一種水環境下混凝土自溶型微膠囊自修復系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及混凝土工程領域，特別是涉及一種水環境下混凝土自溶型微膠囊的自修復系統。
【背景技術】
[0002]城市軌道交通隧道結構設計壽命為100年，其所處巖土賦存條件復雜，周邊環境敏感，列車運行密度極高，使用條件苛刻，結構自身在多因素長期作用下性能不斷劣化，一旦損壞不易或不可更換，并將會誘發地下工程災害。水泥基材料的裂縫是導致結構提前失效的根本原因。混凝土自修復體系為混凝土基體微裂縫的修復和有效延緩潛在的危害提供了一種新的方法，能夠自動地對損傷部位進行監測并修復，避免了人工修復帶來的軌道交通線路停運等問題，可以節省結構運營費用，且大大提高其安全性和耐久性，地鐵的使用壽命也將延長，這對確保地下水體系結構、高層建筑、大壩等重大土木工程設施的耐久性和安全性有著重要意義。
[0003]混凝土裂縫自修復是指混凝土在外部或內部條件的作用下，釋放或生成新的物質自行封閉、愈合其裂縫。混凝土裂縫自愈合已成為國內外學術界和工程界所研究的一個重要課題。現代研究的混凝土自愈合方式主要包括礦物自愈合、微膠囊自愈合、滲透結晶自修復、電化學自修復、生物礦化水泥基材料自修復等方式，在地下水軌道交通結構中，由于特殊的環境和條件，這些修復方式都各有其局限。
[0004]微膠囊自修復混凝土材料主要是基于機械活化修復劑的原理，即當混凝土材料內部出現裂紋時，處于裂紋尖端的微膠囊受到集中應力，當此應力不斷增大到微膠囊囊壁的極限應力時，囊壁發生破損，內部包裹的修復劑釋放進而發揮修復作用。總結起來，現有的自修復微膠囊系統用于隧道結構時存在如下缺點及不足:
[0005](I)基于囊壁應力破壞的微膠囊在裂紋擴展時，處于裂紋尖端區的概率不大，發生破損的幾率隨之降低；
[0006](2)微膠囊脆性較小，裂縫開展時容易發生塑形變形而不是脆性破壞；
[0007](3)微膠囊自修復系統由于膠囊壁為有機材料，通常與混凝土基體之間缺乏良好的粘結，因此在界面處容易發生脫膠，微膠囊沒有破裂；
[0008](4)傳統單層微膠囊壁密封性不夠好導致修復劑保存時間不夠長；
[0009](5)傳統微膠囊囊壁在地下水環境下的耐久性不高。
【發明內容】
[0010]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能夠自修復混凝土微裂縫，同時可以在長時間內有效，而且能夠大范圍地修復微裂縫的水環境下混凝土自溶型微膠囊自修復系統。
[0011]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0012]—種水環境下混凝土自溶型微膠囊自修復系統，包括混凝土基體及混凝土基體內均勻分布的自溶型微膠囊，所述的自溶型微膠囊包括囊壁及囊壁內部的修復劑；
[0013]所述的囊壁的材質為主鏈上有酯鍵的不飽和聚酯材料或在堿性環境下溶解的無機材料；
[0014]所述的修復劑包括有機型修復劑或無機型修復劑，所述的有機型修復劑包括環氧樹脂、甲基丙烯酸甲酯、乙烯醋酸乙烯酯、氰基丙烯酸酯、桐油或MMA油脂，所述的無機型修復劑包括水玻璃或納米級硅膠。
[0015]所述的自溶型微膠囊為球形，粒徑為50?ΙΟΟΟμπι，囊壁的厚度為I?ΙΟμπι。
[0016]所述的自溶型微膠囊占混凝土基體中的膠凝材料的質量百分比為5?15wt%。
[0017]所述的主鏈上有酯鍵的不飽和聚酯材料選自聚乳酸、聚己內酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚乳酸-羥基乙酸共聚物中的一種或多種。
[0018]所述的在堿性環境下溶解的無機材料包括硅膠或無定型二氧化硅。
[0019]所述的環氧樹脂包括A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂、氫化雙酚A型環氧樹脂、線性酚醛環氧樹脂、多官能基縮水甘油醚樹脂、多官能基縮水甘油胺樹脂或者鹵化環氧樹脂。
[0020]所述的雙酸A型環氧樹脂選自市售的E-55型、E-51型、E-44型、E-42型、E-33型或E-20型雙酸A型環氧樹脂中的一種；
