阅读说明：本技术 一种水泥基材料自修复微胶囊的超声触发的辅助装置及方法 (Auxiliary device and method for ultrasonic triggering of cement-based material self-repairing microcapsule ) 是由 宋子健 余培培 李子铭 许婉 张英杰 徐娜 刘永琦 蔡焕春 于 2019-10-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水泥基材料自修复微胶囊的超声触发的辅助装置及方法。所述装置包括容器、附着于容器外壁上的超声振子、容器内的试件固定装置及循环水装置。试件固定装置与容器内壁底部相连,用来放置微胶囊水泥基试件。连接循环水装置控制容器内温度,使试块处于恒温水浴状态下。容器外壁的超声振子与超声发生器相连,并由发生器控制超声的频率、功率、占空比和时间。本发明的辅助装置可调节性好,可以改变超声各项参数,进而探究超声各项参数对水泥基试件中微胶囊的触发效果及规律,体积小巧,操作方便,可重复使用,易于推广,应用前景广阔。(The invention discloses an auxiliary device and method for ultrasonic triggering of a cement-based material self-repairing microcapsule. The device comprises a container, an ultrasonic vibrator attached to the outer wall of the container, a test piece fixing device in the container and a circulating water device. The test piece fixing device is connected with the bottom of the inner wall of the container and used for placing the microcapsule cement-based test piece. The circulating water device is connected to control the temperature in the container, so that the test block is in a constant temperature water bath state. The ultrasonic vibrator on the outer wall of the container is connected with an ultrasonic generator, and the frequency, power, duty ratio and time of the ultrasonic are controlled by the generator. The auxiliary device has good adjustability, can change various ultrasonic parameters so as to explore the triggering effect and rule of the various ultrasonic parameters on the microcapsules in the cement-based test piece, and has the advantages of small volume, convenient operation, repeated use, easy popularization and wide application prospect.)

一种水泥基材料自修复微胶囊的超声触发的辅助装置及方法

技术领域

本发明属于材料性能试验检验技术领域，具体涉及一种水泥基材料自修复微胶囊的超声触发的辅助装置及方法。

背景技术

触发型微胶囊是混凝土裂缝自修复的前沿技术之一，但现有微胶囊触发方式存在触发时机不可控、释放效率不高等缺点。因此，寻找一种高效而稳定的触发方法具有良好的应用前景。

超声波具有方向性好、穿透力强、能量集中、可改善反应条件、加快反应速度和提高反应产率等优点，在高分子的降解和聚合、有机合成与分离等方面已得到广泛的应用和大量的研究，同时超声波还广泛应用于混凝土的缝隙检测和离析检测。

利用超声技术触发水泥基材料中的微胶囊，会提升微胶囊的释放率，实现其高效可控释放，从而增加微胶囊修复技术的可靠性，以期提升混凝土结构的质量和安全性，带来可观的效益。但是目前，超声波在触发水泥基材料中微胶囊方面的应用尚未被报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种水泥基材料自修复微胶囊的超声触发的辅助装置及方法，可调节性好，可以改变超声各项参数，进而探究超声各项参数对水泥基试件中微胶囊的触发效果及规律，体积小巧，操作方便，可重复使用，易于推广，应用前景广阔。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种水泥基材料自修复微胶囊的超声触发的辅助装置，包括容器、超声装置、试件固定装置和循环水装置；

所述容器为中空的立方体结构，其顶部设有容器盖，底部设有容器支座作为支撑底座，容器的两个相对的侧面的低处和高处分别设有进水口和出水口；

所述超声装置为超声振子，数量为6个，分别固定于所述容器外壁的4个侧面、底面及容器盖的中点；

所述试件固定装置包括网栅盒、网栅支柱和网栅转轴，其中，所述网栅盒为6个面均为网栅的立方体，其通过网栅支柱固定于所述容器内壁底部的中点，所述网栅转轴设置于网栅盒两个侧面的交界处，可实现网栅盒一个侧面的自由绕轴转动；

