[发明专利]一种憎水自防护型矿物自修复材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种憎水自防护型矿物自修复材料及其制备方法，该自修复材料包括以下重量份的原料组分：硫铝酸盐水泥熟料：100份，石膏：3～12份，偶联剂溶液：4～16份，憎水剂：3.5～10份；其制备方法包括如下步骤：（1）将所述硫铝酸盐水泥熟料、所述石膏及所述偶联剂溶液加入粉磨设备中粉磨至比表面积为220～280m²/kg，得到混合物A；（2）向所述混合物A中加入所述憎水剂，继续粉磨至比表面积为310～360m²/kg，即得本发明的憎水自防护型矿物自修复材料。本发明的产品自修复效果好，可调整自修复材料表面的憎水剂含量，进而控制其憎水自防护效果；具有原材料易得、制备工艺简单且产品性能可控等优点。

技术领域

本发明属自修复材料技术领域，具体涉及一种憎水自防护型矿物自修复材料及其制备方法。

背景技术

开裂是材料损伤的直观表现，并由此为侵蚀介质(空气、水及离子等)进入材料内部提供通道，进而导致材料性能劣化的加速。因此，如何修复裂缝成为提高材料性能的关键。目前，工程界对裂缝的修补主要基于一些传统方法，如灌浆法、预应力加固、钢筋加固及渗透结晶材料等，但这些方法存在许多不足之处：(1)工作量大、成本高且修复效果不明显；(2)仅适用于可见裂纹及简单结构处，对微裂纹及隐蔽处(如地下、水下及狭窄空间等)裂缝难以修复。

在自然界中，生物体出于自我保护的机制，在其组织发生损伤后将很快完成自愈合，进而恢复其原有机能。受此仿生学原理的启示，工程界提出了仿生自修复技术，并在混凝土自修复领域开展了大量研究，按修复机理可分为物理修复技术、化学修复技术及微生物修复技术，其各自特点如下：

物理自修复技术，主要依赖于形状记忆合金(SMA)材料的形状记忆效应，但其使用成本高，且修复作用需人为干预，因此其应用局限性最大，目前主要用于实现结构构件的紧急自修复。

化学自修复技术，因修复材料及封装技术的可选择性多，是自修复技术研究的热点。从修复材料类型看，聚合物类修复材料以环氧树脂类、丙烯酸类、酚醛树脂类及聚氨酯类等为主，并通过与水/空气接触、加热或激发等方式完成固化修复，虽然固化形式多样，但固化效果较难控制，且与水泥基体的相容性不佳，此外，聚合物还存在价格高及具有一定毒性等缺点。相比之下，无机类修复材料，如水泥、粉煤灰、矿粉及硅酸钠等矿物，不仅具有原材料易得及价格低等优势，且其修复产物与混凝土基体相容性好，是混凝土自修复领域的研究热点。从封装技术来看，中空纤维管虽然可以封存较多的修复材料，但由于其脆性大及管径小的特点，其在拌合过程中易破损，且纤维管对修复材料的毛细阻力大，使修复材料流出困难，因此限制了其应用范围；微胶囊具有尺寸小、数量多及囊壁强度可调等特点，可与基体材料直接拌合使用，且分布均匀，可大幅提高自修复范围，但微胶囊也存在制备难度大、封装量小及裂缝击中胶囊概率低等问题；此外，多孔材料也是一种常用的固载材料，但其通常对基体的强度造成不利影响，且需要二次封装，工艺较复杂。

微生物自修复技术，极具开发前景，但微生物类型、营养组分、pH及温度等条件对其繁殖及代谢的影响较大，目前多采取将好氧嗜碱芽孢杆菌与营养组分混合封装后掺入混凝土中，当混凝土开裂后，随着空气及水分的进入，微生物复苏并进行繁殖与代谢，其代谢过程中产生的CO₂可与水泥基材料中的氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀，进而实现裂缝修复。由此可知，微生物自修复的应用难度较大，且对服役环境要求较高，同时还存在成本高及修复效果慢等不足。

综上可知，提供一种制备工艺简单、封装及修复效果良好的一种憎水自防护型矿物自修复材料及其制备方法，是开发具有自修复功能材料的基础，可显著延长材料的使用寿命，对提高工程耐久性具有重要意义。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明的目的是提供一种基于憎水作用实现自防护的自修复材料及其制备方法，以解决现有自修复技术中存在的制备工艺复杂、自修复效果不佳及自修复产物与基体相容性差等问题。