[0021]所述的線性酚醛環氧樹脂選自市售的F-44型、F-51型、F-48型、F-46型、JF-45型、JF-43型、Epiclon N-740型、EPN-1139型、DEN-431 型或Epikote-154型線性酚醛環氧樹脂中的一種。
[0022]所述的鹵化環氧樹脂選自四溴化雙酚A環氧樹脂或四氯化雙酚A環氧樹脂中的一種。
[0023]本發明進一步提供一種自溶型微膠囊的制備方法，所述的自溶型囊壁選用聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)與聚乙烯醇(PVA)進行交聯，所述的修復劑選用環氧樹脂，制備步驟如下:
[0024](I)稱取PLGA固體溶于有機溶劑中，配制成PLGA溶液，兩者質量比例為1:1?1:4;
[0025](2)待PLGA完全溶解，將PLGA溶液與質量濃度為0.8?1.2%的PVA溶液混合攪拌溶解，兩者質量比例為1:1?1:2.5;
[0026](3)另取容器稱量含有稀釋劑的環氧樹脂，環氧樹脂與稀釋劑的質量比例范圍為3:1?8:1，攪拌均勻后加入上述體系中；環氧樹脂與步驟(2)中得到的體系的質量比例范圍為 1:1.5 ?1:2。
[0027](4)在270瓦的功率下超聲乳化8?15分鐘；
[0028](5)將乳化后的乳液導入質量濃度為0.1?0.5%的PVA溶液中，乳液與PVA溶液質量比例為I: 1.5?1:3，機械攪拌3小時，將有機溶劑完全揮發，得到懸濁液；
[0029](6)將目數不同的一系列篩子按目數小到大自上而下疊放，將上述懸濁液倒入第一層篩子，并不斷用蒸餾水淋洗，直至每一層篩子都不再有固體顆粒被篩查；
[0030](7)分別收集各個篩子中的固體顆粒，使用凍干法將微球干燥。
[0031 ]所述的有機溶劑用以溶解囊壁材料，使其進一步包封修復劑，有機溶劑選自芳香烴類、脂肪烴類、脂環烴類、鹵化烴類、醇類、醚類、酯類、酮類中的一種；
[0032]所述的稀釋劑用以增加自溶型微膠囊的成球率，并增加修復劑的流動性，提高包封量，稀釋劑選自苯甲醇、丙酮、甲乙酮、環己酮、正丁基縮水甘油醚、苯、甲苯、二甲苯或者正丁醇中的一種。
[0033]實際使用中，當修復劑選用環氧樹脂時，自溶型微膠囊與混凝土基體拌合成型時還需要加入固化劑，所述固化劑選自直鏈脂肪族多胺、聚酰胺、脂肪族多胺、芳香胺、改性多胺、聚硫醇、脲類衍生物或有機胍類衍生物中的一種或多種。
[0034]本發明的自溶型微膠囊的作用機理為:
[0035]自溶型微膠囊的囊壁在常溫常壓的大氣環境中與水環境下可以保持穩定存在，內部包封的修復劑在囊壁的保護作用下可以持久保持修復能力。囊壁在堿性溶液中由于化學反應而刻蝕，內部包封的修復劑流出，自身發生固化反應或與混凝土基體內的物質發生化學反應，生成具有一定粘結性能或填充性能的物質，將混凝土基體的微裂紋粘結或填充。
[0036]聚乳酸-輕基乙酸共聚物(poly(lactic-co_glycolic acid)，PLGA)由兩種單體:乳酸和羥基乙酸隨機聚合而成，是一種可降解的功能高分子有機化合物，具有良好的生物相容性、無毒、良好的成囊和成膜的性能，被廣泛應用于制藥、醫用工程材料和現代化工業領域。將其與混凝土自修復領域相結合，可以對現有自修復方法進行本質上的改進，具有重要的研究應用價值。
[0037]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0038](I)本發明采用聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)與聚乙烯醇(PVA)的交聯結構作為微膠囊囊壁，制備了一種囊壁具有自溶性的自修復微膠囊。此種自修復系統基于囊壁自溶破壞的機理，區別于現有的基于應力破壞的自修復微膠囊系統，前者更適用于地下水環境結構體系；
[0039](2)本發明通過對原材料配比和合成工藝的改變，在一定程度上可以改變自溶型微膠囊的性能，如球徑，修復劑包封量，表面性質等，有利于制備更適合于地下水環境的自修復微膠囊系統；
[0040](3)本發明制備的自溶型微膠囊較現有自修復微膠囊相比，避免了處