本发明涉及固化剂技术领域，特别涉及一种溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂及其制备方法和应用。
背景技术：
在海洋建设过程中，海砂和珊瑚砂等海洋资源日益受到关注。然而，这些海洋资源中的氯离子会在混凝土中扩散和迁移，并且非常有可能损坏钢筋表面的钝化膜，导致钢筋的腐蚀。另外，外部环境中，如海洋环境或者除冰盐环境等，氯离子可以从外部迁移至混凝土内部腐蚀钢筋。在这种情况下，钢筋锈蚀产生的铁锈将产生体积膨胀，减弱钢筋与混凝土的结合力，造成钢筋混凝土结构的耐久性降低，产生重大的经济损失。
通常，对于混凝土内部自由氯离子侵蚀钢筋的危害的解决途径，主要为使用不锈钢，环氧钢筋和阻锈剂。但是这几种方法存在各自的缺陷，如：不锈钢价格昂贵；环氧钢筋与水泥之间握裹力较低，且环氧涂层容易在运输过程中受损，有点蚀的风险；阻锈剂在钢筋表面形成保护膜，防止氯离子接触钢筋，但是，自由氯离子浓度依然较高，因此在钝化膜薄弱区域，钢筋仍面临腐蚀的风险，因此，提高混凝土对自由氯离子的抗迁移能力是有效阻止其对混凝土中钢筋造成锈蚀的重要手段，但相关技术对其研究较少。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂，以解决现有混凝土抗氯离子迁移能力低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂，按重量份计，包括50～80份a胶囊和10份b胶囊；按重量份计，所述a胶囊由100～110份硬脂酸、10～20份海藻酸钠制备而成；按重量份计，所述b胶囊由100～110份硬脂酸和5～10份过烧石灰粉末制备而成。
相对于现有技术，本发明所述的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂具有以下优势：
1、本发明的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂采用硬脂酸作为囊壁材质对阻迁物质海藻酸钠和过烧石灰粉末进行包覆，一方面，可使本发明的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂在水泥混凝土浆体中稳定存在，不影响水泥混凝土的凝结时间和工作性能，另一方面，随着水泥水化的进行，溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂中的硬脂酸囊壁被破坏，释放出阻迁物质海藻酸钠、过烧石灰粉末，有效阻碍自由氯离子在混凝土孔溶液中迁移，从而提高混凝土对自由氯离子的抗迁移能力，进而降低自由氯离子对水泥混凝土中钢筋的危害，延长钢筋混凝土结构的服役寿命。
2、本发明的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂采用有机无机复合材料体系作为自由氯离子阻迁剂，溶胀性能好，且过烧石灰的钙离子可以补充由于海藻酸钠吸收钙离子引起的溶液中钙离子浓度的下降，降低本发明的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂对水泥水化反应的影响。
本发明的第二目的在于提出一种制备上述溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的方法，以解决现有混凝土抗氯离子迁移能力低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种制备上述溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的方法，包括以下步骤：
1)将硬脂酸加热熔化，然后，向熔化的硬脂酸中加入海藻酸钠，搅拌，得到熔融溶液a；
2)将所述熔融溶液a加入到冷却水中，然后，过滤，得到初始a胶囊；
3)将所述初始a胶囊真空干燥，然后，破碎、研磨，得到a胶囊；
4)将硬脂酸加热熔化，然后，向熔化的硬脂酸中加入过烧石灰粉末，搅拌，得到熔融溶液b；
5)将所述熔融溶液b加入到冷却水中，然后，过滤，得到初始b胶囊；
6)将所述初始b胶囊真空干燥，然后，破碎、研磨，得到b胶囊；
7)将所述a胶囊和所述b胶囊混合，即得溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂。
可选地，所述步骤1)中所述加热熔化的加热温度和所述步骤4)中所述加热熔化的加热温度均为55～65℃。
可选地，所述步骤2)中所述冷却水的温度和所述步骤5)中所述冷却水的温度均为2～5℃。
