一种抗干缩微裂纹自愈合地质聚合物复合材料及其制备方法与流程

本发明属于建筑材料，具体涉及一种抗干缩微裂纹自愈合地质聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、地质聚合物是以粉煤灰、矿渣、硅灰等工业固废为主要原料，经碱激发形成的新型无机胶凝材料，具有早期强度高、耐久性好、绿色低碳等优势；但其两大固有缺陷限制了工程化应用：一是脆性大，受荷载易产生微裂纹；二是硬化过程干燥收缩显著，收缩应力直接诱发微裂纹，并加剧荷载裂缝扩展。

2、现有技术多针对单一问题开展研究：添加纤维实现增韧阻裂；掺入膨胀剂补偿干燥收缩；引入微胶囊实现裂纹自修复；上述方法多单一作用，未形成协同效应：单一膨胀剂易出现膨胀时机不当、膨胀力过大损伤基体；单纯自修复仅能被动修复已产生裂纹，无法抑制收缩应力持续产生新裂纹。

3、此外，常规自修复微胶囊壁材耐碱性差，在地质聚合物强碱环境中易被侵蚀、提前破裂失效，修复剂提前泄漏，无法在裂纹产生时正常发挥作用。

4、因此，开发一种可从源头抑制收缩裂纹、同时自主修复服役期微裂纹，且耐碱性优异、协同效应显著的地质聚合物复合材料，对提升材料体积稳定性与长期耐久性具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种抗干缩微裂纹自愈合地质聚合物复合材料及其制备方法，解决现有地质聚合物干燥收缩大、易开裂、自修复体系耐碱性差、单一技术无法实现全周期抗裂修复等问题。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种抗干缩微裂纹自愈合地质聚合物复合材料，按质量份数计，包括：

4、活性硅铝质原料90～100份；

5、碱激发剂35～55份；

6、膨胀剂4～8份；

7、自修复微胶囊3～5份；

8、增强纤维1～1.5份；

9、其中，所述碱激发剂为硅酸钠与氢氧化钠的复配溶液，所述碱激发剂的模数为1.2-1.8，以氧化钠计，所述碱激发剂占所述抗干缩微裂纹自愈合地质聚合物复合材料的总固体质量的6%-10%；

10、其中，所述膨胀剂为经包覆改性的活性氧化镁，所述膨胀剂为表面具有碳酸镁、碱式碳酸镁或氢氧化镁钝化层中的活性氧化镁；

11、其中，所述自修复微胶囊包括多孔无机微载体、负载于所述多孔无机微载体孔隙中的硅酸钠修复剂及包覆于所述多孔无机微载体的外表面的耐碱性材料。

12、进一步地，按质量份数计，所述活性硅铝质原料包括：粉煤灰60～70份、矿渣20～30份、硅灰5～15份。

13、进一步地，所述硅酸钠的模数为3.0-3.5；所述氢氧化钠的纯度不低于99%。

14、进一步地，所述耐碱性材料为脲醛树脂或三聚氰胺-甲醛树脂。

15、进一步地，所述耐碱性高分子壁材的厚度为2μm～10μm，所述自修复微胶囊的粒径为50μm～200μm。

16、进一步地，所述硅酸钠修复剂为模数2.5-3、固含量为40%的硅酸钠溶液。

17、进一步地，所述增强纤维为玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维或聚丙烯纤维中的一种或多种，所述增强纤维的长度为6mm～9mm。

18、本发明还提供上述复合材料的制备方法，包括如下步骤：

19、步骤零、将粉煤灰、矿渣、以及硅灰混合均匀，得到所述活性硅铝质原料；

20、将所述硅酸钠与所述氢氧化钠复配成模数为1.2-1.8的碱激发剂；

21、将所述活性氧化镁在含二氧化碳和水蒸气的气氛中进行表面钝化，使其表面形成碳酸镁、碱式碳酸镁或氢氧化镁钝化层，经干燥、研磨、过筛，得到所述膨胀剂；

22、将干燥后的多孔无机微载体浸入硅酸钠修复剂中，通过常压或真空浸渍使硅酸钠修复剂负载于其孔隙内，去除表面游离液体后，以所述耐碱性材料包覆所述多孔无机微载体的外表面，经固化、干燥、筛分，得到所述自修复微胶囊；

23、步骤一、向所述活性硅铝质原料中加入所述膨胀剂与所述增强纤维，搅拌，得到固体混合料；

24、步骤二、向所述固体混合料中加入所述自修复微胶囊，继续搅拌，得到干混料；

25、步骤三、将所述碱激发剂缓慢加入所述干混料中，以氧化钠计，所述碱激发剂占所述干混料的质量的6%-10%，搅拌，得到所述抗干缩微裂纹自愈合地质聚合物复合材料。

26、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

27、本发明自修复微胶囊采用多孔无机微载体负载硅酸钠修复剂，外层包覆脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等耐碱性高分子壁材，双层结构可有效隔绝地质聚合物强碱环境，避免壁材被侵蚀、修复剂提前泄漏；硅酸钠修复剂与地质聚合物基体化学相容性高，开裂后快速反应生成胶凝产物封堵微裂纹。

28、活性氧化镁经co2和水蒸气气氛钝化，表面生成碳酸镁或碱式碳酸镁或氢氧化镁钝化层，实现可控膨胀，早期适度膨胀补偿地质聚合物硬化干燥收缩，从源头减少收缩裂纹，避免未改性氧化镁膨胀过快、膨胀力过大破坏基体结构。

29、膨胀剂抑裂和微胶囊自主修复形成全周期协同抗裂体系：膨胀剂大幅降低基体原生收缩微裂纹数量、宽度，减轻微胶囊修复负荷；微胶囊修复产物密实基体孔隙，抑制后期新裂纹产生；二者协同使强度恢复率、抗渗恢复率远高于单一组分简单叠加。

30、复合材料28天干燥收缩率大幅降低，微裂纹萌生与扩展被有效控制，材料抗渗性、抗冻融性能、长期力学稳定性显著提升，能够显著延长工程结构使用寿命。

1.一种抗干缩微裂纹自愈合地质聚合物复合材料，其特征在于，按质量份数计，包括：

2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，按质量份数计，所述活性硅铝质原料包括：粉煤灰60～70份、矿渣20～30份、硅灰5～15份。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述硅酸钠的模数为3.0-3.5；所述氢氧化钠的纯度不低于99%。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述膨胀剂为表面具有碳酸镁、碱式碳酸镁或氢氧化镁钝化层中的活性氧化镁。。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述耐碱性材料为脲醛树脂或三聚氰胺-甲醛树脂。

6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述耐碱性高分子壁材的厚度为2μm～10μm，所述自修复微胶囊的粒径为50μm～200μm。

7.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述硅酸钠修复剂为模数2.5-3、固含量为40%的硅酸钠溶液。

8.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述增强纤维为玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维或聚丙烯纤维中的一种或多种，所述增强纤维的长度为6mm～9mm。

9.一种如权利要求1至8中任一项所述抗干缩微裂纹自愈合地质聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：