CN115974448B

CN115974448B - 一种混凝土裂缝的自修复材料、制备和使用方法

Info

Publication number: CN115974448B
Application number: CN202211560174.4A
Authority: CN
Inventors: 高进军; 梁国柱; 高宽
Original assignee: State Controlled Infrastructure Beijing Technology Co ltd
Current assignee: State Controlled Infrastructure Beijing Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-07
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2023-06-06
Anticipated expiration: 2042-12-07
Also published as: CN115974448A

Abstract

本发明公开了一种混凝土裂缝的自修复材料、制备和使用方法，属于混凝土裂缝修复材料的制备技术领域。该材料中在脂肪酸及其他酸类的基础上加入高活性无机二氧化硅及有机氨复合物。解决了混凝土裂缝产生后，需要大量人力物力修补的困境，依靠本发明本身具备的多次修复功能，使混凝土具备自修复能力，减少环节及资源浪费。其原理是当混凝土裂缝产生后有水渗入，其中活性化学物质与水泥中的水化产物结合生成不溶于水的结晶体，可以填塞混凝土中的毛细孔和微细裂缝，达到自愈修复的目的，堵塞修复产生的裂缝（≤0.8mm），达到自愈修复的目的。

Description

一种混凝土裂缝的自修复材料、制备和使用方法

技术领域

本发明属于混凝土裂缝修复材料的制备技术领域，具体涉及一种混凝土裂缝的自修复材料、制备和使用方法。

背景技术

目前建筑防水一直以柔性外包材料为主，即在构筑物的迎水面铺设一种或多种柔性辅助材料，以达到防水功效。在实际使用过程中防水效果得不到保证，据多年调研，地下结构渗漏率多年居高不下，平均渗漏率为67%，在南方渗漏率几乎达到97%，如此居高不下的渗漏率证明柔性防水层并未能满足建筑结构的防水要求。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种混凝土裂缝的自修复材料，该修复材料通过采用极低的掺入量与混凝土胶凝材料混合，作为混凝土裂缝修复材料，在脂肪酸及其他酸类为基材的基础上加入了高活性无机二氧化硅及有机氨的复合物，解决了混凝土在水化反应及后期使用过程中容易开裂、密实度差、抗腐蚀能力低、无裂缝自修复功能等多种问题隐患。尤其在混凝土终凝后期，对混凝土因各种应力、温度等因素造成的裂缝有良好的多次修复能力。

本发明的第二目的在于提供一种混凝土裂缝的自修复材料，从工程角度出发看待防水，建筑结构的本体是防水之本，如本体存在瑕疵，即时外面包多少道辅助措施，渗漏都是不可避免的，只要建筑本体达到一定质量要求，进而解建筑防水的技术问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种混凝土裂缝的自修复材料，包括以下重量百分比的原料：

聚丙烯酸18wt%-26wt%、酰胺基8wt%-16wt%、葡萄糖酸纳2wt%-4wt%、对甲苯磺酸1.6wt%-3.6wt%、二氧化硅2wt%-2.9wt%、氢氧化钠0.6wt%-1.3wt%、聚乙二醇0.6wt%-1.2wt%、三乙醇胺0.3wt%-0.7wt%、余量为水。

上述发明提供了一种混凝土裂缝的自修复材料，该修复材料中在脂肪酸及其他酸类为基材的基础上加入了高活性无机二氧化硅及有机氨的复合物。当混凝土在基材配合比、搅拌、运输、浇筑、养护的过程中，会存在很多的因素影响到混凝土的质量，造成多样性的开裂难题，本发明解决了混凝土裂缝产生后，需要大量人力物力修补的困境，依靠本发明本身具备的多次修复功能，使混凝土具备自修复能力，减少环节及资源浪费。其原理是当混凝土裂缝产生后有水渗入，本发明中的活性化学物质与水泥中的水化产物结合生成不溶于水的结晶体，可以填塞混凝土中的毛细孔和微细裂缝，达到自愈修复的目的。

该自修复材料的作用机理为：一是增强阶段，自修复材料中的活性物质分子（脂肪酸、硅溶胶、不饱和多胺体）与水泥浆体液相中的钙离子、镁离子等阳离子生成憎水的不溶物堵塞硬化水泥浆体中的毛细孔，达到防水防渗的效果。由于自修复材料中的分子中含有一定量的具有减缩作用的官能团（如羟基、醚键等），自修复材料掺入到混凝土中后，可降低毛细孔中水的表面张力，减少混凝土的干缩裂缝，从而降低混凝土的抗渗风险。在水泥水化过程中，自修复材料中的分子掺杂到水化铝酸钙中，形成具有一定憎水能力的有机矿物，增加了毛细孔壁的憎水作用；二是修复阶段，裂缝产生水分子进入裂缝后会重新激活二氧化硅与氢氧化钙反应生成CSH凝胶（水化硅酸钙），堵塞修复产生的裂缝（≤0.8mm），达到自愈修复的目的。该修复材料是应用结构混凝土中的功能性材料。