可选地，所述步骤3)中所述真空干燥的干燥时间和所述步骤6)中所述真空干燥的干燥时间均为20～24h；
可选地，所述步骤3)中所述真空干燥的干燥温度和所述步骤6)中所述真空干燥的干燥温度均为20～30℃。
可选地，所述步骤3)中所述a胶囊和所述步骤6)中所述b胶囊的细度均为1.5mm筛的筛余为0。
可选地，制备所述步骤4)中所述过烧石灰粉末的方法，包括以下步骤：
将平均粒径为40μm的石灰石粉在1000～1100℃的温度下煅烧6～8小时，然后，冷却，研磨，得到过烧石灰粉末。
可选地，所述过烧石灰粉末的细度为80μm筛的筛余小于15％。
相对于现有技术，本发明所述的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的制备方法具有以下优势：
1、本发明的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的制备方法通过将作为囊壁材质的硬脂酸熔化，然后海藻酸钠和过烧石灰粉末分别包覆到硬脂酸中，得到a胶囊和b胶囊，然后，再将a胶囊和b胶囊混合，制得溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂，整个制备过程简单，反应条件温和，易于工业化生产。
2、采用本发明的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的制备方法制备的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂可在水泥混凝土浆体中稳定存在，不影响水泥混凝土的凝结时间和工作性能，且具有较高的抗氯离子迁移能力，有利于降低自由氯离子对水泥混凝土中钢筋的危害，延长钢筋混凝土结构的服役寿命。
本发明的第三目的在于提出上述溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂在混凝土中的应用，以解决现有混凝土抗氯离子迁移能力低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
上述溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂在混凝土中的应用，所述溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的掺量为所述混凝土中胶凝材料总量的2～4％。
相对于现有技术，本发明所述的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂在混凝土中的应用具有以下优势：
本发明将上述溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂应用于混凝土中，可有效阻碍自由氯离子在混凝土中迁移，进而提高所制混凝土的钢筋抗锈蚀能力，从而有利于延长混凝土的结构服役寿命，具有巨大的经济效益和社会效益。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
氯离子固化作为一种新型的解决钢筋混凝土中自由氯离子腐蚀钢筋问题的途径，其主要原理为原位固化和动态阻迁，其中，原位固化主要是指利用水泥水化产物，如c-s-h凝胶，水化硫铝酸钙等，通过物理吸附或者化学结合方式，将氯离子转化为非自由氯离子，而动态阻迁是指，通过提升混凝土的抗氯离子迁移能力，在动态的过程中阻碍自由氯离子的迁移。本发明的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂，是依据氯离子固化技术中的动态阻迁原理进行的创造性劳动。
实施例1
一种溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂，按重量份计，包括50～80份a胶囊和10份b胶囊；按重量份计，a胶囊由100～110份硬脂酸、10～20份海藻酸钠制备而成；按重量份计，b胶囊由100～110份硬脂酸和5～10份过烧石灰粉末制备而成。其中，海藻酸钠的分子式为(c6h7o6na)n，分子量为222，硬脂酸的分子式为c18h36o2。