所述循环水装置通过管道分别连接进水口和出水口。

优选地，所述容器的材质为工程塑料、有机玻璃或尼龙。

优选地，所述容器盖内还安装有橡胶圈。

优选地，所述超声振子通过KD-504A高级万能胶粘剂固定于容器上。

优选地，所述容器支座为倒棱台结构。

一种水泥基材料自修复微胶囊的超声触发方法：开启循环水装置，低处入水，高处出水，使容器内充满水，将水泥基试件置于试件固定装置中，使其完全浸润在水中；将超声振子与超声发生器相连，设定超声波频率20～40KHZ，功率100～300W，超声时间10～15min；利用循环水带走超声波产生的多余热量，控制容器内温度，实现试块的恒温水浴。

本发明的有益效果如下：

本发明的水泥基材料自修复微胶囊的超声触发的辅助装置填补了现有技术中水泥基材料自修复微胶囊超声触发领域的空白，可配合实验室进行超声波触发水泥基自修复微胶囊实验，通过改变超声波的频率、功率等各项参数对水泥基自修复微胶囊进行触发实验，研究其触发效果，最终形成成熟的超声触发机制。该辅助装置可调节性好，可以改变超声各项参数，进而探究超声各项参数对水泥基试件中微胶囊的触发效果及规律，体积小巧，操作方便，可重复使用，易于推广，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明的辅助装置的整体结构示意图；

图2为本发明的辅助装置的整体结构俯视图；

图3中：图3-a为网栅保险栓扣孔结构示意图；图3-b为网栅保险栓扣孔结构俯视图；图3-c为网栅保险栓扣门结构示意图；图3-d为网栅保险栓扣门结构俯视图。

图中：1、橡胶圈；2、出水口；3、进水口；4、网栅盒；5、容器盖；6、网栅支柱；7、超声振子；8、容器侧壁；9、容器支座；10、网栅转轴；11、网栅保险栓；12、正极出线；13、负极出线。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种水泥基材料自修复微胶囊的超声触发辅助装置，如图1、图2所示，包括容器、超声装置、试件固定装置和循环水装置；

所述容器为中空的立方体结构，其顶部设有容器盖5，底部设有容器支座9作为支撑底座，容器的两个相对的侧面的低处和高处分别设有进水口3和出水口2。

容器尺寸为250mm×250mm×200mm。容器材料为工程塑料、有机玻璃或尼龙。

容器盖5的长宽略大于250mm，内安装橡胶圈1，以便于与容器卡紧，保证容器密闭，防止容器内水的溢出。

所述超声装置为超声振子7，数量为6个，通过KD-504A高级万能胶粘剂与容器胶黏在一起，分别固定于所述容器外壁的4个侧面、底面及容器盖5的中点。同时超声振子7通过其上的正极出线12和负极出线13与超声发生器相连，并由发生器控制超声的频率、功率、占空比和时间。

所述试件固定装置包括网栅盒4、网栅支柱6和网栅转轴10，其中，所述网栅盒4为6个面均为网栅的立方体，尺寸为160mm×160mm×40mm，其通过网栅支柱6固定于所述容器内壁底部的中点，依据实验室标准试件的尺寸设计，一次性可以并排放入4个160mm×40mm×40mm的标准试件。

所述网栅转轴10设置于网栅盒4的两个侧面的交界处，可实现网栅盒4的一个侧面的自由绕轴转动，以方便试块的放入。

如图1所示，网栅支柱6用于承受网栅盒4及其内部的水泥基试件的质量，其直径约1～3cm，如图2所示，网栅支柱数量为4个，分布均匀，其中心与容器底部的几何中心重合，任意最近的支柱连线与容器侧面平行。

