阅读说明：本技术 一种氯离子触发型自修复骨料及其制备方法 (Chloride ion triggered self-repairing aggregate and preparation method thereof ) 是由 王险峰 杨振鸿 朱光明 韩宁旭 邢锋 于 2019-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种氯离子触发型自修复骨料及其制备方法,方法包括：将多孔材料与修复剂溶液混合,抽真空条件下得到孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料；将壁材、触发剂以及乳化剂加入溶剂中,搅拌条件下得到离子触发膜悬浮液；将所述离子触发膜悬浮液覆盖在孔隙中吸附有修复剂溶液的所述多孔材料表面,加热烘干条件下得到氯离子触发型自修复骨料。本发明的制备方法以多孔材料作为修复剂溶液和离子触发膜的载体,通过多孔材料的孔隙吸附修复剂溶液,并在多孔材料表面覆盖离子触发膜。本发明制备方法简单,不需要昂贵设备,多孔材料便宜易得,且多孔材料作为骨料掺入混凝土中不会造成强度的严重降低,也不会给混凝土内部引入新的缺陷。(The invention discloses a chloride ion triggered self-repairing aggregate and a preparation method thereof, wherein the method comprises the following steps: mixing the porous material with the repairing agent solution, and obtaining the porous material with the repairing agent solution absorbed in pores under the condition of vacuum pumping; adding wall materials, a trigger and an emulsifier into a solvent, and stirring to obtain an ion trigger membrane suspension; covering the ion triggering film suspension on the surface of the porous material with the repairing agent solution adsorbed in the pores, and heating and drying to obtain the chloride ion triggering type self-repairing aggregate. The preparation method takes the porous material as a carrier of the repairing agent solution and the ion triggering membrane, the repairing agent solution is absorbed through the pores of the porous material, and the ion triggering membrane is covered on the surface of the porous material. The preparation method is simple, expensive equipment is not needed, the porous material is cheap and easy to obtain, and the porous material is doped into concrete as aggregate without causing serious reduction of strength and introducing new defects into the concrete.)

一种氯离子触发型自修复骨料及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体涉及一种氯离子触发型自修复骨料及其制备方法。

背景技术

钢筋混凝土是土木结构工程中使用最广泛的材料，其耐久性决定了工程的使用寿命和建设的效益。由于混凝土自身的有害孔隙和微小裂缝为有害物质提供了进入材料内部的捷径，在腐蚀环境中容易造成内部钢筋钝化膜受到破坏，从而加速钢筋的锈蚀。而在滨海环境、盐碱地带和冬季使用除冰盐的道桥工程中，氯离子的侵入和渗透则又是引起混凝土钢筋锈蚀的主因。因此减缓氯离子在混凝土中的渗透，阻断其到达钢筋表面的扩散途径，是提高钢筋混凝土结构在上述使用条件下耐久性的一个有效措施。

传统方法是直接把防锈剂掺入到混凝土中，但由于防锈剂对混凝土早期水化有影响，而且在早期水化会消耗部分防锈剂。虽然现有也有通过氯离子触发型微胶囊加入到混凝土中解决混凝土锈蚀问题，但现有氯离子触发型微胶囊在PH＝12的碱性环境下容易裂解，不适应于混凝土中PH≈13的强碱性环境，并且制造过程繁杂，需要引入一系列特定设备，大量掺入基体中会严重影响其强度，因此大量使用受到一定限制。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种氯离子触发型自修复骨料及其制备方法，旨在解决现有氯离子触发型微胶囊在强碱性环境下容易裂解，并且制造过程繁杂，需要引入一系列特定设备，大量掺入混凝土会影响其强度的问题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：一种氯离子触发型自修复骨料的制备方法，具体步骤如下：

将多孔材料与修复剂溶液混合，抽真空条件下得到孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料；

将壁材、触发剂以及乳化剂加入溶剂中，搅拌条件下得到离子触发膜悬浮液；

将所述离子触发膜悬浮液覆盖在孔隙中吸附有修复剂溶液的所述多孔材料表面，加热烘干条件下得到氯离子触发型自修复骨料。

所述的氯离子触发型自修复骨料的制备方法，其中，所述将多孔材料与修复剂溶液混合，抽真空条件下得到孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料的步骤具体包括：

将多孔材料与修复剂溶液混合，抽真空30～45min后去除所述多孔材料表面的修复剂溶液，得到孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料。