本实施例的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂以海藻酸钠作为主要阻迁成分，一方面，其可吸收水泥混凝土硬化后的多余水分，防止自由氯离子通过水泥混凝土中的孔溶液快速迁移，另一方面，其吸收水分后形成凝胶，对水泥混凝土进行内养护，细化水泥混凝土的孔隙，进一步增强水泥混凝土阻碍自由氯离子迁移的能力。本实施例的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂以过烧石灰粉末作为次要阻迁成分，一方面，其反应速率较慢，可以持续补充钙离子，弥补海藻酸钠络合的大量钙离子，降低本实施例溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂对水泥水化反应的影响，另一方面，过烧石灰和水反应，体积增加，堵塞氯离子的迁移通道，进一步增强水泥混凝土阻碍自由氯离子迁移的能力。因海藻酸钠和过烧石灰直接加入到水泥浆体中均会影响水泥浆体的工作性能，因此，本实施例的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂采用硬脂酸作为囊壁材质对阻迁物质海藻酸钠和过烧石灰进行包覆，因硬脂酸在水泥浆体阶段可以稳定存在，不影响水泥浆体的工作性能，而在水泥水化后期，由于水泥中碱性环境的侵蚀，作为囊壁材质的硬脂酸逐渐被腐蚀，作为囊芯的阻迁物质海藻酸钠和过烧石灰暴露于水泥硬化体的孔隙溶液中，降低水泥混凝土孔溶液中多余的水分并对水泥混凝土的孔结构进行改善，两者共同作用使得本实施例的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂一方面具有较高的抗氯离子迁移能力，另一方面可降低其对水泥浆体工作性能的影响。
一种制备上述溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的方法，包括以下步骤：
1)将硬脂酸加热熔化，然后，向熔化的硬脂酸中加入海藻酸钠，搅拌，得到熔融溶液a；
2)将熔融溶液a加入到冷却水中，然后，过滤，得到初始a胶囊；
3)将初始a胶囊真空干燥，然后，破碎、研磨，得到a胶囊；
4)将硬脂酸加热熔化，然后，向熔化的硬脂酸中加入过烧石灰粉末，搅拌，得到熔融溶液b；
5)将熔融溶液b加入到冷却水中，然后，过滤，得到初始b胶囊；
6)将初始b胶囊真空干燥，然后，破碎、研磨，得到b胶囊；
7)将a胶囊和b胶囊混合，即得溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂。
本实施例的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的制备方法通过将作为囊壁材质的硬脂酸熔化，然后海藻酸钠和过烧石灰粉末分别包覆到硬脂酸中，得到a胶囊和b胶囊，然后，再将a胶囊和b胶囊混合，制得溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂，整个制备过程简单，反应条件温和，易于工业化生产。采用本实施例的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的制备方法制备的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂可在水泥混凝土浆体中稳定存在，不影响水泥混凝土的凝结时间和工作性能，且具有较高的抗氯离子迁移能力，有利于降低自由氯离子对水泥混凝土中钢筋的危害，延长钢筋混凝土结构的服役寿命。
在本实施例中，步骤4)中过烧石灰粉末为自制，其具体通过如下步骤制得：
将平均粒径为40μm的石灰石粉在1000～1100℃的温度下煅烧6～8小时，然后，冷却，研磨至80μm筛的筛余小于15％，得到过烧石灰粉末。
本实施例过烧石灰粉末的制备工艺简单，反应条件宽松，且制得的过烧石灰粉末纯净度高，可有效改善水泥混凝土的孔结构，提高水泥混凝土的抗氯离子迁移能力。
另外，在本实施例中，为了使硬脂酸能够充分熔解，以对海藻酸钠和过烧石灰粉末进行充分包裹，步骤1)中加热熔化的加热温度和步骤4)中加热熔化的加热温度均为55～65℃。且，在本实施例中，为了使已形成的微胶囊析出，同时不破坏已形成的微胶囊，步骤2)中冷却水的温度和步骤5)中冷却水的温度均为2～5℃。
同时，在本实施例中，为了能够得到纯净的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂，并使所制溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂能够很好的分散在水泥混凝土浆体中，以使所制溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂能够有效阻碍水泥混凝土中自由氯离子的迁移，进而提高水泥混凝土的抗氯离子迁移能力，步骤3)中真空干燥的干燥时间和步骤6)中真空干燥的干燥时间均为20～24h；步骤3)中真空干燥的干燥温度和步骤6)中真空干燥的干燥温度均为20～30℃；步骤3)中a胶囊和步骤6)中b胶囊的细度均为1.5mm筛的筛余为0。
