一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑及其製備方法與應用的製作方法
2023-06-24 15:05:46
專利名稱：一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑及其製備方法與應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑及其製備方法與應用，屬於建築材料領域。
背景技術：
水泥基材料，如砂漿、混凝土等因其脆性大的弱點，在外部荷載或環境作用下混凝土結構在使用過程中往往開裂，產生不同程度的裂縫。諸多研究並提出了許多適用於各類環境條件下混凝土裂縫修複方法，如加固修補、錨固、粘結、澆注以及陰極保護等方法，這些裂縫修複方法對提高混凝土結構的耐久性起到重要作用。然而，這些方法對水環境中混凝土結構裂縫的修復仍存在很大的局限性。傳統的修補方法是很不經濟的，在許多情況下甚至是無效的。這些方法主要是後期被動的修複方法。與這些傳統的修複方法相比，近些年，許多研究提出的一些混凝土裂縫自修複方法，其是指混凝土在使用過程中能對其產生的損傷裂縫進行主動、自動地診斷，並實現裂縫自癒合的新方法，其是提高混凝土材料結構的整體性能、安全可靠性與耐久性的重要途徑之一。目前，已提出許多水泥基材料自修複方法，這些方法對實現水泥基材料裂縫自修復具有重要的實際意義。這些方法包括微膠囊智能修復、玻璃纖維管修復、熱塑管的熔化修復、形狀記憶合金自修復和複合材料傳感器自修復法等。然而這些主動自修復的新方法目前仍無法解決引入的自修復介質與混凝土基體的相容性差、引起基體結構性能下降等難題。因此，研究開發新型的水泥基材料裂縫自修複方法具有重要的實際意義與應用價值。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術中存在的問題，提供一種水泥基材料裂縫的礦物自癒合新方法，即在水泥基材料中添加一種特種礦物外加劑，當水泥基材料產生裂縫(小於
0.4毫米)時在一定環境誘導條件下其在水泥基材料裂縫中生成不溶性的沉積物，填充、封閉水泥基材料裂縫，實現水泥基材料裂縫的自癒合。本發明是通過以下技術方案實現的:一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，包括以下重量百分比的組分:矽基礦物組分20-55% ；矽酸鹽礦物組分10-30% ；膨脹礦物組分30-60% ；結晶礦物組分5-30%。優選的，所述一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑包括以下重量百分比的組分:矽基礦物組分30- 50% ;矽酸鹽礦物組分10-20% ；
膨脹礦物組分30-50% ;結晶礦物組分10-20%。優選的，所述矽基礦物組分中氧化矽含量大於60wt%、氧化鋁含量大於1(^七％，氧化鈣含量大於10wt%。優選的，所述矽基礦物組分由矽灰和粉煤灰復配而得。所述矽基礦物組分能促進未水化水泥繼續水化及與水化產物Ca(OH) 2反應生產凝膠。優選的，所述 矽酸鹽礦物組分為層狀矽酸鹽礦物，並且層間含有可交換的陽離子，具有離子交換能力；優選為鈉基膨潤土、鈣基膨潤土或蒙脫土等。優選的，所述膨脹礦物組分化學成分中氧化矽含量為25_35wt%、氧化鋁含量為10-20wt%，氧化鈣含量為15-25wt%、三氧化硫含量為25_35wt% ;且所述膨脹礦物組分與水泥礦物及水化產物反應生產膨脹性物質。優選的，所述膨脹礦物組份可為由矽鋁酸鹽、氧化鋁和硫酸鈣復配而得；所述矽鋁酸鹽為矽鋁酸鈣。進一步優選的，所述膨脹礦物組分選自UEA-H膨脹劑。優選的，所述結晶礦物組分中含有可溶性碳酸鹽和絡合陰離子組分；有助於促進漿體體系產生沉澱結晶。優選的，所述結晶礦物組分選自碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、檸檬酸、酒石酸等。進一步優選的，所述結晶礦物組分選自碳酸鈉和酒石酸。本發明進一步公開了所述用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑的製備方法，包括以下步驟:( 1)按計量稱取各組分原料；(2)將稱量好的各組分倒入攪拌機中攪拌3-10分鐘至混合均勻即製得所述礦物外加劑。本發明所述的水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑在應用到水泥基材料裂縫自癒合時，按常規摻量摻入地下結構混凝土、水工混凝土或海工混凝土中即可。一般而言，本發明所述的水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑在水泥基材料中的摻加量為水泥基材料中膠凝材料的8-12wt%。礦物自癒合法主要癒合機理是充分利用目前水泥基材料中未水化或者部分水化的水泥含量較高的特點，從環境中滲入裂縫的水可促使特種礦物材料及水泥再次發生水化反應，產生水化物或結晶產物填充、密實混凝土裂縫。當水泥基材料產生裂縫後，矽基礦物組分通過與水泥水化產生的Ca(OH)2作用形成水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣凝膠，這些產物在癒合物中起到骨架和支撐的效果；矽酸鹽礦物組分遇水反應，生成鈣礬石和氫氧化鈣等膨脹的物質，來填充裂縫；另外膨脹礦物組分一方面通過吸脹作用，體積高倍膨脹，使裂縫寬度減小，另一方面通過離子交換，更有利於不溶礦物的結晶沉澱；而結晶礦物組分促進再結晶和顆粒沉澱，可以加速沉澱物的形成速率，同時使生成的癒合產物更加穩定。本發明所述的水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑可以廣泛應用於水工、海工混凝土結構、地下混凝土結構中。水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑能使水環境中開裂的混凝土產生自癒合，不僅成本較低，而且效果顯著，解決了傳統修複方法代價大、效果差的問題，提聞了水泥基材料的耐久性。
