一种海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂及其制备方法，该自修复剂按质量分数包含以下组分：聚丙烯酸水凝胶20

【技术实现步骤摘要】
一种海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种裂缝自修复剂及其制备方法，尤其涉及一种海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]钢筋混凝土作为当前使用量最大的工程材料，广泛应用于海工工程建设。但海水中富含高浓度的氯离子、硫酸根离子等腐蚀性离子，对钢筋混凝土耐久性产生极大威胁。混凝土长期暴露于自然环境，受多重因素耦合破坏，导致体积不均匀变形，产生微细裂缝。海水中的腐蚀离子进入混凝土内部，破坏水化产物，锈蚀钢筋，导致裂缝快速扩展。当裂缝发展至一定宽度以后，其将对混凝土结构承载功能产生负面效果，导致工程服役性能下降。通过在混凝土中复合特定外加剂，赋予混凝土裂缝自修复功能和钢筋腐蚀自抑制功能，能够较好保障海洋腐蚀环境钢筋混凝土耐久性，延长服役寿命。能够极大程度避免繁重的人为修补作业，降低工程运维成本。尤其针对水下、封闭空间等人工作业难度较大部位，裂缝自修复技术具有极大优势。
[0003]海洋条件的钢筋混凝土裂缝防治需求较高，不仅要实现裂缝发展早期的及时修复，还需实现暴露钢筋的腐蚀抑制。由于海水侵蚀性较强，相比常规水环境，海工混凝土裂缝的自修复应具备较快的响应速度，应迅速实现裂缝输水功能封闭，减少持续海水入侵对混凝土造成的危害。综合而言，服役于海洋环境的钢筋混凝土裂缝自修复应具备快速响应、裂缝高效填充和钢筋腐蚀防护的多重需求。
[0004]现有海工自修复混凝土裂缝自修复剂以填充裂缝空间，封闭渗水通道方式为主。通常修复时间较长，不能实现快速堵漏水。对于入侵混凝土内部的海水侵蚀性离子带来的腐蚀危害无法抑制，会加速混凝土破坏，致使混凝土在修复区域再次开裂。同时，自修复剂无法为暴露的钢筋提供保护，致使其快速锈蚀，锈蚀产物堆积膨胀会进一步导致混凝土发生开裂破坏。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种可快速封闭裂缝、抑制混凝土腐蚀的海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂；
[0006]本专利技术的第二个目的是提供上述的海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂的制备方法。
[0007]技术方案：本专利技术所述的海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂，按质量分数包含以下组分：聚丙烯酸水凝胶20
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30％、微生物5
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10％、甜菜碱20
‑
30％、钙盐15
‑
25％、铝盐20
‑
30％。
[0008]其中，所述的钙盐与铝盐的摩尔比为1:2.0
‑
3.0。
[0009]其中，所述的微生物为乙酸氧化菌。
[0010]其中，所述钙盐为乙酸钙、甲酸钙或乳酸钙中的至少一种。
[0011]其中，所述的铝盐为偏铝酸钠和/或氢氧化铝替代。
[0012]上述的海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将丙烯酸单体与交联剂、引发剂、辅助交联剂、溶剂混合得混合液；将铝盐、丙烯酸混合，经反应后生成丙烯酸铝；
[0014](2)将混合液、丙烯酸铝、微生物和甜菜碱混合，在搅拌条件下加热，制得包埋有微生物的聚丙烯酸水凝胶；
[0015](3)将包埋有微生物的聚丙烯酸水凝胶干燥后破碎成颗粒，在颗粒外面包裹钙盐粉末，制得实心球颗粒；
[0016](4)将实心球颗粒浸渍于聚合物乳液中，将浸渍后的实心球颗粒干燥，即得所述的自修复剂。
[0017]其中，步骤(1)中，所述交联剂为N,N
’‑
亚甲基双丙烯酰胺和/或羟甲基丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸氢钾、过硫酸铵或过硫酸钠中的至少一种；辅助交联剂为无水甲醇、亚硫酸氢钠或四甲基乙二胺中的至少一种；所述溶剂为水。
[0018]其中，步骤(1)中，丙烯酸单体与交联剂、引发剂、辅助交联剂、溶剂的质量比为10：1
‑
2：0.2
‑
0.25：20
‑
40：200
‑
300。铝盐与丙烯酸的摩尔比为1.0：2.0
‑
3.0。
[0019]其中，步骤(2)中，混合液、丙烯酸铝、微生物和甜菜碱的质量比为30
‑
50：10
‑
19：0.5
‑
1.0：2.0
‑
3.0。
[0020]其中，步骤(2)中，将混合液、丙烯酸铝、微生物和甜菜碱在反应器中混合后密封，置于恒温水浴中反应；所述恒温水浴的温度为50℃
