專利名稱：一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(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。硫酸鹽侵蝕是混凝土耐久性的一項(xiàng)重要內(nèi)容，同時(shí)也是影響因素最復(fù)雜、危害性最大的一種環(huán)境水侵蝕，如亢景富， 混凝土硫酸鹽侵蝕研究中的幾個(gè)基本問(wèn)題[J]，混凝土，1995，3 :9-18中所記載的，近年來(lái)， 在鐵路、公路、礦山和水電工程中都發(fā)現(xiàn)了地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物的硫酸鹽侵蝕破壞問(wèn)題， 有的已經(jīng)嚴(yán)重威脅了工程的安全運(yùn)行，如成昆鐵路的部分隧道工程，枝柳鐵路工程等。
隧道結(jié)構(gòu)混凝土受硫酸鹽腐蝕的機(jī)理主要是結(jié)構(gòu)混凝土由于列車疲勞荷載以及其它原因產(chǎn)生裂縫，地下水中大量S042_離子通過(guò)原有的空隙或者因荷載產(chǎn)生的裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)，與混凝土中的Ca (OH) 2以及水化鋁酸鈣3Ca0 · Al2O3 · 6H20發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成過(guò)量的石骨CaSO4 · 2H20和I丐帆石3Ca0 · Al2O3 · 3CaS04 · 31H20,由于石骨和I丐帆石結(jié)晶膨脹，其體積較同體積的反應(yīng)物增大一倍以上，從而使混凝土膨脹開(kāi)裂，見(jiàn)附圖1。
如賀傳卿，李永貴，王懷義，高建新，硫酸鹽對(duì)水泥混凝土的侵蝕及其防治措施 [J].混凝土，2003，3 56-57中所記載的，混凝土抗硫酸鹽侵蝕主要包括以下幾種方法
I)降低水泥熟料中C3A與C3S含量水泥石中，水化產(chǎn)物3Ca0 · Al2O3 · 6H20占首位，其次是Ca(OH)2，兩 者的含量由硅酸鹽水泥熟料中的硅酸三鈣C3S和鋁酸三鈣C3A決定， 因此控制水泥熟料中的C3A和C3S有助于提聞混凝土的抗硫酸鹽腐蝕能力。
2)摻優(yōu)質(zhì)礦物摻合料在混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料(例如粉煤灰，礦渣微粉，硅灰等)取代部分水泥一方面將減小C3A與C3S含量，另一方面將與Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生C-S-H凝膠，混凝土強(qiáng)度提高、結(jié)構(gòu)改變，阻止S042_的腐蝕。
3)控制水灰比低水灰比混凝土密實(shí)度高，抗?jié)B性能好，能有效控制S042_的腐蝕。
4)適宜的水泥摻量實(shí)驗(yàn)證明提高水泥用量、降低滲透性將會(huì)降低硫酸鹽的腐蝕。
5)摻優(yōu)質(zhì)外加劑減水劑是一種表面活性劑，能大幅降低混凝土用水量，能改善混凝土的和易性，增大流動(dòng)性，提高密實(shí)度。引氣劑能在混凝土中引入大量互不貫通的微小氣泡，均勻分布在混凝土中，能切斷毛細(xì)孔通道，提高混凝土抗?jié)B性。由于混凝土密實(shí)度和抗?jié)B性的提高，能有效減少SO42-的腐蝕。
6)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量正確的振搗可以提高混凝土的密實(shí)度。正確的養(yǎng)護(hù)可以提高混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B、抗凍能力以及防止裂縫產(chǎn)生。通過(guò)控制施工質(zhì)量能提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕的性能。
7)采用防腐涂層將防腐涂料涂刷于結(jié)構(gòu)物表面，阻止SO42-侵入。
總結(jié)起來(lái)，現(xiàn)有的抗硫酸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)期控制硫酸鹽腐蝕。而且抗硫酸鹽水泥耐腐蝕指標(biāo)規(guī)定 SO廣的濃度為2500mg/L,而實(shí)際上SO廣的濃度經(jīng)常超過(guò)這一指標(biāo),普通抗硫酸鹽水泥滿足不了實(shí)際工程需要。
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)法阻止硫酸鹽的進(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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題。本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有的混凝土抗硫酸鹽腐蝕方法進(jìn)行改進(jìn)，借助微膠囊自修復(fù)裂縫的思想，建立智能的抗硫酸鹽腐蝕的地下結(jié)構(gòu)混凝土系統(tǒng)，提高地下地下結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，延長(zhǎng)地下結(jié)構(gòu)的使用壽命。
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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(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)劑選自可與硫酸根離子發(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，抵抗硫酸鹽腐蝕。
所述修復(fù)劑的作用是與硫酸根離子反應(yīng)，減小混凝土內(nèi)硫酸根離子濃度；同時(shí)生成沉淀，填充混凝土內(nèi)孔隙和裂縫，阻斷硫酸鹽腐蝕通道。
優(yōu)選地，所述修復(fù)劑選自可與硫酸根離子發(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Ba(NO3)2水溶液、Pb (NO3)2水溶液、Ba(OH)2水溶液、 Ba (CH3COO) 2水溶液或Pb (CH3COO) 2水溶液，以及其他能在微膠囊破裂時(shí)流出，且和硫酸根離子發(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Ba(NO3)2水溶液、Pb (NO3)2水溶液、Ba(OH)2水溶液、Ba (CH3COO) 2水溶液或Pb (CH3COO) 2水溶液。
優(yōu)選的，所述修復(fù)劑為Ba (NO3) 2水溶液，配置濃度為9g/100mL，其與硫酸根離子發(fā)生反應(yīng)，生成BaSO4沉淀,反應(yīng)式如下
