本發(fā)明屬于建筑材料，具體涉及一種金屬吸附型裂縫自修復(fù)材料及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、水泥基材料裂縫自修復(fù)技術(shù)是近年來土木工程領(lǐng)域研究的熱點，考慮操作的方便性和潛在的實用性，絡(luò)合結(jié)晶自修復(fù)技術(shù)和微生物封裝自修復(fù)技術(shù)被研究的最多，并且相應(yīng)的團體標準也制定并且發(fā)行，上述兩種技術(shù)的修復(fù)機理主要是通過絡(luò)合結(jié)晶和微生物礦化產(chǎn)生碳酸鈣晶體而達到裂縫修復(fù)的目的，其中，微生物自修復(fù)技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)品還未見市場銷售應(yīng)用。

2、碳酸鈣晶體生成類的自修復(fù)技術(shù)能夠一定程度的恢復(fù)水泥基材料裂縫處的抗?jié)B性能，對于結(jié)構(gòu)整體的耐久性有良好的作用，但在短期內(nèi)形成的碳酸鈣不能牢牢的粘連在裂縫的兩邊，僅僅是通過堵的方式填補了裂縫，在外部水壓較大或者結(jié)構(gòu)形變沖擊下，較易被沖走或破壞，導(dǎo)致裂縫區(qū)域繼續(xù)成為結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)。因此，如何使裂縫處產(chǎn)生強度性的修復(fù)，是提升自修復(fù)技術(shù)實用價值必須要著重考慮的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種金屬吸附型裂縫自修復(fù)材料及制備方法和應(yīng)用，該裂縫自修復(fù)材料的各組分環(huán)環(huán)相扣，當(dāng)水泥基材料開裂，各組分分先后、有層次的參與反應(yīng)，可快速構(gòu)建水化反應(yīng)所需條件，快速產(chǎn)生凝膠類的物質(zhì)，實現(xiàn)裂縫處有強度的自修復(fù)。

2、為解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種金屬吸附型裂縫自修復(fù)材料，其具有殼核結(jié)構(gòu)，內(nèi)核包括顆粒狀發(fā)泡銅和吸附在顆粒狀發(fā)泡銅中的強度修復(fù)組分，外殼由硫鋁水泥纖維砂漿制成。

3、上述方案中，所述裂縫自修復(fù)材料的粒徑為4～7mm，其中，顆粒狀發(fā)泡銅的粒徑為3～5mm，外殼的厚度為1～2mm。

4、上述方案中，所述顆粒狀發(fā)泡銅的孔隙率為50～70％，孔徑為0.1～0.5mm。

5、上述方案中，所述強度恢復(fù)組分包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料：普通硅酸鹽水泥50～200份、鋁酸鹽水泥150～300份、熟石灰100～250份、沸石粉10～30份。

6、進一步地，所述普通硅酸鹽水泥的粒徑為3～32μm。

7、進一步地，所述鋁酸鹽水泥的粒徑≤3μm。

8、進一步地，所述熟石灰為工業(yè)級熟石灰，純度≥90％，粒徑為38～45μm。

9、進一步地，所述沸石粉的粒徑為5～10μm。

10、進一步地，所述沸石粉為改性沸石粉，改性方法為：

11、1)將干燥的天然沸石粉攤鋪于平面上，進行紫外線照射；

12、2)將紫外線照射后的沸石粉浸泡于飽和碳酸鈉溶液中，取出，干燥，得到改性沸石粉。

13、進一步地，所述天然沸石粉的攤鋪厚度≤1mm。

14、進一步地，所述紫外線照射時維持環(huán)境溫度30～50℃，照射時間3～5h。

15、進一步地，所述紫外線照射后的沸石粉與飽和碳酸鈉溶液的質(zhì)量比為(0.8～1):1，浸泡時間為24～36h。

16、上述方案中，所述顆粒狀發(fā)泡銅與強度恢復(fù)組分的質(zhì)量比為(0.9～1.1):1。

17、上述方案中，所述硫鋁水泥纖維砂漿包括以下質(zhì)量份數(shù)的原料：硫鋁酸鹽水泥400～500份、短切纖維6～10份、細砂500～600份、調(diào)凝劑0.5～1.5份、減水劑1～2份，水100～120份。

18、進一步地，所述短切纖維為聚乙烯醇纖維，長度為6～8mm。

19、進一步地，所述細砂為石英砂，粒徑為40～80目。

20、進一步地，所述調(diào)凝劑為硫酸鋁和硼砂。

21、優(yōu)選地，所述硫酸鋁和硼砂的質(zhì)量比為(0.09～0.11):1。

22、進一步地，所述減水劑為粉體聚羧酸減水劑，減水率為35～40％。

23、上述方案中，所述硫鋁水泥纖維砂漿的終凝時間為30～60min，2h抗壓強度≥35mpa。

24、本發(fā)明還提供一種金屬吸附型裂縫自修復(fù)材料的制備方法，包括以下步驟：

25、1)將普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、熟石灰和改性沸石粉混合，攪拌均勻，得到強度恢復(fù)組分；