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發明的技術方案。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。以下實施例的水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，由矽基礦物組分、矽酸鹽礦物組分、膨脹礦物組分和結晶礦物組分組成，通過在攪拌機中攪拌3-10分鐘混合均勻製得；根據所需要癒合的裂縫寬度的不同，通過調整各原料組分的配比，可獲得不同組分及效果的礦物外加劑。將表I中各行列出的組分摻到一起製備配比為1-1II的水泥組合物(水泥和礦物外加劑，水泥為P.0.52.5水泥)，再將質量佔水泥組合物的43%的水和質量佔水泥組合物的200%的天然砂分別加入上述配比1-1II的水泥組合物中攪拌,在70mmX 70mmX 70mm的模具中成型，24小時後脫模，然後置於標準養護箱中養護，60天後通過劈裂抗拉試驗使每個配比的不同試塊分別形成0.1-0.2mm和0.3-0.4mm的裂縫，並按表2進行編號，將開裂的試樣(編號為1-6組，每組三個試塊)在水中養護至各齡期(0、3、7、14、28、60天)。在各齡期(0、3、7、14、28、60天)對砂漿裂縫進行滲水性能的測試:試樣兩側用矽膠進行密封，提供160mm±5mm的水壓壓頭，從上表面進行滲水，測量5min內下表面的滲水量，取三個試塊測試結果的平均值，測試結果見表3。表I水泥組合物的配比
\組分50wt%tt灰和7`5wta/ 1-酸鈉和
\ P.0.52.5水泥鈉基膨潤上 UEA-H膨脹劑
配比\50wt%粉煤灰25wt°/ 酒石酸
I1000000
II903I5I
III9051.530.5表2不同配比的試塊預製不同裂縫寬度時的編號情況
縫寬度~
0.1-0.2 mm0,3-0.4 mm
配比I12
II34
III56表3不同齡期(天)開裂砂漿試塊5min的滲水量/g
權利要求
1.一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，包括以下重量百分比的組分: 矽基礦物組分 20-55% ； 矽酸鹽礦物組分 10-30% ； 膨脹礦物組分 30-60% ； 結晶礦物組分 5-30%。
2.如權利要求1所述的一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，其特徵在於，所述娃基礦物組分中氧化娃含量大於60wt%、氧化招含量大於10wt%、氧化I丐含量大於10wt%o
3.如權利要求2所述的一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，其特徵在於，所述矽基礦物組分由矽 灰和粉煤灰復配而得。
4.如權利要求1所述的一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，其特徵在於，所述矽酸鹽礦物組分為層狀矽酸鹽礦物，並且層間含有可交換的陽離子，具有離子交換能力。
5.如權利要求4所述的一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，其特徵在於，所述矽酸鹽礦物組分選自鈉基膨潤土、鈣基膨潤土和蒙脫土。
6.如權利要求1所述的一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，其特徵在於，所述膨脹礦物組分化學成分中氧化矽含量為25-35wt%、氧化鋁含量為10-20wt%，氧化鈣含量為15-25wt%、三氧化硫含量為25-35wt%。
7.如權利要求6所述的一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，其特徵在於，所述膨脹礦物組分由矽鋁酸鹽、氧化鋁和硫酸鈣復配而得。
8.如權利要求1所述的一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，其特徵在於，所述結晶礦物組分選自碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鋰、檸檬酸和酒石酸。
9.如權利要求1-8任一所述的一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑的製備方法，為按計量稱取各組分原料後，將稱量好的各組分倒入攪拌機中攪拌3-10分鐘至混合均勻即製得所述礦物外加劑。
10.如權利要求1-8任一所述的一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑在水泥基材料裂縫自癒合方面的應用。
全文摘要
本發明涉及一種用於水泥基材料裂縫自癒合的礦物外加劑，包括以下重量百分比的組分矽基礦物組分20-55%、矽酸鹽礦物組分10-30%、膨脹礦物組分30-60%以及結晶礦物組分5-30%，其製備過程為按計量稱取組分原料後，將稱量好的各組分倒入攪拌機中攪拌3-10分鐘至混合均勻即製得所述礦物外加劑；在水泥基材料中添加所述礦物外加劑，當水泥基材料產生裂縫時在一定環境誘導條件下其在水泥基材料裂縫中生成不溶性的沉積物，填充、封閉水泥基材料裂縫，實現水泥基材料裂縫的自癒合。
文檔編號C04B24/06GK103073212SQ201310031979
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者蔣正武, 韓超, 周磊, 楊凱飛, 楊正宏 申請人:同濟大學