一种膨胀型复合胶囊及自修复水泥基材料

本发明涉及一种水泥基材料，尤其是一种膨胀型复合胶囊及自修复水泥基材料，属于新材料研发。

背景技术：

1、混凝土是目前使用最为广泛的建筑材料，但其脆性大、抗压强度低，在使用期间极易产生微裂纹。而这些微裂纹不仅会为侵蚀性离子提供通道，加速钢筋锈蚀和混凝土性能劣化，还会演变成宏观裂缝，降低混凝土结构的安全性和服役寿命。为解决裂缝对混凝土耐久性和结构安全性的不良影响，灌浆法、填充法、表面处理法等人工修复技术被普遍应用，但这些常规方法的修复效果有限，修复成本较大，且有些开裂位置难以发现。因此，开发具有裂缝自修复能力的混凝土逐渐成为热点研究方向。

2、自修复混凝土是一种智能仿生混凝土，可主动判别裂缝位置并做出响应，基体内修复剂与环境介质反应生成的产物在裂缝处逐渐沉积，进而实现裂缝自修复。现阶段的混凝土自修复技术，普遍停留在依靠基体自身未水化水泥继续水化产生微弱的修复能力，存在修复效率较低的弊端。除此之外，还有一些研究人员进行了更为深入的研究，主要是在混凝土中加入一些特定物质以明显提高修复效果，比如内置修复剂的微胶囊和微型玻璃管、诱导碳酸钙沉积的微生物、可发生化学反应的各类矿物以及形状记忆合金等。

3、公开号cn113461361a的发明专利申请公开了一种混杂自修复微胶囊及其制备方法和应用，其微胶囊以环氧树脂为芯材，以乙基纤维素和脲醛树脂为壁材，但有机壁材与水泥基体的相容性较差，导致裂缝扩展时微胶囊的破裂率较低；公开号cn114591025a的发明专利申请公开了一种微生物自修复混凝土的制备方法，其微生物分泌的脲酶水解尿素后结合钙离子生成碳酸钙，实现裂缝自修复，但微生物在混凝土基体环境中的存活率有限；公告号cn103073212b的发明授权专利公开了一种用于水泥基材料裂缝自愈合的矿物外加剂及其制备方法与应用，其在一定环境条件下该类矿物可生成不溶性沉积物，进而封闭裂缝，但部分矿物易参与早期水泥水化而被消耗，严重影响水泥基材料的长期修复效率。鉴于以上方法制备的自修复混凝土修复效率有限，亟需对自修复混凝土的制备进一步优化改进，对于建筑的安全耐久性能具有重要意义。

技术实现思路

1、为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种膨胀型复合胶囊及自修复水泥基材料，它的膨胀型复合胶囊性能优越，掺入水泥基材料中在裂缝产生前处于“休眠”状态，只有在开裂后才做出响应，解决了矿物在基体中易被过早消耗的问题，使水泥基材料具备长期自修复能力。

2、为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

3、一种膨胀型复合胶囊，包括囊芯和囊壁，所述囊壁由环氧树脂和细砂组成，所述囊芯包括黏结剂和修复剂，所述黏结剂采用一级粉煤灰和二模硅酸钠反应生成的地聚物，所述修复剂包括氧化镁膨胀剂。

4、一种自修复水泥基材料，按原材料重量份数计，由530-810份水泥、186-284份水、795-1215份河砂、30-233份膨胀型复合胶囊、0-8份聚乙烯醇纤维和3-5份聚羧酸系高效减水剂组成，经搅拌、成型及养护制备而成，自修复水泥基材料的水胶比为0.35，砂胶比为2。

