[發明專利]一種基于碳化作用的自修復膠囊制備方法及自修復膠囊

在審

• 申請號: 202011293182.8
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112546977A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 常洪雷;劉健;曲明月;李晨聰;王曉龍;王劍宏;解全一
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B01J13/02
• 分類號: B01J13/02;C04B24/26
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 武博

本發明公開了一種基于碳化作用的自修復膠囊制備方法及自修復膠囊，其技術方案為：制備囊芯顆粒，在囊芯顆粒表面包裹內囊壁形成具有內囊壁的膠囊顆粒；將具有內囊壁的膠囊顆粒在設定條件下進行碳化處理，得到具有密實內囊壁的膠囊顆粒；在具有密實內囊壁的膠囊顆粒的表面多次噴涂PVA溶液以形成外囊壁，得到自修復膠囊顆粒。本發明可以解決現有自修復膠囊硬度不足而影響基體結構力學性能的問題，并通過碳化作用密實內囊壁結構從而提升膠囊的硬度和強度。

技術領域

本發明涉及水泥基材料自修復技術領域，尤其涉及一種基于碳化作用的自修 復膠囊制備方法及自修復膠囊。

背景技術

隨著工程技術的發展與水泥基材料性能的提升，混凝土材料越來越多地應用 于國家基礎設施建設的重要部位，如公路、鐵路、橋梁、隧道，以及一些核電項 目或海港工程。水泥基材料不僅要滿足基本的承重需要，還應具備功能化和智能 化，以適應多功能及智能建筑設施的發展方向。

實際工程中，混凝土面臨的最大問題是在服役過程中容易產生微裂縫和局部 損傷。受自身微觀特性、外部載荷以及環境等因素的影響，結構開裂問題通常無 法避免。如果不及時修復處理這些微裂縫，不僅會影響材料的耐久性和使用壽命， 甚至可能威脅到整個結構的安全性。因此，水泥基材料損傷的自修復及微裂縫自 愈合性能研究受到了國內外的廣泛關注。

基于利用沉淀修復微裂縫的原理，研究者創造、發展了自修復水泥基材料， 并在進一步的尋找更適合用于混凝土基體內的修復材料及其制備方法。其中，基 于微膠囊的自修復技術是將修復劑和固化劑(如環氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯 等)封裝于膠囊中，預先埋入混凝土結構內部，當結構受到應力或者堿性刺激時， 微裂縫產生，膠囊在尖端集中應力的作用下破裂，修復劑被釋放出來，與分散在 基體材料中的膠粘劑結合并固化，從而實現混凝土微裂縫的修復。

水泥基材料硬化后，內部大量自由水的蒸發會引起孔隙的產生，不同尺寸的 孔隙是影響水泥基體性能的重要因素，由于摻入的膠囊呈光滑的圓球狀，在水泥 漿體中能自由滾動，減小組分間的摩擦阻力，提高漿體的流動性，因此硬化后的 水泥基材料內部孔隙更加細小均勻，在一定程度上改善了結構的耐久性和抗滲 性。

然而，膠囊是以一定的比例代替砂摻入基體中，一方面，膠囊的硬度與砂相 比差距較大，僅為砂硬度的四分之一，且膠囊顆粒粒徑越大差異越明顯；另一方 面，膠囊的體積相對較大，以質量比代替砂時增加了基體體積，也相應地降低了 水泥和水的比例，這導致混凝土基體的抗壓、抗折強度等力學性能均顯著降低。 此外，膠囊的強度應該保證自身在攪拌過程中不被高速運轉的攪拌機破壞，并且 能夠穩定地存在于結構中，直至基體產生微裂縫后開裂。如果膠囊的摻入無法較 好的保持基體結構的原有性能，無法維持自身穩定，也就失去發揮自修復作用的 前提。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種基于碳化作用的自修復 膠囊制備方法及自修復膠囊，可以解決現有自修復膠囊硬度不足而影響基體結構 力學性能的問題，并通過碳化作用密實內囊壁結構從而提升膠囊的硬度和強度。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

第一方面，本發明的實施例提供了一種基于碳化作用的自修復膠囊制備方 法，包括：

制備囊芯顆粒，在囊芯顆粒表面包裹內囊壁形成具有內囊壁的膠囊顆粒；

將具有內囊壁的膠囊顆粒在設定條件下進行碳化處理，得到具有密實內囊壁 的膠囊顆粒；

在具有密實內囊壁的膠囊顆粒的表面多次噴涂PVA溶液以形成外囊壁，得到 自修復膠囊顆粒。

作為進一步的實現方式，利用碳化箱處理具有內囊壁的膠囊顆粒，碳化箱內 部溫度保持在21±2℃范圍內，濕度保持在70±2℃范圍內，二氧化碳濃度在 5～20％的范圍內。

作為進一步的實現方式，將若干具有內囊壁的膠囊顆粒在碳化箱中碳化7～28 小時。