專利名稱：一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混凝土工程領(lǐng)域，特別是涉及一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
地下結(jié)構(gòu)(如城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu))設(shè)計(jì)壽命為100年，其所處巖土賦存條件復(fù) 雜，周邊環(huán)境敏感，列車運(yùn)行密度極高，使用條件苛刻，結(jié)構(gòu)自身在多因素長(zhǎng)期作用下性能不斷劣化，一旦損壞不易或不可更換，并將會(huì)誘發(fā)地下工程災(zāi)害。鋼筋腐蝕是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主導(dǎo)因素，如王春福，王瑜玲，鋼筋混凝土氯離子腐蝕機(jī)理與防護(hù)措施[J]，商品混凝土，2010，3 56-58中所記載的，在眾多腐蝕因素中，氯鹽是引起大范圍鋼筋腐蝕破壞的最重要因素。如金偉良，趙羽習(xí)，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的回顧與展望[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)，2002,36 (4):371-403中所記載的，隧道結(jié)構(gòu)中氯離子侵入混凝土腐蝕鋼筋的機(jī)理主要是I)破壞鈍化膜氯離子進(jìn)入混凝土到達(dá)鋼筋表面，吸附于局部鈍化膜處，可使該處的PH值迅速降低，使鋼筋表面PH值降低到4以下，破壞了鋼筋表面的鈍化膜。2)形成腐蝕電池由于腐蝕使局部鋼筋表面鈍化膜發(fā)生破壞，這些部位露出了鐵基體，與尚完好的鈍化膜區(qū)域形成了電位差，鐵基體作為陽(yáng)極受到腐蝕，大面積鈍化膜作為陰極。由于陽(yáng)極面積小，蝕坑的發(fā)展會(huì)十分迅速。3)去極化作用氯離子起到了搬運(yùn)陽(yáng)極產(chǎn)物的作用，加速了陽(yáng)極腐蝕過(guò)程。4)導(dǎo)電作用氯離子降低了陰陽(yáng)極之間的電阻，提高了腐蝕電池的效率，加速了電化學(xué)腐蝕過(guò)程。由于鋼筋最終銹蝕產(chǎn)物Fe2O3 3H20相對(duì)于鐵而言體積可以膨脹6. 4倍左右，使得周圍的混凝土產(chǎn)生了較強(qiáng)的拉應(yīng)力，當(dāng)混凝土中拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)沿鋼筋方向開(kāi)裂，混凝土開(kāi)裂后氯離子更易到達(dá)鋼筋表面，導(dǎo)致鋼筋進(jìn)一步銹蝕，如附圖1?？刂坡入x子在混凝土中的擴(kuò)散對(duì)于防止鋼筋銹蝕有著重要作用。擴(kuò)散、毛細(xì)作用和滲透是氯離子的3種主要遷移方式，如余紅發(fā)，孫偉.混凝土氯離子擴(kuò)散理論模型[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，36 68-76中記載的。擴(kuò)散是由氯離子濃度梯度引起，毛細(xì)作用是指氯離子和水一起通過(guò)毛細(xì)孔向內(nèi)部遷移，滲透作用是在壓力作用下氯離子和水一起進(jìn)入混凝土內(nèi)部。混凝土在使用過(guò)程中一旦內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋和缺陷等結(jié)構(gòu)損傷劣化情況，必然加速氯離子的擴(kuò)散。Saito 等和 Lim 等發(fā)現(xiàn)(Saito M, Ishimori H. Chloride permeabilityof concrete under static andrepeated compressive loading[J]. Cem andConcretes, 1995, 25(4):803-808,Lim CC, GowripalanN, Sirivivatnanon V. Microcrackingand chloride permeability of concrete under uniaxialcompression[J]. Cem andConcr Comp, 2000, 22(5) :353-360),當(dāng)受壓荷載超過(guò)臨界應(yīng)力時(shí)，混凝土的氯離子擴(kuò)散速度明顯加快15%-30%，反復(fù)抗壓疲勞荷載對(duì)混凝土氯離子擴(kuò)散性能的影響隨著應(yīng)力水平和疲勞循環(huán)次數(shù)的增加而提高；Gowripalan等發(fā)現(xiàn)混凝土在彎曲荷載作用下，受拉區(qū)混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)增加7%-10%，受拉裂縫處增加19%-22%。由此可見(jiàn)裂縫對(duì)于混凝土中氯離子擴(kuò)散有著重要影響。目前，混凝土抗氯鹽侵蝕鋼筋主要包括以下幾種方法I)提高混凝土自身的防護(hù)能力在混凝土設(shè)計(jì)階段可以采用更加合理的配合比；摻加更加合適的礦物外加劑和化學(xué)外加劑；在施工階段嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。通過(guò)以上方法能提高混凝土的密實(shí)性，抵抗Cr侵蝕。2)增加混凝土保護(hù)層厚度在修補(bǔ)過(guò)的混凝土表面，再涂覆混凝土，減緩Cr侵蝕。3)增加混凝土外涂層在混凝土表面再涂覆耐蝕涂層，減緩Cr侵蝕。4)采用特種鋼筋、在鋼筋表面涂層、采取陰極保護(hù)及使用鋼筋除銹劑在鋼筋上采 取各種手段以減小Cl—對(duì)鋼筋的侵蝕。