所述的氯离子触发型自修复骨料的制备方法，其中，所述多孔材料为轻骨料、硅藻土、纳米氧化铁、生物炭、沸石、活性炭、偏高岭土、多孔膨胀微珠中的一种。

所述的氯离子触发型自修复骨料的制备方法，其中，所述修复剂为亚硝酸钠、单氟磷酸钠、有机羧酸醇胺盐、重铬酸钾、三乙醇胺、单乙醇胺、油酸三乙醇胺、磷酸三钠、三聚磷酸钠、苯甲酸钠、苯甲酸胺、六次甲基四胺、苯并三氮唑中的一种或多种。

所述的氯离子触发型自修复骨料的制备方法，其中，所述将壁材、触发剂以及乳化剂加入溶剂中，搅拌条件下得到离子触发膜悬浮液的步骤具体包括：

将壁材加入溶剂中，搅拌条件下得到壁材溶液；

将触发剂加入所述壁材溶液中，搅拌条件下得到触发剂与壁材的混合溶液；

将乳化剂加入所述触发剂与壁材的混合溶液中，搅拌条件下得到离子触发膜悬浮液。

所述的氯离子触发型自修复骨料的制备方法，其中，所述壁材为聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。

所述的氯离子触发型自修复骨料的制备方法，其中，所述触发剂为硫酸铅、氯化亚铜、硬脂酸铅中的一种或多种。

所述的氯离子触发型自修复骨料的制备方法，其中，所述溶剂为对二甲苯、二氯甲烷、一氯甲烷、无水乙醇、甲苯中的一种或多种。

所述的氯离子触发型自修复骨料的制备方法，其中，所述将所述离子触发膜悬浮液覆盖在孔隙中吸附有修复剂溶液的所述多孔材料表面，加热烘干条件下得到氯离子触发型自修复骨料的步骤具体包括：

将所述离子触发膜悬浮液通过喷雾法覆盖在吸附有修复剂溶液的所述多孔材料表面，得到表面覆盖有离子触发膜悬浮液的多孔材料；

将所述表面覆盖有离子触发膜悬浮液的多孔材料加热烘干，得到氯离子触发型自修复骨料。

一种氯离子触发型自修复骨料，其中，采用任一项所述的氯离子触发型自修复骨料的制备方法制备而成。

有益效果：本发明的制备方法以多孔材料作为修复剂溶液和离子触发膜的载体，通过多孔材料的孔隙吸附修复剂溶液，并在多孔材料表面覆盖离子触发膜悬浮液，通过加热烘干使离子触发膜固化得到氯离子触发型自修复骨料。本发明的制备方法简单，不需要昂贵设备，多孔材料便宜易得，且多孔材料作为骨料掺入混凝土中不会造成强度的严重降低，也不会给混凝土内部引入新的缺陷。

附图说明

图1是实施例1中制备的氯离子触发型自修复骨料表面的离子触发膜的电镜图；

图2是将实施例1中制备的氯离子触发型自修复骨料置于5％的氯化钠溶液中浸泡1日后表面的离子触发膜的电镜图。

具体实施方式

本发明提供一种氯离子触发型自修复骨料及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体地，本发明提供的一种氯离子触发型自修复骨料的制备方法，包括步骤：

S1、将多孔材料与修复剂溶液混合，抽真空条件下得到孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料。

由于现有氯离子触发型微胶囊在强碱性环境下容易裂解，并且制造过程繁杂，需要引入一系列特定设备，大量掺入混凝土中会影响其强度。为了解决上述问题，本实施例中利用多孔材料的孔隙特征，将多孔材料与修复剂溶液混合，在抽真空条件下多孔材料表面的孔隙会吸收修复剂溶液并最终达到饱和状态。然后将吸附有修复剂溶液的多孔材料表面的修复剂溶液去除掉，得到孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料，以便后续步骤中在多孔材料表面覆盖离子触发膜溶液。本实施例中通过多孔材料作为修复剂溶液的载体，克服了现有氯离子触发型微胶囊加入混凝土中会影响其强度的问题。

在一具体实施方式中，所述步骤S1具体包括步骤：

S11、将多孔材料与修复剂溶液混合，抽真空30～45min后去除所述多孔材料表面的修复剂溶液，得到孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料。

在一具体实施方式中，可以将修复剂溶液置于真空皿中，然后向真空皿中加入多孔材料，得到多孔材料溶液。由于多孔材料表面含有孔隙，多孔材料与修复剂溶液混合后，修复剂溶液会慢慢进入多孔材料的孔隙中。为了加速多孔材料上的孔隙对修复剂溶液的吸附，本实施例中采取对多孔材料溶液进行抽真空处理，直至所述多孔材料吸附修复剂溶液达到饱和状态。为了方便后续步骤中不影响在多孔材料表面覆盖离子触发膜，本实施例中进一步对吸附有修复剂溶液的多孔材料进行处理，以去除其表面多余的修复剂溶液。在一具体实施例中，所述抽真空时间为30～45min。

