专利名称：一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及混凝土工程领域，特别是涉及一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统。
背景技术：
地下结构(如城市轨道交通隧道结构)设计寿命为100年，其所处岩土赋存条件复杂，周边环境敏感，列车运行密度极高，使用条件苛刻，结构自身在多因素长期作用下性能不断劣化，一旦损坏不易或不可更换，并将会诱发地下工程灾害。硫酸盐侵蚀是混凝土耐久性的一项重要内容，同时也是影响因素最复杂、危害性最大的一种环境水侵蚀，如亢景富， 混凝土硫酸盐侵蚀研究中的几个基本问题[J]，混凝土，1995，3 :9-18中所记载的，近年来， 在铁路、公路、矿山和水电工程中都发现了地下水对混凝土结构物的硫酸盐侵蚀破坏问题， 有的已经严重威胁了工程的安全运行，如成昆铁路的部分隧道工程，枝柳铁路工程等。
隧道结构混凝土受硫酸盐腐蚀的机理主要是结构混凝土由于列车疲劳荷载以及其它原因产生裂缝，地下水中大量S042_离子通过原有的空隙或者因荷载产生的裂缝进入混凝土内，与混凝土中的Ca (OH) 2以及水化铝酸钙3Ca0 · Al2O3 · 6H20发生化学反应，生成过量的石骨CaSO4 · 2H20和I丐帆石3Ca0 · Al2O3 · 3CaS04 · 31H20,由于石骨和I丐帆石结晶膨胀，其体积较同体积的反应物增大一倍以上，从而使混凝土膨胀开裂，见附图1。
如贺传卿，李永贵，王怀义，高建新，硫酸盐对水泥混凝土的侵蚀及其防治措施 [J].混凝土，2003，3 56-57中所记载的，混凝土抗硫酸盐侵蚀主要包括以下几种方法
I)降低水泥熟料中C3A与C3S含量水泥石中，水化产物3Ca0 · Al2O3 · 6H20占首位，其次是Ca(OH)2，两 者的含量由硅酸盐水泥熟料中的硅酸三钙C3S和铝酸三钙C3A决定， 因此控制水泥熟料中的C3A和C3S有助于提闻混凝土的抗硫酸盐腐蚀能力。
2)掺优质矿物掺合料在混凝土中掺入优质的矿物掺合料(例如粉煤灰，矿渣微粉，硅灰等)取代部分水泥一方面将减小C3A与C3S含量，另一方面将与Ca(OH)2发生反应产生C-S-H凝胶，混凝土强度提高、结构改变，阻止S042_的腐蚀。
3)控制水灰比低水灰比混凝土密实度高，抗渗性能好，能有效控制S042_的腐蚀。
4)适宜的水泥掺量实验证明提高水泥用量、降低渗透性将会降低硫酸盐的腐蚀。
5)掺优质外加剂减水剂是一种表面活性剂，能大幅降低混凝土用水量，能改善混凝土的和易性，增大流动性，提高密实度。引气剂能在混凝土中引入大量互不贯通的微小气泡，均匀分布在混凝土中，能切断毛细孔通道，提高混凝土抗渗性。由于混凝土密实度和抗渗性的提高，能有效减少SO42-的腐蚀。
6)严格控制施工质量正确的振捣可以提高混凝土的密实度。正确的养护可以提高混凝土强度、抗渗、抗冻能力以及防止裂缝产生。通过控制施工质量能提高混凝土抗硫酸盐腐蚀的性能。
7)采用防腐涂层将防腐涂料涂刷于结构物表面，阻止SO42-侵入。
总结起来，现有的抗硫酸盐腐蚀方法用于隧道结构时存在如下缺点及不足
I)提高混凝土的设计等级、提高混凝土及其钢筋自身的防护能力等虽可解决一些问题，但实践证明仍无法有效长期控制硫酸盐腐蚀。而且抗硫酸盐水泥耐腐蚀指标规定 SO广的浓度为2500mg/L,而实际上SO广的浓度经常超过这一指标,普通抗硫酸盐水泥满足不了实际工程需要。
2)采用防腐涂层时施工难度大，且涂层易脱落。
3)后期无法阻止硫酸盐的进一步扩散。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，用于解决现有技术中的问题。本发明对现有的混凝土抗硫酸盐腐蚀方法进行改进，借助微胶囊自修复裂缝的思想，建立智能的抗硫酸盐腐蚀的地下结构混凝土系统，提高地下地下结构的安全性和耐久性，延长地下结构的使用寿命。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，包括混凝土基体，所述混凝土基体内设有化学微胶囊，所述化学微胶囊内包覆有修复剂，所述修复剂选自可与硫酸根离子发生反应，并生成沉淀的溶液。
所述混凝土基体承担地下结构外部荷载,如土体荷载或列车荷载。
所述化学微胶囊的微胶囊壁保护修复剂不受外界环境的影响。当裂缝扩展到微胶囊处时胶囊壁破裂，释放内部修复剂，抵抗硫酸盐腐蚀。
所述修复剂的作用是与硫酸根离子反应，减小混凝土内硫酸根离子浓度；同时生成沉淀，填充混凝土内孔隙和裂缝，阻断硫酸盐腐蚀通道。
优选地，所述修复剂选自可与硫酸根离子发生反应，并生成沉淀的盐的水溶液。
优选地，所述修复剂选自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，以及其他能在微胶囊破裂时流出，且和硫酸根离子发生反应生成沉淀的盐溶液等。
优选的，所述修复剂选自饱和的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。
优选的，所述修复剂为Ba (NO3) 2水溶液，配置浓度为9g/100mL，其与硫酸根离子发生反应，生成BaSO4沉淀,反应式如下
Ba(NQl)2 + 财”=滅04 I +2而,”(I)
优选的，混凝土基体内化学微胶囊的体积掺量为混凝土总体积的5%_15%。
优选的，所述化学微胶囊为球形，所述化学微胶囊的直径为5-1000微米。
优选地，所述微胶囊壁材料选自动物明胶、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲、聚脲甲醛、合成蜡、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂类或玻璃等。
优选的，所述微胶囊壁厚为O. 1-5微米。
优选的，所述微胶囊壁材料为聚脲甲醛，壁厚为O. 5微米，化学微胶囊的半径为 200微米。