5、与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的膨胀型复合胶囊在未开裂的基体中处于“休眠”状态，只有在开裂后才做出响应，有效解决了矿物在基体中易被过早消耗的问题，保障了矿物在基体中的有效性，使水泥基材料具备了长期自修复能力，开裂后膨胀型复合胶囊因裂缝扩展而破裂，其内的氧化镁膨胀剂与外界环境中的水和二氧化碳接触并发生反应，生成的富镁相产物在裂缝处沉积填充，实现裂缝自修复，而添加聚丙烯酸盐类高吸水性聚合物具备优良的吸水、保水和缓慢释水能力，可持续促进氧化镁膨胀剂的水化和碳化反应，进一步提高自修复效率，在多雨、高湿度等特定工程环境中具有重要的应用价值和广阔的应用前景，突破了已有矿物自修复技术的局限性，为自修复混凝土研究和自修复技术发展提供了崭新思路。

技术特征：

1.一种膨胀型复合胶囊，其特征在于：包括囊芯和囊壁，所述囊壁由环氧树脂和细砂组成，所述囊芯包括黏结剂和修复剂，所述黏结剂采用一级粉煤灰和二模硅酸钠反应生成的地聚物，所述修复剂包括氧化镁膨胀剂。

2.根据权利要求1所述的一种膨胀型复合胶囊，其特征在于：所述修复剂在氧化镁膨胀剂的基础上还包括聚丙烯酸盐类高吸水性聚合物进而形成复合物。

3.根据权利要求2所述的一种膨胀型复合胶囊，其特征在于：所述囊芯中原材料按重量份数计，包括一级粉煤灰1000份、二模硅酸钠110份、氧化镁膨胀剂600份、聚丙烯酸盐类高吸水性聚合物0-20份和水260-320份。

4.根据权利要求3所述的一种膨胀型复合胶囊，其特征在于：所述囊壁中原材料按重量份数计，包括环氧树脂120份和细砂450份。

5.根据权利要求1或2所述的一种膨胀型复合胶囊，其特征在于：所述氧化镁膨胀剂采用m型氧化镁膨胀剂。

6.根据权利要求1所述的一种膨胀型复合胶囊，其特征在于：所述环氧树脂为e51型环氧树脂，所述细砂的粒径为0.15-0.6mm。

7.一种自修复水泥基材料，其特征在于：所述自修复水泥基材料应用了权利要求1所述的膨胀型复合胶囊，自修复水泥基材料按原材料重量份数计，由530-810份水泥、186-284份水、795-1215份河砂、30-233份膨胀型复合胶囊、0-8份聚乙烯醇纤维和3-5份聚羧酸系高效减水剂组成，经搅拌、成型及养护制备而成，自修复水泥基材料的水胶比为0.35，砂胶比为2。

8.根据权利要求7所述的一种自修复水泥基材料，其特征在于：所述河砂的粒径为0.15-4.75mm，细度模数为2.76，所述膨胀型复合胶囊的粒径为2.36-4.75mm。

9.根据权利要求8所述的一种自修复水泥基材料，其特征在于：所述膨胀型复合胶囊与河砂共同作为骨料，膨胀型复合胶囊的掺入方式为等体积取代河砂，掺量占骨料总体积的5％-25％。

10.根据权利要求7所述的一种自修复水泥基材料，其特征在于：所述水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。

技术总结
一种膨胀型复合胶囊及自修复水泥基材料，涉及一种水泥基材料。膨胀型复合胶囊包括囊芯和囊壁，囊壁由环氧树脂和细砂组成，囊芯包括黏结剂和修复剂，黏结剂采用一级粉煤灰和二模硅酸钠反应生成的地聚物，修复剂包括氧化镁膨胀剂。自修复水泥基材料按原材料重量份数计由530‑810份水泥、186‑284份水、795‑1215份河砂、30‑233份膨胀型复合胶囊、0‑8份聚乙烯醇纤维和3‑5份聚羧酸系高效减水剂组成，经搅拌、成型及养护制备而成，水胶比为0.35，砂胶比为2。膨胀型复合胶囊性能优越，裂缝产生前处于休眠状态，开裂后才做出响应，解决了矿物在基体中易被过早消耗的问题，水泥基材料具备长期自修复能力。

技术研发人员：关新春,李静卢,白帅
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14