[发明专利]用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊及其制备方法

说明书

本发明提供了一种用于混凝土的环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊，包括芯材和包覆芯材的壁材。所述芯材按重量份数计，由80‑100份膨润土修复剂、10‑30份粘土固化剂、15‑35份MgO膨胀剂和2‑8份粘合剂组成。所述壁材按重量份数计，由0.5‑1份氯离子触发剂和3‑8份囊壁材料组成，所述囊壁材料为乙基纤维素或聚乙烯醇。所述自修复微胶囊，固化剂与修复剂发生反应后生成的膨胀性产物具有优异的力学性能，能够保证裂纹的有效填充。而且，所述微胶囊以无机类材料为芯材，其生成的修复产物与基体有很好的相容性，解决了有机修复产物与基体相容性不高致使混凝土的强度降低的技术问题。此外，所述微胶囊将“氯离子响应”引入到触发方式中，实现了应力与氯离子触发双重响应，损伤修复灵敏度高，修复响应快。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种用于混凝土的自修复材料，具体涉及环境复响应同质膨胀型自修复微胶囊及其制备方法。

背景技术

混凝土材料具备成本低、可塑性好和取材方便等特点，已经成为目前应用最广泛的建筑材之一。钢筋混凝土材料由钢筋和混凝土材料混合使用组成；其中，钢筋较强的抗拉能力弥补了混凝土本身较弱的抗拉性能，从而增加了混凝土材料的应用范围。但混凝土在服役过程中往往会因温度或腐蚀介质的渗入等造成开裂，从而缩短服役寿命。混凝土开裂的原因主要有如下几种：(1)混凝土的收缩。在硬化过程中，由于内部水分蒸发造成的干湿变化，导致混凝土内部产生空隙，进而使得混凝土体积收缩，从而产生收缩裂缝。(2)温度应力的影响。水泥水化过程中产生的水化热较高，致使混凝土内部温度升高，混凝土内外产生温度差，进而产生温度应力，造成混凝土开裂。(3)碱-骨料反应的影响。水泥中的碱性氧化物与骨料中的SiO₂反应，在骨料表面生成碱硅酸凝胶，凝胶吸水后体积发生膨胀导致混凝土开裂。(4)外部荷载的作用。混凝土在受到比自身强度高的外部荷载时，也会产生裂缝。

此外，随着海洋经济的发展，钢筋混凝土材料在海洋工程中的应用也越来越广泛。处于潮湿环境中的钢筋混凝土材料，常因钢筋锈蚀和混凝土腐蚀开裂而过早发生结构耐久性的失效乃至破坏。这些现象不但在经济上造成了不可估量的损失，甚至可能造成突发性建筑破坏造成无法挽回的生命损失。

为延长混凝土结构的服役寿命，需要对裂纹及时进行修复。目前，针对混凝土结构开裂等问题，基于微胶囊技术的自修复水泥基复合材料成为研究热点；现有的微胶囊体系大多以有机材料作为修复剂和固化剂，但这种微胶囊体系存在以下几个问题：(1)制备过程繁琐，生产成本高，不易实现大规模的生产应用；(2)且粒径较小，仅为几微米到几十微米之间，在水泥基材料中的分散性不好；(3)有机修复产物与基体相容性不高，使混凝土的强度降低；(4)依靠裂缝尖端的微胶囊在集中应力的作用下破裂而触发，无法保证所有的微胶囊都能被裂缝破坏，修复效率低；(5)无法针对有害离子的入侵而及时地做出反应，导致有害离子能够通过裂缝扩散至混凝土的内部而腐蚀混凝土及其内部的钢筋。

发明内容

针对现有技术中自修复体系所存在的问题，本发明提供了一种以无机类固化剂、膨胀型修复剂为芯材的微胶囊及其制备方法。所述微胶囊的修复产物具有膨胀性且力学性能优异，能够保证裂纹的有效填充；还具备腐蚀介质触发型壁材，在氯离子的入侵时能够针对性的生成修复产物，修复微裂缝、阻塞氯离子的扩散通道，从而有效地抑制裂缝的发展，达到延长混凝土结构服役寿命的目的，具有广阔的市场应用前景。