作为优选地，包括以下重量百分比的原料：

聚丙烯酸21wt%-22.5wt%、酰胺基11.5wt%-12.5wt%、葡萄糖酸纳2.5wt%-3.5wt%、对甲苯磺酸2.2wt%-2.9wt%、二氧化硅2.2wt%-2.5wt%、氢氧化钠0.8wt%-1.2wt%、聚乙二醇0.8wt%-1.1wt%、三乙醇胺0.4wt%-0.6wt%、余量为水。

作为优选地，包括以下重量百分比的原料：

聚丙烯酸22wt%、酰胺基12wt%、葡萄糖酸纳3wt%、对甲苯磺酸2.6wt%、二氧化硅2.4wt%、氢氧化钠1wt%、聚乙二醇1wt%、三乙醇胺0.5wt%、余量为水。

作为优选地，所述酰胺基为N,N-二甲基甲酰胺和/或N,N-二甲基乙酰胺。

聚丙烯酸其单酯是非离子型表面活性剂，也可与醇作用生成醚。是植物油、树脂和石蜡的溶剂，也用于制备醇酸树脂、乳化剂、反乳化剂、润滑油和增塑剂等，在本专利材料中发挥溶化及乳化作用，也有部分稳定剂功能；液体酰胺不但可以溶解有机化合物，而且也可以溶解许多无机化合物，是良好的溶剂。

本材料中的N,N-二甲基甲酰胺和N,N-二甲基乙酰胺可与水和大多数有机溶剂以及许多无机液体以任意比例混合，是很好的非质子极性溶剂。

葡萄糖酸钠是一种有机物，化学式为C₆H₁₁NaO₇，在本材料中发挥高效缓凝剂、高效减水剂等作用。

对甲苯磺酸（p-CH₃C₆H₄SO₃H，也写作TsOH）是一个不具氧化性的有机强酸，酸性是苯甲酸的一千万倍。为白色针状或粉末结晶，易潮解，可溶于水、醇和其他极性溶剂。会使纸张、木材等脱水发生碳化，涂料的中间体和树脂固化剂，在本材料中发挥综合乳化剂固化、碳化的作用。

二氧化硅是硅最重要的化合物，与强碱在高温时与水融化并生成硅酸盐、硅酸钙等物质，是本材料中修复功能体现的基础。

氢氧化钠主要用于本材料中中和酸性比例使用，同时在遇明水时快速吸收水分并结晶，封堵混凝土孔隙。

聚乙二醇是一种高分子聚合物，无刺激性，具有良好的水溶性，并与许多有机物组分有良好的相溶性。在本材料组成中发挥优良的润滑性、吸水性、分散性、粘接性。

三乙醇胺，即三(2-羟乙基)胺，是一种有机化合物，与其他胺类化合物相似，由于氮原子上存在孤对电子，三乙醇胺具弱碱性，能够与无机酸或有机酸反应生成盐。三乙醇胺及其盐溶液作为本专利材料中发挥作用的工程外加剂、早强剂使用，可以防止粉碎过程粉粒的聚集和气垫作用，提高水泥的流动性和装填密度。

一种混凝土裂缝的自修复材料的制备方法，所述方法包括：

按照相应质量份数选取聚丙烯酸、酰胺基、葡萄糖酸纳、对甲苯磺酸、二氧化硅、氢氧化钠、聚乙二醇、三乙醇胺和水混匀。

一种混凝土裂缝的自修复材料的使用方法，所述混凝土裂缝的自修复材料与混凝土胶凝材料混合使用。

作为优选地，所述混凝土裂缝的自修复材料占混凝土胶凝材料的总质量的0.24wt%-0.26 wt%。

作为优选地，所述混凝土裂缝的自修复材料占混凝土胶凝材料的总质量的0.21wt%-0.23 wt%。

作为优选地，所述混凝土裂缝的自修复材料占混凝土胶凝材料的总质量的0.18wt%-0.2 wt%。

一种混凝土裂缝的自修复材料的应用，所述自修复材料在修复不大于0.8mm的混凝土微裂缝中作为辅料应用；所述自修复材料为液体材料。

上述该自修复材料，是针对混凝土容易开裂的特性做了详实大量的研究工作，通过控制混凝土早期收缩开裂，从材料角度入手加强混凝土的抗裂性能；针对混凝土后期应力、温度等不可控制因素造成的开裂情况，利用水分子进入裂缝后会重新激活二氧化硅与氢氧化钙反应生成CSH凝胶（水化硅酸钙），堵塞修复产生的裂缝（≤0.8mm），达到重复自愈修复的目的。