如图3-a、图3-b、图3-c、图3-d所示，网栅保险栓11的设计可以固定该侧面，使其在正式实验的时候保持闭合的状态，以固定水泥基试件防止其移动。

试件固定装置用来放置微胶囊水泥基试件，防止因试件在超声过程中与容器壁相撞而导致的容器及试块的损坏。

分别在容器外壁相对的两侧面开口，一侧容器壁距底部5cm开口作为进水口3，一侧容器壁距顶部5cm开口作为出水口2，开口大小为直径为2cm的孔。进水口3和出水口2通过橡胶管道连接循环水装置，循环水从较低的开口处流入，从较高开口处流出，容器内充满水，从而控制容器内温度，使试块处于恒温水浴状态下。

如图2所示，容器支座9采取倒棱台的设计，用于承重和保证整个装置的稳定性。上下底面均为等腰直角三角形，上底面等腰直角三角形的腰长约6～8cm，下底面等腰直角三角形的腰长约3～4cm，棱台高约10～11cm。

实施例2

一种水泥基材料自修复微胶囊的超声触发方法，具体如下：

将和循环水装置冷水蓄水池连接的胶管与进水口3相连，将和回冷蓄水池连接的胶管与出水口2相连，开启循环水装置，恒定水温的水从低处的进水口3进入，从高处的出水口2出水回冷，依靠真空泵的压力使容器内充满水，实时出入水带走多余的热量以保证容器内温度恒定；将各个超声振子的正极与正极并联，负极与负极并联，再将正极出线12连接到超声发生器的正极上，负极出线13连接到超声发生器的负极上，设置超声发生器发射超声波的频率为40KHZ，超声功率为150W，试验温度25℃，超声时间为5～30min。

准备微胶囊产量为0％、2％、4％、6％的水泥基材料自修复微胶囊试件若干，养护28天。将A、B、C、D试件并排排列后置于试件固定装置，接着使网栅保险栓11的凸出处与凹槽卡紧从而关闭保险栓，以达到固定试件的目的。

在压力触发和超声触发下，微胶囊水泥基试件预压后，无论是在压力触发还是超声触发修复下，含有微胶囊的水泥基试件的抗压强的修复率均随着微胶囊掺量的增加而增大。

压力触发下养护修复7天后，含有0％、2％、4％、6％微胶囊掺量试件A、B、C、D的抗压强度修复率分为2.9％、5.4％、10.2％、12.6％，超声触发下养护修复7天后，试件A、B、C、D的抗压强度修复率分为5.8％、21.5％、25.8％、26.7％，与压力触发养护修复后，不同微胶囊掺量的水泥基试件抗压强度修复率相比较，修复率都明显提高，超声触发养护修复下试件抗压强度修复率约为压力触发下的2～4倍。对比这两种触发方式对试件抗压强度的修复率可知，超声可以触发试件中更多的微胶囊，使得微胶囊囊壁破裂，从而对裂缝进行修复，提升强度。

各掺量下，水泥基试件抗压强度修复率随超声时间的延长整体呈现出先增长后减小的趋势，超声时间在5～15min范围内时，不同微胶囊掺量下的水泥基试件的抗压强度修复率达到最高，均在20％以上，最高的修复率达到26.7％(6％微胶囊掺量)，15～30min时，抗压强度修复率呈现下降趋势，但仍比压力触发修复高1.2～1.7倍。

超声时间在15～30min时，因为超声本身具有一定的能量，在最大范围内将有效微胶囊触发完全之余，过长时间的超声，对水泥基体造成一定破坏，抗压强度修复率开始下降，但与各微胶囊掺量下水泥基试件自身强度相比较，整体还是试件的修复占主导地位。

对比B、C、D三组含不同微胶囊掺量的水泥基试件在不同超声时间内，抗压强度的修复率，可以得出，在超声功率40KHZ和频率150W的情况下下，最佳超声时间应在5～15min。

由此可见，利用超声技术触发水泥基材料中的微胶囊，行之有效。超声技术触发水泥基材料中的微胶囊，可提升微胶囊的释放率，实现其高效可控释放，从而增加微胶囊修复技术的可靠性，以期提升混凝土结构的质量和安全性，带来可观的效益。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术性质对以上实施例做出的任何修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围之内。