總結(jié)起來(lái)，現(xiàn)有的抗氯鹽腐蝕方法用于隧道結(jié)構(gòu)時(shí)存在如下缺點(diǎn)及不足I)提高混凝土的設(shè)計(jì)等級(jí)、提高混凝土及其鋼筋自身的防護(hù)能力等雖可解決一些問(wèn)題，但實(shí)踐證明仍無(wú)法有效長(zhǎng)期控制氯鹽擴(kuò)散。2)采用防腐涂層時(shí)施工難度大，且涂層易脫落。3)后期無(wú)法阻止氯鹽的進(jìn)一步擴(kuò)散。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的混凝土抗氯鹽腐蝕方法進(jìn)行改進(jìn)，借助微膠囊自修復(fù)裂縫的思想，建立智能的抗氯鹽腐蝕的地下結(jié)構(gòu)凝土系統(tǒng)，提高地下結(jié)構(gòu)的安全性和耐腐蝕性，延長(zhǎng)地下結(jié)構(gòu)的服役壽命。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明第一方面提供一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，包括混凝土基體，所述混凝土基體內(nèi)設(shè)有化學(xué)微膠囊，所述化學(xué)微膠囊內(nèi)包覆有修復(fù)劑，所述修復(fù)劑選自可與氯離子發(fā)生反應(yīng)，并生成沉淀的溶液。所述混凝土基體承擔(dān)地下結(jié)構(gòu)外部荷載,如土體荷載或列車荷載。所述化學(xué)微膠囊的微膠囊壁保護(hù)修復(fù)劑不受外界環(huán)境的影響。當(dāng)裂縫擴(kuò)展到微膠囊處時(shí)膠囊壁破裂，釋放內(nèi)部修復(fù)劑，抵抗氯鹽腐蝕。所述修復(fù)劑的作用是與氯離子反應(yīng)，減小混凝土內(nèi)氯離子濃度；同時(shí)生成沉淀，填充混凝土內(nèi)孔隙和裂縫，阻斷氯鹽腐蝕通道。優(yōu)選地，所述修復(fù)劑選自可與氯離子發(fā)生反應(yīng)，并生成沉淀的鹽的水溶液。優(yōu)選地，所述修復(fù)劑選自AgNO3水溶液、AgF水溶液、Hg2 (N03) 2水溶液、Pb (NO3) 2水溶液或TiNO3水溶液，以及其他能在微膠囊破裂時(shí)流出，且和氯離子發(fā)生反應(yīng)生成沉淀的鹽溶液等。優(yōu)選的，所述修復(fù)劑選自飽和的AgNO3水溶液、AgF水溶液、Hg2 (N03) 2水溶液、Pb (NO3) 2水溶液或TiNO3水溶液。優(yōu)選的，所述修復(fù)劑為AgNO3水溶液，配置濃度為219g/100mL，其與氯離子發(fā)生反應(yīng)，生成AgCl沉淀,反應(yīng)式如下AgNO, — Cl = A,(r( 'I i +NO,
優(yōu)選的，所述混凝土基體內(nèi)化學(xué)微膠囊的體積摻量為混凝土總體積的5%_15%。優(yōu)選的，所述化學(xué)微膠囊為球形，所述化學(xué)微膠囊的直徑為5-1000微米。優(yōu)選地，所述微膠囊壁材料選自動(dòng)物明膠、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯橡膠、聚脲、聚脲甲醛、合成蠟、乙酸丁酸纖維素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛樹(shù)脂類或玻璃等。優(yōu)選的，所述微膠囊壁厚為0. 1-5微米。優(yōu)選的，所述微膠囊壁材料為聚脲甲醛，壁厚為0.5微米，化學(xué)微膠囊的半徑為 200微米。優(yōu)選的，所述化學(xué)微膠囊在混凝土基體內(nèi)均勻分布。所述化學(xué)微膠囊將修復(fù)劑微膠囊化，使用時(shí)，將化學(xué)微膠囊按照既定比例與混凝土一起攪拌，使微膠囊在混凝土基體里均勻分布。本發(fā)明第二方面提供一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)在混凝土抗氯鹽腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用。具體的，其應(yīng)用領(lǐng)域包含隧道、地鐵、樁基、地下室、共同溝等埋置于巖土體中的地下混凝土結(jié)構(gòu)、處于含氯鹽水環(huán)境中的海工混凝土結(jié)構(gòu)以及其他可能遭受氯鹽腐蝕的混凝土結(jié)構(gòu)等。當(dāng)含氯離子的地下水侵入混凝土?xí)r，混凝土基體上裂縫擴(kuò)展使微膠囊壁破裂，微膠囊中的修復(fù)劑流出，與氯離子反應(yīng)消耗氯離子，吸收混凝土中的氯離子，減小混凝土中氯離子濃度，從而減小氯鹽擴(kuò)散程度。同時(shí)生成沉淀，填充混凝土孔隙和裂縫，阻塞氯鹽進(jìn)一步腐蝕的通道，進(jìn)一步提高混凝土抗氯鹽腐蝕的能力。本發(fā)明所提供的化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)為混凝土基體氯鹽侵蝕的修復(fù)和有效延緩潛在的危害提供了一種新的方法，一個(gè)自修復(fù)系統(tǒng)將免去有效的監(jiān)測(cè)和外部修復(fù)所需的高額費(fèi)用，避免了人工修復(fù)帶來(lái)的地下工程(如軌道交通線路)停運(yùn)等問(wèn)題，大大提高地下結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，地下結(jié)構(gòu)(例如地鐵)的使用壽命也將延長(zhǎng)。本化學(xué)抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)與現(xiàn)有的抗氯鹽侵蝕方法相比，有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)I)可以實(shí)現(xiàn)混凝土智能控制氯鹽濃度，降低氯鹽腐蝕程度；2)可以在減小氯離子濃度的同時(shí)產(chǎn)生沉淀，阻塞氯鹽腐蝕的通道；3)微膠囊可以保護(hù)內(nèi)部修復(fù)劑免受外界環(huán)境的影響，使修復(fù)劑抗氯鹽腐蝕能力長(zhǎng)時(shí)間有效；4)相比采用防腐涂層，本抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)因?yàn)榛瘜W(xué)微膠囊大量均勻分布在混凝土基體中，能實(shí)現(xiàn)大范圍、多次的修復(fù)。