与现有技术相比，本发明至少具有如下技术效果：

本发明提供了一种混凝土裂缝的自修复材料，该修复材料中在脂肪酸及其他酸类为基材的基础上加入了高活性无机二氧化硅及有机氨的复合物。当混凝土在基材配合比、搅拌、运输、浇筑、养护的过程中，会存在很多的因素影响到混凝土的质量，造成多样性的开裂难题，本发明解决了混凝土裂缝产生后，需要大量人力物力修补的困境，依靠本发明本身具备的多次修复功能，使混凝土具备自修复能力，减少环节及资源浪费。其原理是当混凝土裂缝产生后有水渗入，本发明中的活性化学物质与水泥中的水化产物结合生成不溶于水的结晶体，可以填塞混凝土中的毛细孔和微细裂缝，达到自愈修复的目的。

该自修复材料的作用机理为：一是增强阶段，自修复材料中的分子与水泥浆体液相中的钙离子、镁离子等阳离子生成憎水的不溶物堵塞硬化水泥浆体中的毛细孔，达到防水防渗的效果。由于自修复材料中的分子中含有一定量的具有减缩作用的官能团（如羟基、醚键等），自修复材料掺入到混凝土中后，可降低毛细孔中水的表面张力，减少混凝土的干缩裂缝，从而降低混凝土的抗渗风险。在水泥水化过程中，自修复材料中的分子掺杂到水化铝酸钙中，形成具有一定憎水能力的有机矿物，增加了毛细孔壁的憎水作用；二是修复阶段，裂缝产生水分子进入裂缝后会重新激活二氧化硅与氢氧化钙反应生成CSH凝胶（水化硅酸钙），堵塞修复产生的裂缝（≤0.8mm），达到自愈修复的目的。

上述该自修复材料，是针对混凝土容易开裂的特性做了详实大量的研究工作，通过控制混凝土早期收缩开裂，从材料角度入手加强混凝土的抗裂性能；针对混凝土后期应力、温度等不可控制因素造成的开裂情况，利用水分子进入裂缝后会重新激活二氧化硅与氢氧化钙反应生成CSH凝胶（水化硅酸钙），堵塞修复产生的裂缝（≤0.8mm），达到重复自愈修复的目的。经过数百次实验数据结果及根据国内近3000例实际工程应用，本材料在以上优化配比中可发挥较强的固化、修复作用。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围，实施例中未注明的具体条件，按照常规条件或者制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的一种具体实施方式的技术方案为：

作为优选地，包括以下重量百分比的原料：

一种混凝土裂缝的自修复材料的制备方法，所述方法包括：

一种混凝土裂缝的自修复材料的应用，所述自修复材料在修复不大于0.8mm的混凝土微裂缝中作为辅料应用。

作为优选地，所述自修复材料为液体材料。

实施例1：

一种混凝土裂缝的自修复材料由以下重量百分比的原料组成：

聚丙烯酸（PAA）20wt%、酰胺基13wt%、葡萄糖酸纳2.5wt%、对甲苯磺酸2,0wt%、二氧化硅2.7wt%、氢氧化钠1.3wt%、聚乙二醇1.2wt%、三乙醇胺0.6wt%、水56.7wt%。

一种混凝土裂缝的自修复材料，与水配制稀释液，比例为1:200，水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5Mpa。砂采用中砂，含泥量不大于3%，泥含量不大于1%。

实施例2：

聚丙烯酸（PAA）23wt%、酰胺基10.5wt%、葡萄糖酸纳4wt%、对甲苯磺酸3.6wt%、二氧化硅2.8wt%、氢氧化钠0.8wt%、聚乙二醇0.9wt%、三乙醇胺0.9wt%、水53.5wt%。

一种混凝土裂缝的自修复材料, 与水配制稀释液，比例为1:200，水泥为普通硅酸盐水泥，强度等级不低于32.5Mpa。砂采用中砂，含泥量不大于3%，泥含量不大于1%。

实施例3：

聚丙烯酸（PAA）22wt%、酰胺基12wt%、葡萄糖酸纳3%、对甲苯磺酸2.6wt%、二氧化硅2.4wt%、氢氧化钠1wt%、聚乙二醇1wt%、三乙醇胺0.5wt%、水55.5wt%。

实施例4：

聚丙烯酸（PAA）21wt%、酰胺基11.5wt%、葡萄糖酸纳3.5wt%、对甲苯磺酸2.8wt%、二氧化硅2.5wt%、氢氧化钠1.2wt%、聚乙二醇1.1wt%、三乙醇胺0.7wt%、水55.7wt%。

