[发明专利]使用聚脲树酯高分子微胶囊的自修复混凝土及其制造方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及自修复混凝土及类似建筑材料，尤其是涉及具有自修复功能的混凝土与类似建筑材料及其制造方法。

【背景技术】

作为传统建筑材料的代表，混凝土其固有的优点是抗压强度高，耐久性好，成本低，广泛应用于工业与民用建筑、桥梁、道路工程、地下工程、水利水电工程、核电站、港口和海洋工程等结构物，目前又向着大跨结构、高耸结构、巨型结构和特种结构渗透，是应用得最为广泛的建筑材料，诞生至今，已有100多年的历史。可以预见，将来混凝土依然是国家现代化建设不可缺少的建筑材料。在役混凝土结构由于在长期的使用过程中以及周围复杂环境的影响下，会不可避免地产生微小开裂和局部损伤，轻者会降低结构的使用寿命，重者则危及结构的安全。因此，对于使用在结构中的混凝土裂缝的修复是一个长期困扰着土木工程人员的技术难题。对原材料、配合比、外加剂、制造工序、浇捣方法和养护工艺等方面加以研究和改进，这些方法并未从根本上改变混凝土的性能弱点。因此，对在役结构出现的裂纹和损伤进行及时有效的修复成为科学研究和工程应用中关心的重要问题。由于地震、风荷载、冲击波等其它原因所造成的宏观破坏，可以通过肉眼发现并用传统的手工修复方式(计划修复和事后修复)对裂纹进行修复。在实际的混凝土工程结构中，存在许多微小裂纹，比如基体的微开裂等，这些微观范围的损伤由于探测技术的局限性有可能探测不到。因此，要对这些探测不到的裂纹和损伤进行修复，就变得非常困难，甚至不可能。如果这些裂纹或损伤不能得到及时有效的修复，不但会影响结构的正常使用性能和缩短使用寿命，而且还有可能由此引发宏观裂缝并导致结构脆性断裂，产生严重的灾难性事故。因此迫切需要采用某种技术或方式，能主动、自动地对裂纹和损伤部位进行修复，恢复甚至提高混凝土材料的强度以达到延长混凝土结构使用寿命的目的。现有技术无法完善解决混凝土微裂纹的自诊断和自修复问题。

混凝土裂缝的自修复是在混凝土传统组份中附和特殊组份(如形状记忆合金，含胶粘剂的液芯纤维或胶囊等)，在其内部形成智能型自修复系统，当混凝土材料中出现裂纹或损伤时，自动触发修复反应，使其愈合。

目前自修复混凝土结构研究集中在空心纤维修复技术，虽然在实验室技术中，空心纤维胶囊证明了自修复混凝土的功能，但是混凝土振捣等施工工艺会扰动空心纤维胶囊的设计排列，甚至会导致玻璃壁材的破裂，即修复剂的过早流失，达不到修复混凝土的目的，影响自修复混凝土的工艺可行性和自修复能力的可重复性。在养化和使用过程中，微裂纹和裂纹在混凝土结构中大量出现，随机性很大，自修复技术要求修复胶囊均匀地分布在混凝土结构。由于空心纤维材料脆性的限制，空心纤维胶囊不能够使用目前的工艺技术保证微胶囊材料在混凝土中的均匀分布，从而使纤维胶囊在混凝土结构的微裂纹自修复过程中只能采用特殊混凝土材料和特殊工艺，如自密实高性能混凝土和无捣工艺等。这些困难从技术上限制了空心纤维胶囊在混凝土结构裂纹自修复工程的有效应用。空心纤维胶囊的表面性质，壁材强度，几何参数和摻量对混凝土的修复效果有重要影响。胶囊纤维壁材光滑，不易于混凝土形成有效的相界面，导致混凝土的粘结强度降低。空心纤维胶囊尺寸较大，直径有时高达毫米级，可以认为在混凝土结构中引入修复剂的同时，也不可避免地引入了缺陷，降低了混凝土自身强度和自修复效率。空心纤维胶囊壁材玻璃强度较大，混凝土微裂纹所产生的应力，可能难以提供足够的能量使空心纤维胶囊破裂，因此使用该技术有可能只能修复较大裂纹，而对于混凝土结构的损坏/断裂至关重要的微裂纹的修复可能作用不大。这就说明该方法在工程应用中尚有许多问题需要解决，包括纤维胶囊耐久性、修复时效性，界面相容性，修复可靠性和工程应用可行性等问题。微裂纹早期修复对于混凝土结构的耐久性是至关重要的，所以使用空心纤维胶囊技术不适用微裂纹的工程修复，具有较大的局限性。

【发明内容】

为了解决现有空心纤维胶囊技术无法完善解决混凝土微裂纹的自诊断和自修复的技术问题，本发明提出了一种使用聚脲树酯高分子微胶囊的自修复混凝土。通过合适的组分配比，和工艺条件等，形成高分子微胶囊混凝土自修复结构。

本发明的技术方案是一种使用聚脲树酯高分子微胶囊的自修复混凝土，在混凝土中掺入具有修复微裂缝功能的聚脲树酯高分子微胶囊，其混凝土质量配合比为：混凝土/微胶囊/水＝100∶1-15∶15-20。

根据本发明的一个优选实施例，所述微胶囊内含粘合剂，其包裹所述粘合剂的囊壁是聚脲树酯高分子材料制成。