优选的，所述化学微胶囊在混凝土基体内均匀分布。
所述化学微胶囊将修复剂微胶囊化，使用时，将化学微胶囊按照既定比例与混凝土一起搅拌，使微胶囊在混凝土基体里均勻分布。
本发明第二方面提供一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统在混凝土抗硫酸盐腐蚀领域的应用。
具体的，其应用领域包含隧道、地铁、桩基、地下室、共同沟等埋置于岩土体中的地下混凝土结构、处于含硫酸盐水环境中的海工混凝土结构以及其他可能遭受硫酸盐腐蚀的混凝土结构等。
当含硫酸根离子的地下水侵入混凝土时，混凝土基体上裂缝扩展使微胶囊壁破裂，微胶囊中的修复剂流出，与硫酸根离子反应消耗硫酸根离子，吸收混凝土中的硫酸根离子，减小混凝土中硫酸根离子浓度，从而减小硫酸盐扩散程度。同时生成沉淀，填充混凝土孔隙和裂缝，阻塞硫酸盐进一步腐蚀的通道，进一步提高混凝土抗硫酸盐腐蚀的能力。
本发明所提供的化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统为混凝土基体硫酸盐侵蚀的修复和有效延缓潜在的危害提供了一种新的方法，一个自修复系统将免去有效的监测和外部修复所需的高额费用，避免了人工修复带来的地下工程(如轨道交通线路)停运等问题，大大提高地下结构的安全性和耐久性，地下结构(如地铁)的使用寿命也将延长。
本化学抗硫酸盐腐蚀系统与现有的抗硫酸盐侵蚀方法相比，有如下几个方面的优占- ^ \\\ ·
I)可以实现混凝土智能控制硫酸盐浓度，降低硫酸盐腐蚀程度；
2)可以在减小硫酸根离子浓度的同时产生沉淀，阻塞硫酸盐腐蚀的通道；
3)微胶囊可以保护内部修复剂免受外界环境的影响，使修复剂抗硫酸盐腐蚀能力长时间有效；
4)相比采用防腐涂层，本抗硫酸盐腐蚀系统因为化学微胶囊大量均匀分布在混凝土基体中，能实现大范围、多次的修复。
图1显示为硫酸盐腐蚀钢筋混凝土示意图。
图2显示为本发明化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统示意图。
(a)化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统示意(b)微胶囊示意图。
图3显示为本发明化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统工作原理图
(a)修复前；
(b)修复后。
标号说明
权利要求
1.一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，包括混凝土基体，所述混凝土基体内设有化学微胶囊，所述化学微胶囊内包覆有修复剂，所述修复剂选自可与硫酸根离子发生反应，并生成沉淀的溶液。
2.如权利要求1所述的一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，其特征在于，所述修复剂选自可与硫酸根离子发生反应并生成沉淀的盐的水溶液。
3.如权利要求2所述的一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，其特征在于，所述修复剂选自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.如权利要求1-3任一权利要求所述的一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，其特征在于，所述修复剂选自饱和的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.如权利要求1所述的一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，其特征在于，混凝土基体内化学微胶囊的体积掺量为混凝土总体积的5%-15%。
6.如权利要求5所述的一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，其特征在于，所述化学微胶囊为球形，直径为5-1000微米。
7.如权利要求1所述的一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，其特征在于，所述微胶囊壁材料选自动物明胶、聚乙烯醇、三聚氰胺甲醛聚合物、丙烯酸树脂、聚氨酯橡胶、聚脲、聚脲甲醛、合成蜡、乙酸丁酸纤维素、醋酸乙烯酯共聚物、脲醛树脂类或玻璃。
8.如权利要求7所述的一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，其特征在于，所述微胶囊壁厚为0. 1-5微米。
9.如权利要求1-8任一权利要求所述的一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统在混凝土抗硫酸盐腐蚀领域的应用。
全文摘要
本发明涉及混凝土工程领域，特别是涉及一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统。本发明提供一种地下结构混凝土化学微胶囊抗硫酸盐腐蚀系统，包括混凝土基体，所述混凝土基体内设有化学微胶囊，所述化学微胶囊内包覆有修复剂，所述修复剂选自可与硫酸根离子发生反应，并生成沉淀的溶液。本系统与现有的方法相比，具有如下优点可实现混凝土智能控制硫酸盐浓度，降低硫酸盐腐蚀程度；可在减小硫酸根离子浓度的同时产生沉淀，阻塞硫酸盐腐蚀的通道；微胶囊可以保护内部修复剂免受外界环境的影响，使修复剂抗硫酸盐腐蚀能力长时间有效；本抗硫酸盐腐蚀系统因为化学微胶囊大量均匀分布在混凝土基体中，能实现大范围、多次的修复。
文档编号C04B22/14GK102992675SQ201210530118
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者周帅, 朱合华, 闫治国, 陈庆 申请人:同济大学