具体实施时，由于直接加热烘干不仅会去除多孔材料表面的修复剂溶液，还会去除孔隙中的修复剂溶液，使得最终制备出的氯离子触发型自修复骨料对混凝土的修复能力减弱。因此，本实施例中选择使用具有吸附作用的材料例如湿毛巾包裹吸附有修复剂溶液的多孔材料以去除其表面多余的修复剂溶液。

在一具体实施方式中，所述多孔材料为轻骨料、硅藻土、纳米氧化铁、生物炭、沸石、活性炭、偏高岭土、多孔膨胀微珠中的一种。所述修复剂为亚硝酸钠、单氟磷酸钠、有机羧酸醇胺盐、重铬酸钾、三乙醇胺、单乙醇胺、油酸三乙醇胺、磷酸三钠、三聚磷酸钠、苯甲酸钠、六次甲基四胺、苯并三氮唑中的一种或多种。

具体地，本发明提供的一种氯离子触发型自修复骨料的制备方法，还包括步骤：

S2、将壁材、触发剂以及乳化剂加入溶剂中，搅拌条件下得到离子触发膜悬浮液。

具体实施时，在得到孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料后，还需要进一步在多孔材料表面覆盖一层离子触发膜，以便在氯离子渗透进入混凝土后能够触发多孔材料中的自修复溶液流出对混凝土进行修复。本发明中的离子触发膜包括壁材和触发剂，具体是将壁材和触发剂加入挥发性溶剂中分散均匀，并将混合溶液中加入乳化剂使壁材和触发剂在挥发性溶剂中形成悬浮液，以便后续步骤中将离子触发膜悬浮液覆盖在多孔材料表面。

在一具体实施方式中，所述步骤S2具体包括步骤：

S21、将壁材加入溶剂中，搅拌条件下得到壁材溶液；

S22、将触发剂加入所述壁材溶液中，搅拌条件下得到触发剂与壁材的混合溶液；

S23、将乳化剂加入所述触发剂与壁材的混合溶液中，搅拌条件下得到离子触发膜悬浮液。

在一具体实施方式中，首先用移液枪抽取具有挥发性的溶剂置于试剂瓶中，向试剂瓶中加入壁材颗粒，将试剂瓶置于磁力搅拌器中搅拌至壁材颗粒完全溶解，得到壁材溶液。然后将触发剂粉末加入所述壁材溶液中，搅拌至触发剂粉末分散均匀，得到触发剂与壁材的混合溶液。最后向触发剂与壁材的混合溶液中加入乳化剂，搅拌条件下得到离子触发膜悬浮液。

在一具体实施方式中，所述壁材为聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸-羟基乙酸共聚物、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。所述触发剂为硫酸铅、氯化亚铜、硬脂酸铅中的一种或多种。所述溶剂为具有挥发性的溶剂，包括对二甲苯、二氯甲烷、一氯甲烷、无水乙醇、甲苯中的一种或多种。在一具体实施例中，所述挥发性溶剂、所述壁材颗粒与所述触发剂的质量比为50：10：1。

具体地，本发明提供的一种氯离子触发型自修复骨料的制备方法，还包括步骤：

S3、将所述离子触发膜悬浮液覆盖在孔隙中吸附有修复剂溶液的所述多孔材料表面，加热烘干条件下得到氯离子触发型自修复骨料。

在一具体实施方式中，获取到离子触发膜悬浮液和孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料后，进一步将离子触发膜悬浮液覆盖在孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料表面，然后对表面覆盖有离子触发膜悬浮液的多孔材料进行加热烘干处理使其表面覆盖的离子触发膜溶液中的溶剂挥发，离子触发膜固化，得到氯离子触发型自修复骨料。在一具体实施例中，所述离子触发膜厚度小于100um。具体应用过程中，将制备的氯离子触发型自修复骨料掺入混凝土中后，当有氯离子渗透进入混凝土内部时，氯离子会与氯离子触发型自修复骨料表面的触发剂发生络合反应形成络合物产生沉淀，从而使离子触发膜破裂，进而使得多孔材料孔隙中的修复剂溶液流出对混凝土进行修复。本发明氯离子触发型自修复骨料的制备方法简单，避免了一系列昂贵设备的引入，载体材料便宜易获得，多孔材料作为骨料掺入混凝土中不会造成混凝土强度的严重降低，也不会给混凝土内部引入新的缺陷。