圖1顯示為氯鹽腐蝕鋼筋混凝土示意圖。圖2顯示為本發(fā)明化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)示意；(a)化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)示意圖；(b)微膠囊示意圖。圖3顯示為本發(fā)明化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)工作原理圖；(a)修復(fù)前；
(b)修復(fù)后。標(biāo)號(hào)說(shuō)明
權(quán)利要求
1.一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，包括混凝土基體，所述混凝土基體內(nèi)設(shè)有化學(xué)微膠囊，所述化學(xué)微膠囊內(nèi)包覆有修復(fù)劑，所述修復(fù)劑選自可與氯離子發(fā)生反應(yīng),并生成沉淀的溶液。
2.如權(quán)利要求1所述的一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述修復(fù)劑選自可與氯離子發(fā)生反應(yīng)并生成沉淀的鹽的水溶液。
3.如權(quán)利要求2所述的一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述修復(fù)劑選自AgNO3水溶液、AgF水溶液、Hg2 (N03) 2水溶液、Pb (NO3) 2水溶液或TiNO3 水溶液。
4.如權(quán)利要求1-3任一權(quán)利要求所述的一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述修復(fù)劑選自飽和的AgNO3水溶液、AgF水溶液、Hg2 (N03)2水溶液、 Pb (NO3) 2水溶液或TiNO3水溶液。
5.如權(quán)利要求1所述的一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，混凝土基體內(nèi)化學(xué)微膠囊的體積摻量為混凝土總體的5%-15%。
6.如權(quán)利要求5所述的一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述化學(xué)微膠囊為球形，所述化學(xué)微膠囊的直徑為5-1000微米。
7.如權(quán)利要求1所述的一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述微膠囊壁材料選自動(dòng)物明膠、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸樹(shù)脂、聚氨酯橡膠、聚脲、聚脲甲醛、合成蠟、乙酸丁酸纖維素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛樹(shù)脂類或玻璃。
8.如權(quán)利要求7所述的一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述微膠囊壁厚為O. 1-5微米。
9.如權(quán)利要求1-8任一權(quán)利要求所述的一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)在混凝土抗氯鹽腐蝕領(lǐng)域的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及混凝土工程領(lǐng)域，特別是涉及一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)，包括混凝土基體，所述混凝土基體內(nèi)設(shè)有化學(xué)微膠囊，所述化學(xué)微膠囊內(nèi)包覆有修復(fù)劑，所述修復(fù)劑選自可與氯離子發(fā)生反應(yīng)，并生成沉淀的溶液。本化學(xué)抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)與現(xiàn)有的抗氯鹽侵蝕方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)混凝土智能控制氯鹽濃度，降低氯鹽腐蝕程度；可在減小氯離子濃度的同時(shí)產(chǎn)生沉淀，阻塞氯鹽腐蝕的通道；微膠囊可以保護(hù)內(nèi)部修復(fù)劑免受外界環(huán)境的影響，使修復(fù)劑抗氯鹽腐蝕能力長(zhǎng)時(shí)間有效；相比采用防腐涂層，本抗氯鹽腐蝕系統(tǒng)因?yàn)榛瘜W(xué)微膠囊大量均勻分布在混凝土基體中，能實(shí)現(xiàn)大范圍、多次的修復(fù)。
文檔編號(hào)C04B103/61GK102992673SQ20121053254
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者閆治國(guó), 周帥, 朱合華, 陳慶 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)