实施例2
一种溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂，其具体通过如下步骤制得：
1)按重量份计，将100份硬脂酸加热至55℃熔化，然后，向熔化的硬脂酸中加入5份海藻酸钠，搅拌均匀，得到熔融溶液a；
2)将熔融溶液a滴加到温度为2℃的冷却水中，然后，过滤，得到初始a胶囊；
3)将初始a胶囊在20℃的真空干燥箱中真空干燥20h，然后，破碎、研磨至颗粒全部通过1.5mm筛，得到a胶囊；
4)按重量份计，将100份硬脂酸加热至55℃熔化，然后，向熔化的硬脂酸中加入5份80μm筛的筛余小于15％的过烧石灰粉末，搅拌均匀，得到熔融溶液b；
5)将熔融溶液b滴加到温度为2℃的冷却水中，然后，过滤，得到初始b胶囊；
6)将初始b胶囊在20℃的真空干燥箱中真空干燥20h，然后，破碎、研磨至颗粒全部通过1.5mm筛，得到b胶囊；
7)按重量份计，将50份a胶囊和10份b胶囊混合均匀，即得溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂。
在本实施例中，过烧石灰粉末具体通过如下步骤制得：
将平均粒径为40μm的石灰石粉在1000～1100℃的温度下煅烧6～8小时，然后，冷却，研磨至80μm筛的筛余小于15％，得到过烧石灰粉末。
实施例3
一种溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂，其具体通过如下步骤制得：
1)按重量份计，将110份硬脂酸加热至65℃熔化，然后，向熔化的硬脂酸中加入10份海藻酸钠，搅拌均匀，得到熔融溶液a；
2)将熔融溶液a滴加到温度为5℃的冷却水中，然后，过滤，得到初始a胶囊；
3)将初始a胶囊在30℃的真空干燥箱中真空干燥24h，然后，破碎、研磨至颗粒全部通过1.5mm筛，得到a胶囊；
4)按重量份计，将110份硬脂酸加热至65℃熔化，然后，向熔化的硬脂酸中加入10份80μm筛的筛余小于15％的过烧石灰粉末，搅拌均匀，得到熔融溶液b；
5)将熔融溶液b滴加到温度为5℃的冷却水中，然后，过滤，得到初始b胶囊；
6)将初始b胶囊在30℃的真空干燥箱中真空干燥24h，然后，破碎、研磨至颗粒全部通过1.5mm筛，得到b胶囊；
7)按重量份计，将80份a胶囊和10份b胶囊混合均匀，即得溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂。
在本实施例中，过烧石灰粉末具体通过如下步骤制得：
将平均粒径为40μm的石灰石粉在1000～1100℃的温度下煅烧6～8小时，然后，冷却，研磨至80μm筛的筛余小于15％，得到过烧石灰粉末。
将实施例2和实施例3的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂应用于混凝土中，并依据水利行业标准sl352-2006《水工混凝土试验规程》对其氯离子固化率进行测试，测试结果如表2所示，其中，所制混凝土的配合比如表1所示，实施例2和实施例3的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的掺量分别为混凝土中胶凝材料总量的4％和2％，其中，胶凝材料包括水泥、粉煤灰，即实施例2和实施例3的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂采用外掺胶凝材料的方式加入到混凝土中。实验过程选用氯化钠作为氯离子的来源，将其直接溶于拌合水并加入混凝土中，控制氯离子的含量为砂质量的0.12％。氯离子固化率r可依据下式计算：
r＝(ct-cf)/ct×100％
式中，ct为混凝土中总氯离子含量，其根据加入的氯化钠质量可以计算得到；cf为混凝土中水溶性自由氯离子含量，其由实验测定。
表1
表2
由表2可知，相对于对比例，采用本实施例2和实施例3的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂具有较高的氯离子固化率，其氯离子迁移系数也大大降低，其中，采用实施例3的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂的混凝土的28d氯离子固化率可达52％，90d可达56.5％，其28d氯离子迁移系数降低68.9％，90d氯离子迁移系数降低78.6％，说明本实施例2和实施例3的溶胀阻迁型微胶囊氯离子固化剂具有较高的混凝土氯离子固化效率和抗氯离子迁移能力。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。