在一具体实施方式中，所述步骤S3具体包括步骤：

S31、将所述离子触发膜悬浮液通过喷雾法覆盖在吸附有修复剂溶液的所述多孔材料表面，得到表面覆盖有离子触发膜悬浮液的多孔材料；

S32、将所述表面覆盖有离子触发膜悬浮液的多孔材料加热烘干，得到氯离子触发型自修复骨料。

具体实施时，在吸附有修复剂溶液的多孔材料表面覆盖离子触发膜悬浮液的方法包括喷雾法和浸泡法，但是喷雾法相对于浸泡法形成的离子触发膜的厚度更加均匀。在一具体实施例中，可以将离子触发膜悬浮液装在喷雾器中，通过喷雾法将离子触发膜悬浮液覆盖在吸附有修复剂溶液的多孔材料表面，并且边喷雾边旋转多孔材料，使其表面完全覆盖上离子触发膜溶液。然后将表面覆盖有离子触发膜溶液的多孔材料放入加热烘干机中对其进行加热烘干处理，加速离子触发膜溶液中溶剂的挥发，使离子触发膜在多孔材料表面固化成膜，得到氯离子触发型自修复骨料。在一具体实施方式中，所述加热烘干处理的温度为40～60℃，所述加热烘干处理的时间为5～10min。

本发明还提供一种氯离子触发型自修复骨料，其中，采用如上述所述的制备方法制备而成。

本发明的制备方法以多孔材料作为修复剂溶液和离子触发膜的载体，通过多孔材料的孔隙吸附修复剂溶液，并在多孔材料表面覆盖离子触发膜悬浮液，通过加热烘干使离子触发膜固化得到氯离子触发型自修复骨料。本发明的制备方法简单，避免了一系列昂贵设备的引入，多孔材料便宜易得，且多孔材料作为骨料掺入混凝土中不会造成强度的严重降低，也不会给混凝土内部引入新的缺陷。

实施例1

(1)将10g轻骨料置于含有20％质量浓度的亚硝酸钠溶液的真空皿中，抽真空45min使轻骨料充分吸附亚硝酸钠溶液达到饱和状态。然后用湿毛巾包裹吸附有亚硝酸钠溶液的轻骨料制去除轻骨料表面的亚硝酸钠溶液，得到孔隙中吸附有亚硝酸钠溶液的轻骨料；

(2)用移液管抽取20ml对二甲苯溶剂于药剂瓶中，分别称取3.0g聚苯乙烯和0.3g硫酸铅粉末。先将3.0g聚苯乙烯加入对二甲苯溶液中，并将药剂瓶置于磁式搅拌器中搅拌至聚苯乙烯完全溶解，得到聚苯乙烯溶液。然后将硫酸铅粉末加入聚苯乙烯溶液中，继续搅拌至硫酸铅粉末分散均匀，得到聚苯乙烯与硫酸铅的混合溶液。最后将乳化剂加入聚苯乙烯与硫酸铅的混合溶液中，搅拌10min至形成悬浮液，得到离子触发膜悬浮液；

(3)快速将离子触发膜悬浮液装入喷雾器中，边旋转边向轻骨料表面喷涂离子触发膜悬浮液。将表面喷涂有离子触发膜悬浮液的轻骨料放入温度为50℃的加热风干机中5min，加速离子触发膜悬浮液中的溶剂挥发，使离子触发膜固化，得到氯离子触发型自修复骨料。

测试结果：将制得的氯离子触发型自修复骨料样品置于电镜下，得到其表面的离子触发膜电镜图如图1所示。然后将上述制得的氯离子触发型自修复骨料置于5％的氯化钠溶液中浸泡1日。于次日烘干后置于电镜中观察，得到浸泡后的离子触发膜电镜图如图2所示，由图2可以看出，离子触发膜在原表面孔隙位置出现裂缝，证明了硫酸铅与氯离子发生了反应，实现了氯离子触发效应。

综上所述，本发明公开了一种氯离子触发型自修复骨料及其制备方法，方法包括：将多孔材料与修复剂溶液混合，抽真空条件下得到孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料；将壁材、触发剂以及乳化剂加入溶剂中，搅拌条件下得到离子触发膜悬浮液；将所述离子触发膜悬浮液覆盖在孔隙中吸附有修复剂溶液的所述多孔材料表面，加热烘干条件下得到氯离子触发型自修复骨料。本发明的制备方法以多孔材料作为修复剂溶液和离子触发膜的载体，通过多孔材料的孔隙吸附修复剂溶液，并在孔隙中吸附有修复剂溶液的多孔材料表面覆盖离子触发膜悬浮液，通过加热烘干使离子触发膜固化得到氯离子触发型自修复骨料。本发明的制备方法简单，不需要昂贵设备，多孔材料便宜易得，且多孔材料作为骨料掺入混凝土中不会造成强度的严重降低，也不会给混凝土内部引入新的缺陷。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。