‑
70℃；该过程会迅速反应形成；优选时间为1
‑
2min。
[0021]其中，步骤(3)中，所述实心球颗粒中聚丙烯酸水凝胶与钙盐的质量比为1:0.2
‑
0.5。
[0022]其中，步骤(3)中，所述干燥的温度为50
‑
60℃，时间为24
‑
48h；将包埋有微生物的聚丙烯酸水凝胶干燥后破碎成细小颗粒，使用糖衣机在颗粒外表面包裹钙盐粉末；具体包覆方法通过现有技术即可实现；所述实心球颗粒为0.15mm
‑
4.75mm的连续粒径颗粒。
[0023]其中，步骤(4)中，所述实心球颗粒与聚合物乳液的质量比为100：2.0
‑
5.0。
[0024]其中，步骤(4)中，所述聚合物乳液为丁苯乳液、苯丙乳液或醋苯乳液中的至少一种；所述干燥的温度为60
‑
70℃，时间为5
‑
10min。
[0025]其中，所述的修复剂添加方式为替代等质量的细骨料。
[0026]专利技术原理：本专利技术中的丙烯酸会交联形成聚丙烯酸水凝胶，具有优异的pH响应能力。凝胶进入裂缝空间后，在pH＞12的高碱性条件下具有较好的吸水膨胀能力，水分进入凝胶中形成数十倍体积膨胀，快速封闭裂缝空间，直接降低裂缝渗水能力。
[0027]钙离子与铝离子在碱性条件下会发生反应形成钙铝双金属氢氧化物，同时结合大量水分子产生体积膨胀，填充在水凝胶空隙间，提高水凝胶堵漏能力。所形成的钙铝双金属氢氧化物具有特殊层间结构，会吸附固定侵入裂缝的氯离子和硫酸根离子，避免其腐蚀破坏作用。
[0028]聚丙烯酸水凝胶吸水后，赋存在凝胶中的乙酸氧化菌芽孢复活，将以甜菜碱为底物进行生长。甜菜碱分解释放出碳酸根离子和亚硝酸根离子。乙酸氧化菌还能以乙酸为底物，将其分解为碳酸根离子。微生物分解底物释放的碳酸根离子与自由钙离子反应形成碳
酸钙沉淀堆积在水凝胶孔隙中，释放的亚硝酸根离子能对钢筋产生保护作用。
[0029]有益效果：本专利技术与现有技术相比，取得如下显著效果：本专利技术的修复剂在裂缝空间中，形成以水凝胶
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生物碳酸钙
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双金属氢氧化物的有机
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无机复合产物，其中，水凝胶率先吸水形成体积膨胀，隔绝裂缝输水能力，并为微生物提供适宜环境。钙铝双金属氢氧化物原位形成，固化侵入裂缝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂，其特征在于，按质量分数包含以下组分：聚丙烯酸水凝胶20
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30％、微生物5
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10％、甜菜碱20
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30％、钙盐15
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25％、铝盐20
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30％。2.根据权利要求1所述的一种海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂，其特征在于，所述的钙盐与铝盐的摩尔比为1:2
‑
3。3.根据权利要求1所述的海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂，其特征在于，所述的微生物为乙酸氧化菌。4.根据权利要求1所述的海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂，其特征在于，所述钙盐为乙酸钙、甲酸钙或乳酸钙中的至少一种。5.根据权利要求1所述的海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂，其特征在于，所述的铝盐为偏铝酸钠和/或氢氧化铝替代。6.一种权利要求1所述的海工钢筋混凝土用裂缝快速自修复剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将丙烯酸单体与交联剂、引发剂、辅助交联剂、溶剂混合得混合液；将铝盐、丙烯酸混合得丙烯酸铝；(2)将混合液、丙烯酸铝、微生物和甜菜碱混合，在搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：张旋，詹其伟，宋晨鹏，王鑫宇，胡海涛，孙新选，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：