Ba(NQl)2 + 財(cái)”=滅04 I +2而,”(I)
優(yōu)選的，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O. 1-5微米。
優(yōu)選的，所述微膠囊壁材料為聚脲甲醛，壁厚為O. 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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)在混凝土抗硫酸鹽腐蝕領(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)、處于含硫酸鹽水環(huán)境中的海工混凝土結(jié)構(gòu)以及其他可能遭受硫酸鹽腐蝕的混凝土結(jié)構(gòu)等。
當(dāng)含硫酸根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，與硫酸根離子反應(yīng)消耗硫酸根離子，吸收混凝土中的硫酸根離子，減小混凝土中硫酸根離子濃度，從而減小硫酸鹽擴(kuò)散程度。同時(shí)生成沉淀，填充混凝土孔隙和裂縫，阻塞硫酸鹽進(jìn)一步腐蝕的通道，進(jìn)一步提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕的能力。
本發(fā)明所提供的化學(xué)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)為混凝土基體硫酸鹽侵蝕的修復(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)(如地鐵)的使用壽命也將延長(zhǎng)。
本化學(xué)抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)與現(xiàn)有的抗硫酸鹽侵蝕方法相比，有如下幾個(gè)方面的優(yōu)占- ^ \\\ ·
I)可以實(shí)現(xiàn)混凝土智能控制硫酸鹽濃度，降低硫酸鹽腐蝕程度；
2)可以在減小硫酸根離子濃度的同時(shí)產(chǎn)生沉淀，阻塞硫酸鹽腐蝕的通道；
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)劑抗硫酸鹽腐蝕能力長(zhǎng)時(shí)間有效；
4)相比采用防腐涂層，本抗硫酸鹽腐蝕系統(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顯示為硫酸鹽腐蝕鋼筋混凝土示意圖。
圖2顯示為本發(fā)明化學(xué)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)示意圖。
(a)化學(xué)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)示意(b)微膠囊示意圖。
圖3顯示為本發(fā)明化學(xué)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(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)劑選自可與硫酸根離子發(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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述修復(fù)劑選自可與硫酸根離子發(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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述修復(fù)劑選自Ba (NO3) 2水溶液、Pb (NO3) 2水溶液、Ba (OH) 2水溶液、Ba (CH3COO) 2水溶液或Pb (CH3COO) 2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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述修復(fù)劑選自飽和的Ba(NO3)2水溶液、Pb (NO3)2水溶液、Ba (OH)2水溶液、Ba (CH3COO) 2水溶液或Pb (CH3COO) 2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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(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積的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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述化學(xué)微膠囊為球形，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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)，其特征在于，所述微膠囊壁厚為0. 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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)在混凝土抗硫酸鹽腐蝕領(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)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(tǒng)。本發(fā)明提供一種地下結(jié)構(gòu)混凝土化學(xué)微膠囊抗硫酸鹽腐蝕系統(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)劑選自可與硫酸根離子發(fā)生反應(yīng)，并生成沉淀的溶液。本系統(tǒng)與現(xiàn)有的方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)混凝土智能控制硫酸鹽濃度，降低硫酸鹽腐蝕程度；可在減小硫酸根離子濃度的同時(shí)產(chǎn)生沉淀，阻塞硫酸鹽腐蝕的通道；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)劑抗硫酸鹽腐蝕能力長(zhǎng)時(shí)間有效；本抗硫酸鹽腐蝕系統(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)C04B22/14GK102992675SQ201210530118
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)明者周帥, 朱合華, 閆治國(guó), 陳慶 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)