26、2)將顆粒狀發(fā)泡銅和強度恢復(fù)組分混合均勻，置于真空環(huán)境中進行真空吸附，取出，過篩，得到內(nèi)核；

27、3)將硫鋁酸鹽水泥、短切纖維、細砂、調(diào)凝劑、減水劑和水混合，攪拌均勻，得到硫鋁水泥纖維砂漿；

28、4)將硫鋁水泥纖維砂漿包裹在內(nèi)核表面，分散擺放進行風(fēng)干，得到金屬吸附型裂縫自修復(fù)材料。

29、上述方案中，步驟1)中，攪拌速率為180～240r/min，攪拌時間為10～15min。

30、上述方案中，步驟2)中，真空吸附的真空度為0.0001～0.1mpa，真空溫度為15～25℃，吸附時間為20～24h。

31、上述方案中，步驟3)中，攪拌速率為45～60r/min，攪拌時間為2～3min。

32、上述方案中，步驟4)中，風(fēng)干時間為24～30h。

33、本發(fā)明還提供一種金屬吸附型裂縫自修復(fù)材料在裂縫自修復(fù)中的應(yīng)用，應(yīng)用方法為：用裂縫自修復(fù)材料取代水泥砂漿或混凝土中的砂，以使水泥砂漿或混凝土具備裂縫自修復(fù)性能。

34、上述方案中，所述裂縫自修復(fù)材料對砂的取代量為砂質(zhì)量的8～10％。

35、上述方案中，所述裂縫自修復(fù)材料能夠?qū)崿F(xiàn)寬度≤0.4mm的裂縫修復(fù)，并且將抗折強度恢復(fù)至原來的25～35％。

36、本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思如下：

37、本發(fā)明將普通硅酸鹽水泥和普通鋁酸鹽水泥作為強度發(fā)展組分，沸石粉作為離子吸附組分，熟石灰作為反應(yīng)提升組分，組成強度恢復(fù)組分；再將顆粒狀發(fā)泡銅作為吸附組分，將強度恢復(fù)組分吸附其中，形成內(nèi)核；最后將硫鋁水泥纖維砂漿作為造殼組分，在內(nèi)核外面形成外殼，組成裂縫自修復(fù)材料。

38、本發(fā)明內(nèi)核使用的泡沫銅具有優(yōu)秀的吸附性、延展性和韌性，能夠吸附大量的強度恢復(fù)組分，并能夠最大程度地保證自修復(fù)材料顆粒的完整性，鑲嵌在水泥基材料中可起到反應(yīng)基床的作用，遭受破壞產(chǎn)生的缺陷也最小，修復(fù)產(chǎn)物生長在泡沫銅里穩(wěn)定牢固，反應(yīng)完后泡沫銅成了恢復(fù)裂縫處力學(xué)性能的韌帶。而外殼使用的硫鋁水泥纖維砂漿通過調(diào)凝劑的使用，可以快速硬化，鎖住泡沫銅里的物質(zhì)不外泄，短切纖維可以增加外殼的韌性，使其不致容易破壞，另外，外殼材料與水泥基材料性質(zhì)一致，不會出現(xiàn)相容性問題，也不會劣化水泥基材料的性能。

39、當(dāng)水泥基材料開裂，外殼首先破裂，而嵌在裂縫兩邊的發(fā)泡銅顆粒有良好的韌性，可以隨著裂縫發(fā)生形變，增大了強度恢復(fù)組分溶出的空間；當(dāng)有水順著裂縫進入后，發(fā)生如下系列反應(yīng)：1)由于粒徑≤3μm，鋁酸鹽水泥最快全部溶解，迅速生產(chǎn)水化產(chǎn)物填充泡沫銅的孔隙和缺陷，首先提升了泡沫銅的力學(xué)性能，抑制了裂縫的進一步發(fā)展；2)然后改性沸石粉中的碳酸鈉溶解釋放初鈉離子和碳酸根離子；3)堿性鈉離子促進了普通硅酸鹽水泥的溶解水化，3～32μm的水泥顆粒活性最大，能夠有效地全部參與水化反應(yīng)，形成最強的水泥石結(jié)構(gòu)，形成水泥石進一步填充泡沫銅的孔隙；4)碳酸根離子分別與強度提升組分溶解出鈣離子和離子吸附組分持續(xù)大量吸附的溶液中的鈣離子發(fā)生反應(yīng)生成碳酸根晶體，生成的晶體持續(xù)填充泡沫銅的其余孔隙直至形成致密的結(jié)構(gòu)，進而恢復(fù)裂縫處的力學(xué)性能。通過先后的、有層次的既快速又連續(xù)的反應(yīng)，實現(xiàn)了裂縫處有強度的自修復(fù)，解決絡(luò)合結(jié)晶自修復(fù)、微生物自修復(fù)等填充式修復(fù)不耐久不耐沖刷的問題。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

41、本發(fā)明將普通硅酸鹽水泥和普通鋁酸鹽水泥作為強度發(fā)展組分，沸石粉作為離子吸附組分，熟石灰作為反應(yīng)提升組分，組成強度恢復(fù)組分；再將顆粒狀發(fā)泡銅作為吸附組分，將強度恢復(fù)組分吸附其中，形成內(nèi)核；最后將硫鋁水泥纖維砂漿作為造殼組分，在內(nèi)核外面形成外殼，組成裂縫自修復(fù)材料。通過各組分環(huán)環(huán)相扣結(jié)構(gòu)形式制造裂縫自修復(fù)材料，當(dāng)水泥基材料開裂，各組分分先后、有層次的參與反應(yīng)，既快速又連續(xù)，可快速構(gòu)建水化反應(yīng)所需條件，快速產(chǎn)生凝膠類的物質(zhì)，實現(xiàn)裂縫處有強度的自修復(fù)，解決絡(luò)合結(jié)晶自修復(fù)、微生物自修復(fù)等填充式修復(fù)不耐久不耐沖刷的問題。