[发明专利]一种自修复材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及混凝土材料技术领域，具体公开一种自修复材料及其制备方法和应用。所述的自修复材料包括内层的增强组分和膨胀组分，以及外层的双层包覆层，所述双层包覆层的第一层为矿物吸附组分层，第二层为包覆于所述矿物吸附组分层外部的缓释组分层；其中，所述增强组分为碳酸盐或碳酸氢盐；所述膨胀组分为钙盐或钙的氧化物；所述矿物吸附组分层的材料为浮石粉；所述缓释组分层的材料为聚乙烯醇缩丁醛。本发明提供的自修复材料，能快速填充、修复各种因素造成的胶砂、砂浆、混凝土等水泥基材料的微裂缝或微损伤，补强效果佳，且具有较好的反复修复性。

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，尤其涉及一种自修复材料及其制备方法和应用。

背景技术

混凝土在经历了一个多世纪的发展后，已经从最初的由砂、石和水泥的简单组成的水泥混凝土发展为掺入第五组分、第六组分等多种组分组成的高性能混凝土，但是，由于混凝土的固有脆性致使其存在的拉压比较低、抗裂性差等问题依旧是混凝土工程领域的研究难点。如果混凝土早期形成的微观裂缝未及时修复，在外部荷载的作用下，微裂纹(或微损伤)就会继续扩大，扩展为宏观裂纹，进而降低建筑物的力学性能，劣化其整体性能，降低建筑物的使用寿命。

目前，混凝土裂缝主要有两种修复方法：一种是修补方法，即在肉眼可观察到的宏观裂缝产生之后采用的被动修复方式，如灌浆、嵌缝封堵以及混凝土置换等方式。这种修复方式重复施工次数较多，提高了修复成本，而且还存在裂缝发现修复不及时、修复效果差等问题。另一种是自修复方式，即在微裂缝(或微损伤)在发展成宏观裂缝之前进行及时、有效的主动修复方式，如微生物自修复、渗透结晶自修复、矿物自修复等。其中，无机矿物自修复因施工简单、成本低等优点成为该领域的研究热点。但是，目前市售的混凝土矿物修复材料大都是通过自身硬化来填充裂缝，不能有效激发未水化水泥的活性，以及不能达到补强混凝土的效果，且部分修复材料还存在混凝土硬化早期因参与反应而被消耗，不能达到理想的裂缝效果的问题。因此，如何有效激发混凝土中未水化水泥的活性，延缓修复组分的释放速度，使自修复生成物与混凝土基体很好地融合为一体，达到较好的修复补强效果是混凝土修复材料领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术中自修复材料不能达到理想的裂缝修复效果的问题，本发明提供一种自修复材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种自修复材料，包括内层的增强组分和膨胀组分，以及外层的双层包覆层，所述双层包覆层的第一层为矿物吸附组分层，第二层为包覆于所述矿物吸附组分层外部的缓释组分层；

其中，所述增强组分为碳酸盐或碳酸氢盐；所述膨胀组分为钙盐或钙的氧化物；所述矿物吸附组分层的材料为浮石粉；所述缓释组分层的材料为聚乙烯醇缩丁醛。

相对于现有技术，本发明提供的自修复材料，利用浮石粉的强吸附性使其均匀吸附在膨胀组分和增强组分的表面，形成一次包覆的修复组分粉体，并采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为缓释层进行二次成膜包覆，得到双层缓释阻挡的修复材料。其中，一次包覆采用浮石粉的强吸附作用进行包覆，可产生不完全包覆的效果，二次包覆采用PVB成膜包覆可形成完整的包覆效果，避免修复组分在混凝土拌合过程中发生水化作用而被提前消耗。当裂缝产生，水分进入形成碱性物质，PVB包覆膜溶解，浮石粉迅速与混凝土中的Ca²⁺反应生成胶结力很强的C-S-H凝胶体，增强与混凝土基体的粘结性；同时，未被浮石粉包覆的膨胀组分和增强组分也快速发应生成高强或膨胀的晶体，最终在裂缝中形成凝胶体包覆晶体、紧密交织晶体的网状结构，并和周围的硬化浆体很好的胶结在一起，不仅达到了优异的修复效果，还达到了很好的补强作用；被浮石粉包覆的膨胀组分和增强组分，由于浮石粉反应生成的C-S-H凝胶较为致密，水化速度较慢，因此，在早期未来得及发生水化反应的部分，在后期再次有裂缝产生时，可继续提供修复组分，发生二次膨胀以及二次水化作用，以使得体系具有反复修复性。

优选的，所述增强组分、膨胀组分、浮石粉和聚乙烯醇缩丁醛的质量比为20-30:40-60:10-15:10-20。