实施例5：

聚丙烯酸（PAA）22.5wt%、酰胺基11.5wt%、葡萄糖酸纳2.5wt%、对甲苯磺酸2.2wt%、二氧化硅2.8wt%、氢氧化钠1.2wt%、聚乙二醇1.2wt%、三乙醇胺0.6wt%、水55.5wt%。

实验例：

选取上述实施例3-5作为实验组，功能指标结果如下所示:

实施例3:修复宽度（mm）≧:0.97；自修复能力（28d）≧：32%；

实施例4:修复宽度（mm）≧:0.92；自修复能力（28d）≧：31%；

实施例5:修复宽度（mm）≧:0.95；自修复能力（28d）≧：31.4%。

由上述实施例数据可得知本发明混凝土裂缝自修复材料对混凝土裂缝有很好的修复能力，完全符合《混凝土内掺型自修复防水材料及施工技术规程》T/SZWA003-2020中对混凝土内掺型自修复防水材料性能指标要求（裂缝修复系数/%，28d ≥25）。

实施案例：

案例一，天津津南区公安分局项目，本项目为天津公安***高级别保密项目，地下警备库防水面积为11300平方米，于2017年5月正式竣工，当年7月正逢雨季，在经历暴雨侵蚀的周期内，地下警备库混凝土墙面因沉降出现不均匀裂缝，裂缝宽度在0.3-0.7毫米之间，并出现渗水及返碱现象。针对此种情况，给予建设方不予处理、静待内掺混凝土裂缝自修复功能建议，到7月底，经历多次降雨及闭水试验后，原裂缝全部愈合，截至目前未出现渗水现象。

案例二，深圳宝安区污水集中处理厂，本项目为国内最大的城市污水处理厂，由中冶十九局承建，地下三层地上七层，原地下两层混凝土中使用膨胀剂作为抗裂剂，效果较差，拆模后不规则裂缝较多，且裂缝宽度均在0.8毫米以上，属于有害裂缝。考虑到项目特殊性，建设方取消了原膨胀剂改为带有自修复功能的混凝土裂缝的自修复材料，全部工程竣工验收后，只有地下一层及地上第七层出现了混凝土微裂缝，且宽度均低于0.8毫米，抗裂效果明显高于膨胀剂。产生的微裂缝不予以处理，依靠产品本省具有的修复功能进行结晶修复，截止目前裂缝渗水处已全部自行修复完毕，未出现渗水情况。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种混凝土裂缝的自修复材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：

聚丙烯酸18wt%-26wt%、酰胺基8wt%-16wt%、葡萄糖酸钠2wt%-4wt%、对甲苯磺酸1.6wt%-3.6wt%、二氧化硅2wt%-2.9wt%、氢氧化钠0.6wt%-1.3wt%、聚乙二醇0.6wt%-1.2wt%、三乙醇胺0.3wt%-0.7wt%、余量为水；

所述混凝土裂缝的自修复材料与混凝土胶凝材料混合使用；

所述混凝土裂缝的自修复材料占混凝土胶凝材料的总质量的0.18wt%-0.2 wt%；

所述自修复材料为液体材料；

所述酰胺基为N,N-二甲基甲酰胺和/或N,N-二甲基乙酰胺。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土裂缝的自修复材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：

聚丙烯酸21wt%-22.5wt%、酰胺基11.5wt%-12.5wt%、葡萄糖酸钠2.5wt%-3.5wt%、对甲苯磺酸2.2wt%-2.9wt%、二氧化硅2.2wt%-2.5wt%、氢氧化钠0.8wt%-1.2wt%、聚乙二醇0.8wt%-1.1wt%、三乙醇胺0.4wt%-0.6wt%、余量为水。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土裂缝的自修复材料，其特征在于，包括以下重量百分比的原料：

聚丙烯酸22wt%、酰胺基12wt%、葡萄糖酸钠3wt%、对甲苯磺酸2.6wt%、二氧化硅2.4wt%、氢氧化钠1wt%、聚乙二醇1wt%、三乙醇胺0.5wt%、余量为水。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的混凝土裂缝的自修复材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

按照相应质量份数选取聚丙烯酸、酰胺基衍生物、葡萄糖酸钠、对甲苯磺酸、二氧化硅、氢氧化钠、聚乙二醇、三乙醇胺和水混匀。

5.一种如权利要求1-3任一项所述的混凝土裂缝的自修复材料的应用，其特征在于，所述自修复材料在修复不大于0.8mm的混凝土微裂缝中作为功能性辅料应用。