合修复剂微胶囊中，聚氨酯微胶囊和环氧树脂微胶囊重量比为(7～13):1。

19、进一步的，步骤4中，按重量百分数计，聚氨酯微胶囊中，聚氨酯含量为40～50％；环氧树脂微胶囊中，环氧树脂含量为40～50％。

20、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明在混凝土的配方中加入了混合修复剂微胶囊，所述混合修复剂微胶囊包括聚氨酯微胶囊和环氧树脂微胶囊，微胶囊壳材均为脲醛树脂。混合修复剂微胶囊随着混凝土养护成型后，分散在混凝土基体中，当混凝土在使用过程中因为外界压力导致的损伤产生裂缝时，微胶囊壳材也会破裂，芯材(聚氨酯和环氧树脂)会对裂痕处进行填充，从而实现自修复。

21、聚氨酯微胶囊的芯材为聚氨酯，与其他的修补材料相比，具有固化速度快的特点，因此聚氨酯在短时间内会快速粘附在混凝土表面并固化成型，及时、高效地修补裂缝，避免裂缝进一步扩大，有效降低修复后的强度损伤率。环氧树脂微胶囊的芯材为环氧树脂，与聚氨酯相比，环氧树脂不仅具有强力的粘结能力，其固化后的力学性能更优异，可以承受更大的负荷，有效弥补聚氨酯与混凝土材料粘附性能弱、固化后强度低的短板，增强修复性能。由于环氧树脂的固化需要固化剂，若将固化剂随拌和水直接加入到混凝土中，一方面随着时间的推移，分溶于环境水的固化剂被带走而流失；另一方面，一部分固化剂则会与二氧化碳反应而失效，导致实际有效的固化剂含量降低，直接影响自修复的效果。本发明创造性地对聚氨酯进行了改性，以甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇为原料，反应一段时间后加入丙烯酸羟乙酯，得到双键封端聚氨酯预聚体；再以四乙烯五胺为扩链剂，通过迈克尔加成反应，将四乙烯五胺引入到聚氨酯中，由于四乙烯五胺侧链含有多个仲胺基，可以对环氧树脂起到固化的作用，同时也能促进环氧树脂与聚氨酯生成交联网络，提高补强材料的致密性。

22、不难看出，本发明中的环氧树脂微胶囊和聚氨酯微胶囊具有协同作用，即聚氨酯可以作为环氧树脂的固化剂促进其固化成型，而环氧树脂可以提高聚氨酯的性能，从而改善自修复的效果。在实际的应用过程中，当混合修复剂微胶囊的用量恒定时，若环氧树脂微胶囊的用量过多，则过量的环氧树脂在短时间内无法发生固化反应，导致自修复的性能不佳。通过反复试验发现，将聚氨酯微胶囊和环氧树脂微胶囊按重量比(7～13):1掺杂，得到的混合修复剂微胶囊的自修复能力最佳。此外，少量的混合修复剂微胶囊对混凝土本身也具有一定的补强作用，分析可能原因是因为微胶囊的粒径较小，可以对混凝土中的微小缝隙进行填充，但其用量也并非越多越好，一旦超过阈值后(混凝土总用量的5％)，过量的微胶囊会对混凝土造成缺陷，不仅会影响混凝土本身的性能，还会增大了修复难度，减弱修复效果，因此将其用量控制在混凝土总重量的3～5％。

技术特征：

1.一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，其特征在于：称取水泥、粗骨料、细骨料，混合均匀后加入拌和水、甲酸钙和聚羧酸减水剂，得到混凝土物料；向混凝土物料中加入混合修复剂微胶囊，得到抗裂自修复混凝土。

2.根据权利要求1所述的一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，其特征在于：混凝土物料中，各组分含量，按重量份数计，500～600份水泥、1200～1400份粗骨料、450～550份细骨料、260～330份拌和水、5～8份甲酸钙、9～13份聚羧酸减水剂；抗裂自修复混凝土中，混合修复剂微胶囊的用量为混凝土物料总重量的3～5％。

3.根据权利要求1所述的一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，其特征在于：混合修复剂微胶囊的制备方法，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，其特征在于：步骤1中，37％甲醛溶液和尿素按重量比(2.0～2.2):1进行混合。

5.根据权利要求3所述的一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，其特征在于：步骤2中，各组分用量，按重量百分数计，40～55份甲苯二异氰酸酯、26～33份聚醚二元醇、1.5～2份二月桂酸二丁基锡、6～9份丙烯酸羟乙酯、11～17份丙酮、5～12份四乙烯五胺。

6.根据权利要求3所述的一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，其特征在于：步骤2中，聚氨酯分散体的固含量为25～30％。

7.根据权利要求3所述的一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，其特征在于：步骤3中，环氧树脂分散液中，各组分含量，按重量份数计，500份十二烷基苯磺酸钠、1～2份正辛醇、200～240份环氧树脂。

8.根据权利要求3所述的一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，其特征在于：步骤4中，混合修复剂微胶囊中，聚氨酯微胶囊和环氧树脂微胶囊重量比为(7～13):1。

9.根据权利要求3所述的一种抗裂自修复混凝土的制备工艺，其特征在于：步骤4中，按重量百分数计，聚氨酯微胶囊中，聚氨酯含量为40～50％；环氧树脂微胶囊中，环氧树脂含量为40～50％。

10.根据权利要求1～9中任一项所述制备工艺制备得到的抗裂自修复混凝土。

技术总结本发明涉及混凝土技术领域，具体为一种抗裂自修复混凝土及其制备工艺。本发明以脲醛树脂作为壳材，分别对聚氨酯和环氧树脂进行包覆，得到聚氨酯微胶囊和环氧树脂微胶囊；其中，所述聚氨酯微胶囊以甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇为原料反应后，加入丙烯酸羟乙酯进行封端，再使用四乙烯五胺进行扩链，得到侧链含有胺基的聚氨酯；将聚氨酯微胶囊和环氧树脂微胶囊掺杂得到混合修复剂微胶囊；以水泥、粗骨料、细骨料、拌和水、甲酸钙、聚羧酸减水剂为混凝土物料，加入混合修复剂微胶囊，得到抗裂自修复混凝土。技术研发人员：刘汉虎,范晓涛,赵阳,姜立辉,李海英,于龙受保护的技术使用者：航汇（河北雄安）科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4